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水 利 学 报

２０２２年 ９月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ９期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０９ － １０８３ － ０９

基于 ＢＰ － ＤＥＭＡＴＥＬ算法的冰情预报因子敏感性分析

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孙亚翡 ，王 涛 ，路锦枝 １，２ ，周中元 １
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环与调控国家重点实验室，北京 １０００３８；
２．清华大学 水利水电工程系，北京 １０００８４）

摘要：冰情发展受到水文、气象、水力、河道条件和人类活动等多因子相互作用的影响，获得各影响因子的权重
关系是进一步明晰冰情发展演变规律和提高预报精度的基础。本研究提出了基于 ＢＰ － ＤＥＭＡＴＥＬ算法的冰情预报
因子敏感性分析模型，应用于黄河内蒙古河段巴彦高勒水文站流凌、封河及开河冰情影响因子的分析中，得到影
响冰情演变各因子的权重和不同因子之间的相互耦合关系，明确了冰情预报中关键的影响因子。采用不同权重的
因子开展流凌、封河和开河的预报，结果显示利用权重值大、相关性强的预报因子开展冰情预报的预报值与实测
值吻合较好。因此本研究提出的 ＢＰ － ＤＥＭＡＴＥＬ模型开展冰情预报因子敏感性分析能够得到合理的权重值。
关键词：冰情；相关因子；ＢＰ － ＤＥＭＡＴ
ＥＬ；神经网络；冰情预报
中图分类号：ＴＶ１２４ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０２３５

１ 研究背景

在北半球 ６０％的河流遭受河冰的影响 ［１］ ，在中国北纬 ３０°以北地区都有不同程度的冰情现象 ［２ － ３］ 。
冰塞和冰坝严重时造成冰凌洪水灾害，带来诸多经济和社会问题 ［４］ 。典型的如我国黄河宁蒙河段，宁
蒙河段为黄河倒 “ Ｕ” 字河段最北端，特殊的河流流向导致其 “封冻自下而上，解冻自上而下” 的不
利形势，易形成凌汛灾害。国内冰情观测、冰情模拟和冰情预报相关研究起步于 ２０世纪五六十年代，
其中早期的冰情预报多采用指标法、经验相关法等传统的统计学方法 ［５］ 。近年来，人工智能在冰情预
报中的应用备受重视：Ｍａｓｓｉｅ采用无递归的级联前馈神经网络预测冰坝发生情况 ［６］ ，该网络无需设置
网络层数和隐层神经元数目，但易陷入过拟合；王涛等进一步应用误差反向传播的 ＢＰ（ＢａｃｋＰｒｏｐａｇａ
ｔｉｏｎ ）神经网络 ［７］ 及模糊理论 ［８ － ９］ 较为成功的预测流凌、封河、开河时间 ［１０ － １１］ 和冰坝 ［１２］ 发生情况等，
并在宁蒙河段防凌工作中得以应用；Ｓｕｎ ［１３］ 提出了叠加树模型框架（ＳＥＴＭ），采用人工神经网络和自
适应神经模糊推理系统模型预报开河时间和开河水位；Ｍａｈａｂｉｒ的研究聚焦于冰坝溃决后洪水水位预
测 ［１４］ 。此外，王军等 ［１５］ 通过对冰盖所受热力－ 水力作用耦合分析，采用开河前冰盖临界挠度预报黄河
河曲段开河日期和开河方式，路锦枝等 ［１６］ 在其研究基础上优化模型并应用到黑龙江漠河江段。
近年来受气候变化、河道冲淤和水利工程调控等因素影响，黄河宁蒙河段冰情影响机制不断变
化，使得预报难度增大 ［１７］ 。预报因子的选择是影响预报精度和可靠性的关键一步。早期的指标法、经
验相关法考虑因素不全，冰情并非仅受单一因素影响，而是由多种因素相互作用、综合影响所致。陈
守煜选取封冻期累计正气温、水位均值、流量均值和最大冰厚为预报因子 ［１８］ 。相比之下苑希民 ［１９］ 、

收稿日期：２０２２ － ０３ － ３１；网络首发日期：２０２２ － ０６ － ２３
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０６２２．１０１７．００３．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（Ｕ２２４３２２１，５１９７９２９１，５２００９１４４）；中国水科院科研专项（ＨＹ０１４５Ｂ０３２０２１，ＨＹ１１０１４５Ｂ００１２０２１）；
流域水循环模拟与调控国家重点实验室自由探索课题（ ＳＫＬ２０２２ＴＳ０４）
作者简介：孙亚翡（ １９９８ － ），硕士生，主要从事河冰水动力学及冰情预报研究。Ｅ － ｍａｉｌ：１２４１２８２３４８＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者：王涛（１９７５ － ），博士，教授级高级工程师，主要从事河冰水动力学及冰情预报研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗａｎｇｔａｏ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ

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