GM（1，1）分解模型与ARIMA模型在岩溶地下水模拟中的对比研究——以柳林泉流量模拟为例.pdf

第 3O卷 第 3期 中 国 岩 溶 Vol_3O No．3 2011年 9月 CARSOLOGICA SINICA Sep．2011 文童编 号 ：1001—4810(2011)03—0260—10 GM (1，1)分解模型与 ARIMA模型 在岩溶地下水模拟 中的对 比研究 — — 以柳林泉流量模拟为例 李华敏 ，吴 敬 ，赵娇 娟 ，郝永红。，王亚捷。，曹碧波 (1．天津 师范大学 城 市与环境科学学院，天津 300387；Z．天津财经大学 理 工学院 统计 系，天津 300222； 3．天津师范大学 天津市水环境与水资源重点实验室 ，天津300387) 摘 要 ：本文运用 GM (1，1)分解模 型和 ARIMA模型分别模拟柳林泉流量。根据 影响特征将泉水流量变化分为两个 时段研 究：1957—1973年泉水流量处于 自然状 态 ；1974--2009年泉水流量受气候变化和人类活动双重影响。运用第 1时段 的数 据建模获得 自然状态下泉水流量的模 型 ，将模 型外推，获得第 2阶段 自然状态下 泉水流量 ，然后根据水量平衡原理 ，减去 同期实测流量 ，获得人类活动对泉水流量 衰减 的贡献 。GM(1，1)分解模 型的结果显示，从 20世纪 70年代到 21世纪初柳 林泉衰减量为 2．26m。／s；ARIMA模型 的结果 为 2．32m。／s；与同期实 际衰减量 2．27m。／s比，相对误差分别为 0．44 和 2．2O ，表 明两种模 型都适用于泉水流 量 的模拟。对比人类活动和气候变化对柳林泉流量衰减 的贡献 ，两个模 型得到 同 样结果 ，即人类活动的贡献是气候变化的 8～9倍 。实证研 究显示，GM (1，1)模 型 适用于指数序列 的模拟 ，对具有周期波动 的泉水流量 ，可通过周期修正提高精度 ； 而ARIMA模 型能够较好地反映泉水流量相对于 降水量 的时间滞后效应 ，能 比较 准 确地 模拟泉水流量 与降水量 的量 化关系。 关键词 ：GM (1，1)分解模 型；ARIMA模 型；分 时段分析 ；岩溶泉流量 中图分类号 ：P641．2 文献标识码 ：A 0 引 言 断发展 [3 ]，为其在岩溶地下水 系统研究 中的中应用 创新提供了条件。为了研 究 中国柳林泉域 的降水量 GM (1，1)分解模型和 ARIMA模型均被普遍应 和泉水流量的关系 ，Hao等提 出了灰色系统 GM (1， 用于水文水资源的模拟中，并取得 了良好的效果 。郭 2)时滞模型和 GM (1，1)分解模 型 ]，并且应用灰 纯青基于岩溶地下水系统的不确定性 ，将灰色系统理 色系统模型分别研究 了气候变化与人类活动对 中国 论和方法应用 于岩溶地下水资源的评价中，为我 国岩 岩溶泉 流 量衰减 的影响 [】 “]。与此 同时，ARIMA 溶地下水评价提供了新方法_l】；夏军将水资源系统看 模型在水 文水资源 中的应用也 日臻 成熟 ，Durdu和 作一个部分信息 已知，部分信息未知的灰色系统 ，提 Mishra等分别用 ARIMA模型预测 了河流的干旱情 出了灰色系统水文学L2]。近年来 ，灰色系统理论的不 况I】 。；Carlos运用