研究区大沽夹河流域地处烟台市,是当地主要的供水水源地,对烟台这个水资源相对短缺的城市十分重要。水资源短缺问题是烟台市下一步发展必将面临的严峻考验,因此如何发挥人类无限的潜力合理配置调度有限的水资源,使水资源在经济、生态与社会发展中充分发挥经济效益、社会效益与生态效益非常重要。二十世纪五十年代以来,修建了许多防洪兴利水利工程,为社会带来巨大的经济效益的同时,也改变了河流的天然水文情势,同样的降雨、蒸发量在水利工程建设前后对应了不同的流量值,这种数据不稳定、不确定性的现象不利于分析整个长系列的降雨流量关系,我们不能得到这个流域准确的天然来水量,进而影响到实际水资源评价与水量优化配置中,水资源的多功能综合效益—经济效益、生态效益上不能充分挖掘,并且这种改变随着水利工程建设的不断累积而逐渐放大。因此,分析流域水文情势受水利工程的影响,并在评价的基础上研究天然径流量还原计算方法是十分必要的工作。本此研究以烟台大沽夹河流域为研究对象对天然径流量进行还原计算研究,本次研究是探索逐年的天然径流量还原计算,基于大量的实测资料趋势分析、对比分析的前提下,针对传统水量还原计算的逐项还原法不能充分表达径流量与各影响因子间非线性关系的特点,在水文要素趋势、水利工程影响分析的基础上建立了基于主成分分析法的天然径流量还原计算的PCA-GA-BP模型,深层次挖掘资料数据中隐含的信息,发挥非线性特性,更好地提高计算精度进行模拟,并进行实例验证应用。进行了以下几步研究:(1)水文要素趋势分析这一部分是基础性研究,通过对大沽夹河流域主要水文要素—降雨、径流、蒸发、水位、泥沙的变化趋势和基本规律的分析,了解该流域水情变化的基本情况,同时通过相互变化的对比分析与评估,揭示流域在长系列不同时期水情变化的趋势和影响,为了下一部分加入水利工程建设因素评估奠定基础。(2)RVA模型对径流分析根据大沽夹河流域的水情和水利工程建设情况,建立该流域的RVA法模型,分析和发现水利工程建设前后的水情变化趋势,定量分析水利工程影响下的水情变化程度,结合第一部分水文要素分析提炼出影响水情变化的主要素,以作为构建大沽夹河流域水量还原计算的PCA-GA-BP模型的主要组成部分。(3)主成分分析法通过降维分析出输入样本根据构造RVA模型的水利工程对径流影响分析,与水文要素趋势分析前两部分提炼出的与天然径流量关系密切的八个影响因子,用主成分分析法对影响因子进行降维处理,经分析最终确定出PCA-GA-BP模型的输入样本。(4)遗传算法优化权值与阈值在BP神经网络结构确定下来初始确定一个权值与阈值,利用遗传算法通过编码生成初始种群,选择、交叉与变异算子进行进化计算优化出新的权值和阈值来克服BP神经网络自身收敛速度慢,容易陷入局部最小值的缺点,进而运行模型。(5)构建出天然径流量还原计算的PCA-GA-BP模型在第三部分使用主成分分析法主要影响因子影响分析出输入项基础上,结合第四部分使用遗传算法对网络模型权值与阈值的优化,建立出大沽夹河流域河道水量还原计算PCA-GA-BP综合模型进行大沽夹河流域实例应用并与逐项还原法进行误差比较,研究模型的适用性。主要的研究成果如下:(1)通过对五个水文要素趋势分析,我们发现降雨量、蒸发量、水位与泥沙历年变化趋势与径流量一致,因此通过水文要素趋势分析部分的研究,可以把降雨量、蒸发量、水位、泥沙等四个要素作为影响因子进入主成分分析法进行主要影响因子分析。(2)通过加入水利工程要素的分析,水利工程因素加入水文要素之后,发现与不加水利工程要素前,流量等水文要素在趋势上还有具体数值上影响较大,也体现了对径流量还原计算的迫切性及本次研究的必要性。(3)通过RVA法评估水利工程影响水文情势部分的研究,我们得出了33个水文指标的水文改变度,其中,汛期月均流量、最高流量、最低流量发生时间改变度较低,说明,水利工程对这几个因素影响较小,可以利用这三项对天然径流量进行非线性映射,故把这三个因素加入到主成分分析法进行分析。(4)利用了主成分分析法对因变量关系密切的影响因子进行优化降维处理得到模型的输入样本,结合遗传算法优化出更优的权值阈值来提高收敛速度减小误差,三种算法无缝衔接成一个整体构建出PCA-GA-BP模型,构建的天然径流量还原计算的PCA-GA-BP模型能很好地模拟出大沽夹河流域天然径流量的大小,比传统的逐项还原法法更节约时间,误差也在允许范围内。因此只需水文指标—降雨量、实测径流量、汛期径流量与蒸发量,通过建立的模型就可以得到大沽夹河流域天然径流量。