基于水文站监测数据的黄河水沙变化与治沙成效分析

基于水文站监测数据的黄河水沙变化与治沙成效分析

田真真1，韦同省1，陈梦洁1指导教师：陈杨2

1.山东协和学院 计算机学院 ，山东 济南250109

2.山东协和学院 基础部，山东 济南 250109

【摘要】黄河水少沙多，河道经常变化摆动，泥沙大量淤积，水位相应上升。为了解决黄河下游淤积的问题，增加河槽行洪排沙能力，持续开展黄河调水调沙实验和生产实践起到了不可替代的作用。本文立足于近六年黄河水沙监测数据探究黄本文立足于近六年黄河水沙监测数据探究黄河水沙通量的变化规律，预测分析该水文站水沙通量的变化趋势。

【关键词】 相关性分析、拟合、数据预处理

【中图分类号】TN248.1

一、前言

水少沙多、水沙关系不协调,是黄河复杂难治的症结所在，随着人类活增多，黄河水沙规律探究与治理刻不容缓，黄河水沙的突变性，季节性，周期性作为黄河水沙通量的规律性因素，充分考虑水沙变化的特性，才能及时掌水沙通量的动态变化情况，做到对未来黄河水沙的把控与治理。

二、黄河水含沙量和时间、水位、水流量的关系，总水流量和年总排沙量的研究

2.1模型假设

① 平均排水量每月按照30天计算。

② 问题1、2、3时不考虑人为因素。

2.2 数据预处理

首先将所有已知含沙量的数据进行合并，将所对应的时间进行筛选排序，进而求出同一时间段内含沙量的平均值。

2.3 模型建立与求解

对黄河水的含沙量和时间、水位、水流量的关系，对总水流量和年总排沙量的

 论文来源：2023年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛

计算进行模型建立与求解，以下为详细步骤。

Step1：据附件一中的监测数据，筛选出含沙量的有效数据，通过相关性分析[1]探究黄河水的含沙量与时间、水位和水流量的关系，将每天八点的实时监测数据作为有效测试时间数据，将空缺数据补全，得出含沙量与各个因素关系。首先，本文先将近六年的表格进行合并，然后筛选出其中已知含沙量的数据，然后将时间进行排序，求得每一段时间的平均含沙量。

Step2：将函数求积分即得出近六年的年总水排量和年总排沙量，得出结果。

2.4结果展示

（1）含沙量与时间关系

图1 含沙量与关系图

图1表示，早上的含沙量随时间变化比较明显，趋势变化比较大，而中午的时候变化相对比较平稳，基本没有变化。而到了晚上含沙量又开始逐步上升，呈现稳步上升的趋势。

（2）含沙量与水位的关系

表1 含沙量与水位关系表

表1所示，含沙量和水位有一致性关系，同一时期内，含沙量越大水位越高，反之，含沙量越低，水位越低。

（3）含沙量与水流量的关系

根据Kendall系数一致性检验的结果呈现显著相关性，表现为相关性程度为完全一致性，由此可得含沙量和流量呈正相关关系，含沙量越大时流量越大，反之，流量小时含沙量越小。

（4）年总水流量

表2 年总水流量表

由表2可得，过已知数据进行拟合，以月为单位分别计算每一年的时间与水流量的关系，可得最终年总水流量大约为2064（206373000000）亿立方米。

（5）年总排沙量

表3年总排沙量表

由表3可得，首先可以发现观测时间是等距的，因此从2016年1月1日8：00开始，首先通过计算时间，将时间与排沙量进行拟合，通过计算每一部分的积分相加求得年总排沙量，由于数量级较大，因此我们将时间与排沙量的单位缩小10000倍，最终再反乘即可，可得最终年总排水量大约为118亿立方米（11774410000）。

三、小结

相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。拟合就是把平面上一系列的点，用一条光滑的曲线连接起来。根结合实际问题最终采用相关性分析和拟合方法。本文对问题中的含沙水量和峰值，通过实时监测相关河流，最后结果正确。

参考文献

[1]刘曙光.影响黄河河口来水来沙量的因素分析[J].人民黄河,2004(09):15-16.

[2]张树京，齐立心.时间序列分析简明教程[M].北京: 清华大学出版社，2003:

5-1.

论文来源：2023年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛