基于貝葉斯理論的水文不確定性分析研究進展

【摘 要】自然氣候變化與人類的社會活動等都會對水文過程造成一定程度上的影響，使得水文系列的變化情況比較復(fù)雜。由于水文過程具有隨機性和確定性相互結(jié)合的特性，因此，我們可以運用貝葉斯理論作為研究水文資源的理論依據(jù)，對水文頻率等情況作出準確有效地計算與分析，為水利工程提供良好的信息依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】貝葉斯理論；水文頻率；不確定性

水文過程是一個相對較為復(fù)雜的自然演變過程，自然氣候的變化與人類社會活動等都會對其產(chǎn)生一定的影響與作用。在水文資料的研究中，可以將水文學(xué)分為確定性的成分，以及隨機性的成分，這兩種成分都可以用來研究水文學(xué)的時間系列。人類的社會活動以及自然的氣候條件所影響的變化可以歸類于確定性成分，氣候條件變化是一個循序漸進的演變過程，對水文系列的影響有著一定的周期性作用。而一些沒有明確的變化規(guī)則或者是偶發(fā)性事件，我們可以把它歸類于隨機性成分。由于水文過程極為復(fù)雜，再加上人類在該領(lǐng)域的專業(yè)認知比較有限，使得對于水文過程的分析與計算顯得不夠充分與全面。本文所研究的貝葉斯理論，就能很好地解決水文分析的不確定性因素，可以非常準確地計算出水文頻率，以及預(yù)報水文過程。

一、貝葉斯理論分析法的簡介

在分析水文頻率的過程中，一般我們會采用相關(guān)的模型來輔助計算與分析。但是這些模型在分析的過程中，具有一定的誤差，缺乏實際的依據(jù)，使得分析的結(jié)果存在不確定性。再加上人們對于水文領(lǐng)域的專業(yè)知識缺乏足夠的認知，使得在分析的方法與參數(shù)的估計上也顯得較為片面。鑒于以上這些不確定性因素，一些國內(nèi)外知名的學(xué)者開始針對該問題進行有效的研究。而貝葉斯理論是目前來說研究水文過程的最佳分析方法。貝葉斯理論，是由國外學(xué)者伍德最早運用于水文過程的分析過程中，該理論可以比較精確地對水文參數(shù)進行確定，從而更好地分析水文過程。在運用貝葉斯理論分析水位參數(shù)不確定性的函數(shù)可以表示為：

f（q）=■（q＼A）f″（A）dA

伍德（WOOD）在運用貝葉斯理論的分析水文情況的過程中，已經(jīng)基本建立了一套對于水文過程的不確定性因素進行有效分析的理論體系。但由于在當(dāng)時，專業(yè)知識水平還比較有限，所以在分析的過程中，只是建立了一些較為簡單的線性函數(shù)。

二、水文模型的分析

為了更加精確地分析水文過程，除了對于水文頻率等方面的不確定性進行研究，還應(yīng)該做好水文過程模型的預(yù)報和模擬。（1）在貝葉斯理論的指導(dǎo)下，對于模型參數(shù)的不確定性進行分析。水文模型的參數(shù)是非?？陀^的。除去模型的輸入與結(jié)構(gòu)的不確定性，影響水文模型的模擬與預(yù)報的最主要因素就是模型的參數(shù)上面。通過運用相應(yīng)的學(xué)術(shù)理論，可以較為準確地得出一套最佳的模型參數(shù)，在最大程度上減少模型的輸入與實際數(shù)值之間的誤差。具體模型參數(shù)如下圖所示：

min■ε■■dt=min■q■-h（x■，η）■dt

其中，h（xt，η）為該水文模型中的輸出值，xt，η為該水文模型中的輸入值以及模型參數(shù)，而qt表示實際的測量值；k表示的一般就是正整數(shù)。但是，該模型只是對于水文模型中的參數(shù)的不確定性進行了研究與分析，而忽略了模型的輸入與結(jié)構(gòu)方面的影響。而在運用了貝葉斯方法進行耦合之后，水文模型分析方法開始逐步完善，效果也比較顯著。（2）模型的綜合性分析。在對水文模型的綜合不確定性方面的研究，主要是通過貝葉斯相關(guān)理論的水文預(yù)報、誤差分析法，以及綜合模型的結(jié)構(gòu)、輸入等方面的不確定性，來進行分析和計算水文過程，以期得出最為有效的水文系列數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語

由于水文過程極為復(fù)雜，自然氣候的變化與人類社會活動等都會對其產(chǎn)生一定的影響與作用，使得水文過程具備了隨機性與確定性的雙重特性。再加上人類在該領(lǐng)域的專業(yè)認知比較有限，使得對于水文過程的分析與計算顯得不夠充分與全面。通過運用貝葉斯理論作為研究水文資源的理論依據(jù)，對水文頻率等情況作出準確有效地計算與分析，就能很好地解決水文分析的不確定性因素，可以非常準確地計算出水文頻率，以及預(yù)報水文過程，為水利工程提供良好的信息依據(jù)。

參 考 文 獻

[1]梁忠民，戴榮，李彬權(quán).基于貝葉斯理論的水文不確定性分析研究進展[J].水科學(xué)進展.2010

[2]謝平，李德，陳廣才，葉愛中.基于貝葉斯公式的湖泊富營養(yǎng)化隨機評價方法及其驗證[J].長江流域資源與環(huán)境.2009