Page 71 - 2022年第53卷第9期

于庆峰 ［２０］ 在开河日期预报因子选取时更加关注开河前短期时段气温和流量数据。王涛 ［７，１０］ 选取预报因
子时除本站冰情因素外另考虑了上下游水文站冰水情参数，并在文献［ ８］中采用相关性分析说明了气
温、水位、流量三因子中，气温与水温的相关性最强，此外文献［ １６］中用计算和实测数据验证了气温
对冰厚、冰温变化的影响。这从侧面说明了气温在冰情发展演变中的关键作用，为预报主要影响因子
的选取提供参考。
现有河冰研究的相关文献中缺乏对冰情预报影响因子的研究，亟需明晰冰情过程中各因子之间的
相关性和影响权重，从而提取关键影响因子提高预报精度。决策与实验室方法（ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ － ｍａｋｉｎｇＴｒｉａｌ
ａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ，简称 ＤＥＭＡＴＥＬ） ［２１］ 通过系统中各要素之间的逻辑关系和直接影响矩阵，计
算出每个要素对其它要素的影响度以及被影响度。传统 ＤＥＭＡＴＥＬ模型在实际使用时有明显不足，易
受研究 者 主 观 影 响。 Ｍａｏ等 结 合 灰 色 系 统 理 论、 粗 糙 集 理 论 等 用 于 研 究 不 确 定 性 的 方 法 针 对
ＤＥＭＡＴＥＬ模型进行改进，应用于冰凌灾害的风险因素的评估中 ［２２］ ，但并未从根源上解决 ＤＥＭＡＴＥＬ
模型的主观性缺点。采用 ＢＰ神经网络模型改进 ＤＥＭＡＴＥＬ模型，可通过 ＢＰ神经网络获得影响因素指
标之间的关系权值，从根本上避免主观评价因素影响强度，再利用传统 ＤＥＭＡＴＥＬ方法分析影响因素，
使结果更加客观。目前该模型已在交通管理 ［２３］ 、资源与环境管理 ［２４］ 、建筑 ［２５］ 、生态安全 ［２６ － ２７］ 等领域
得到应用，但在水科学领域的应用甚少 ［２８］ ，且在水情和冰情方面还未有应用先例。
鉴于此，本文将研究区域定为黄河内蒙古河段，在黄河内蒙古河段典型站点气候水文资料基础
上，尝试开展基于 ＢＰ － ＤＥＭＡＴＥＬ算法的冰情影响因子敏感性分析，分析影响冰情变化的不同因子，
识别出各因子影响权重并将其应用到内蒙古河段巴彦高勒、三湖河口两站的冰情预报中，因篇幅限
制，数据选取和分析仅以内蒙古段巴彦高勒水文站观测断面为例进行详细说明。

２ 冰情预报因子选取

黄河凌汛灾害是冬春季节大江大河中最突出的自然灾害，备受中央和水利部的重视，刘家峡、龙
羊峡、万家寨和小浪底水库相继建成运用以后对黄河的防凌产生了积极影响，万家寨水库以下河段连
续多年凌情稳定，如今凌汛灾害主要集中在黄河最北端的内蒙古河段 ［１７］ 。通过对黄河内蒙河段历年冰
情资料及冰情机理分析可知：冰情过程不仅受到以气温和流量为首的热力因素和动力因素的影响，还
有河道形态和人类活动等因素影响。
热力因素包括气温、水温、太阳辐射等。其中气温为表征热力状况的基本要素，是影响河道流
凌、封冻、解冻和开河的主要因素。气温包括日平均气温、累计正气温、累计负气温等多种表现形
式。气温对河流的影响是双向的：一方面负气温累积可加快封河和延缓开河趋势；另一方面正气温累
积作用于冰盖消融加速开河过程，气温对冰情的影响是多日累积作用的结果。故而建立多日累计气温
值与冰情现象的相关关系，而累计气温的选取针对不同的研究目标也有所不同 ［１６，１８ － １９，２９ － ３０］ 。冰厚厚度
同累积气温有强相关度，故最大冰厚也是开河过程中的影响因子 ［１０，１８ － １９］ 。另外，气温转负 ［７，１０，１９，３１］ 、
水温 ［３２］ 降至冰点是流凌的关键，王涛 ［８］ 验证了中国传统二十四节气对冰情预报的重要参考意义，故
针对不同站点流凌时间，采用小雪节气的水温与气温 ［７，３２］ 作为巴彦高勒站流凌预报因子之一。流凌对
封河亦产生影响，故在封河预报因子中考虑流凌日期 ［３２］ 及流凌前后累计负气温和流量 ［１６，１９，３０］ 。
动力因素包括流量、水位、流速等。流量、水位、流速呈一定的函数关系，流量的动力作用表现
为流速的大小和水位的涨落。河流的动力因素影响到河道的冻结、融化和输冰的速度。故流凌、封
河、开河前的流量、水位是影响相应冰情的重要动力因素 ［１０，１８ － １９，３３］ 。除此之外，冰厚增长期内的流量
和水位也影响着冰盖的增长，可引入中国农历节气 “三九” “四九” 来表示冰厚快速增长期 ［７，３１］ 。内
蒙古河段因受河道走势影响多年来开河为从上游向下游推进，开河期间上游释放大量槽蓄水，影响下
游的开河形势，故在开河预报因子中也考虑上游流量的影响 ［１０，３１］ 。
河道形态因素包括河流曲率、河道流向、坡度、河道中支流分叉及断面特征等。河道特征通过影
响水流特征和过流能力来影响冰情变化，凌汛险情一般发生在河道从低纬度流向高纬度河段、狭窄曲

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