汉江石泉水库流域水文模型参数率定方法研究

流域水文模型是实时洪水预报的重要工具,参数优化是流域水文模型的重要研究内容。简单高效的参数优化算法能提高模型应用效率,促进模型的推广使用。人机交互参数率定费事费力,主观性强。自动参数率定以优化算法为基础,在以误差平方和为目标函数的曲面上寻优,更客观,但也存在一些问题。以石泉水库流域为研究区域,构建新安江模型,基于参数敏感性分析结果,分别采用系统微分响应、人机交互和SCE-UA参数率定方法对新安江模型敏感参数进行优选,从迭代次数和平均确定性系数方面对参数优选结果进行比较,并对比不同参数模拟结果的径流深误差、洪峰误差和确定性系数,探讨不同参数率定方法在石泉水库流域水文模拟中的适用性和效率。结果表明,系统微分响应参数率定方法应用效果较好,效率与精度均优于人机交互和SCE-UA。率定的参数在石泉水库洪水模拟中结果较好。平均确定性系数达到0.937,可进一步拓展该方法在其他流域和其他模型的洪水模拟中使用。

基于不同算法的呼兰河流域SWAT模型参数率定及适用性分析

为讨论SWAT模型在高寒区流域的适用性,以松花江支流呼兰河流域为例,选取呼兰河兰西水文站2008—2018年的实测水文资料,以月为尺度构建SWAT模型,分别使用PSO算法和SUFI-2算法校准模型并进行径流模拟,采用决定系数(R^(2))和纳什效率系数(NSE)评价SWAT模型的适用性。结果表明:PSO算法在率定期及验证期的R^(2)和NSE分别为0.56、0.54和0.64、0.59,SUFI-2算法在率定期及验证期的R^(2)和NSE分别为0.74、0.74和0.71、0.70,两种优化算法都满足R^(2)与NSE均大于0.5的精度要求。SUFI-2算法更适用于研究区域,能更好地模拟呼兰河流域径流过程。

基于MOSCDE算法的新安江模型参数率定

为了将水文过程较好地模拟出来,需要对新安江模型参数进行率定,本文采用多目标文化混合复形差分进化算法(multi-objective culture shuffled complex differential evolution,简称MOSCDE)来优选参数,以灌江灌阳水文站为例,将洪峰目标、洪量目标和确定性目标这3个目标函数一起考虑进去,选出参数的最优解。结果表明,MOSCDE算法能够有效地优化率定出新安江模型各参数,模型率定期和检验期的模拟效果较好,为水文模型参数优化率定提供了一种较为有效的方法。

分布式水文模型的参数率定及敏感性分析探讨

参数率定与敏感性分析是分布式水文模型应用和发展中的难点问题,论文对当前典型的、应用比较成功的全局最优化参数率定和敏感性分析方法进行归纳和分析,包括:遗传算法(Genetic Algorithm)、SCE-UA算法(Shuffled Complex Evolution)、贝叶斯方法(Bayesian Method)、RSA方法(Regionalized Sensitivity Analysis)、GLUE方法(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)等等。并对计算机自动优化方法和人工参数调试方法的利弊进行讨论,展望了分布式水文模型的参数率定与敏感性分析的发展方向。

SWAT模型自动校准模块在云州水库流域参数率定研究

SWAT(Soil and Water Assessment Tool)是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。该文以华北土石山区云州水库流域为例,运用了SWAT模型自动校准模块来进行参数率定和检验,研究了SWAT模型自动校准模块的应用。通过模型自动校准、调整参数,使模型能够比较准确地模拟该流域的径流量。同时,经过模型有效性检验,计算得到,确定性系数为0.78,径流模拟值与实测值拟合度较好。从模拟结果可以看出,SWAT模型自动校准模块在云州水库流域的应用是较为成功的。

一种改进的不确定性水质模型参数率定方法

为了能够使得水质模型的参数率定更符合实际情况,减少水质模型当中常出现的异参同效的现象,提出一种能够结合实验与算法共同对模型参数进行识别的方法,即通过设置约束条件,将单纯的"与实测值进行对比"的一般率定过程转化为"能够对模型内部过程进行一定程度控制"的率定过程.以WASP模型在北运河的某河段中进行的水质模拟结果表明,通过引入约束条件可以从更为系统的角度有效地去除部分不符合污染物转化规律的参数组合,使得最终水质模型能够更为准确地反映实际的水质变化过程,同时也减少了模型的不确定性与模型参数率定的"异参同效"现象;在模型的非线性结构与约束条件的作用下,相同子模块中原本独立的参数会呈现一定的相关性;随着对区域的水质变化过程研究的深入,当引入新增约束条件或是降低容错比例时,约束条件的作用将会进一步增强.

系统微分响应参数率定方法在建阳流域SWAT模型中的应用

利用基于系统微分响应理论的参数率定方法率定闽江建阳流域SWAT模型,通过流域1992—2000年日资料验证了该方法的实际应用效果,采用纳什效率系数(NSE)、偏差百分比(PBIAS)和相关系数r作为评价指标对率定后的SWAT模型模拟精度进行评价,并与传统利用SUFI-2方法率定得到的SWAT模型模拟结果进行对比分析。结果表明:系统微分响应方法率定的参数在建阳流域的日径流模拟中表现较好,率定期和检验期NSE均为0.65以上,径流量PBIAS在5%以内,r在0.65以上;利用系统微分响应率定参数方法率定SWAT模型参数在实际应用中可行,且效率与精度均高于传统的SUFI-2方法。

基于遗传算法的SWMM模型参数率定研究

针对SWMM模型参数繁多,率定困难的问题,采用Morris法进行全局敏感性分析,选取敏感参数,基于MATLAB遗传算法对敏感参数进行率定。案例研究结果表明,遗传算法能有效地完成率定过程,率定后各参数的取值分别为最大渗透速率50.25,最小渗透速率12.61,管道曼宁系数0.0182,不透水区曼宁系数0.0087,该场次降雨下目标函数Nash-Sutcliffe效率系数值为0.7261。该方案可以应用于实际工程的参数率定过程,并得出与实测结果最接近的参数组合,提高模拟的精度及稳定性。

WASP模型参数率定与敏感性分析

WASP是美国环境保护局提出的水质模型系统,能够用于不同环境污染决策系统中分析和预测各种水质状况。将WASP模型应用于长河水体富营养化分析,采用长河的实际监测数据,对WASP模型做了参数率定与模型验证。得出WASP模型具有易用性,适用于河流水体的富营养化模拟。为确定WASP模型富营养化模拟过程中对模拟结果影响较大的参数,进行了参数灵敏度分析。分析结果表明,影响浮游植物量的最主要参数为20℃浮游植物最大生长速率常数,水中碳源与叶绿素的比值次之。

新安江模型函数曲面参数率定方法在水吉流域的应用

对新安江模型进行了简要介绍,对函数曲面参数率定方法的基本原理和率定过程进行了详细阐述。在水吉流域,运用函数曲面参数率定方法对新安江模型的5个敏感参数进行率定,在实际应用中检验方法有效性。结果显示,在理想模型和实际模型中,该方法都能稳定率定得到优值。所以,该方法是一种很有效的新安江模型参数率定方法。

潜流式人工湿地的数值模拟与参数率定

以沈阳辉山明渠河口潜流式人工湿地为例,利用数值模拟预测了该湿地的运行效果。采用多孔介质水流与溶质运移耦合模型,通过对湿地模型的概化与处理,利用FEFLOW软件针对潜流基质层的水流和溶质扩散进行数值模拟,通过敏感度分析确定基质层的孔隙度、渗透系数、弥散系数和吸附降解系数为影响污水处理效果的敏感参数,并通过参数率定对所建立的湿地模型进行了模拟预测,结果证明所构建的湿地模型的预测值与观测值拟合程度较好。可为潜流式人工湿地设计中运行效果预测及参数设定提供一种新的有效方法。

分布式水文模型在徒骇马颊河流域灌溉管理中的应用Ⅰ.参数率定和模拟验证

【目的】建立徒骇马颊河流域的分布式水文模型,为进行该地区灌溉制度优化提供支持。【方法】首先运用洗牌复形演化(SCE-UA)算法在禹城试验站和洪门试验站对分布式水文模型(SWAT)中的作物参数进行率定,接着以遥感监测的蒸散数据为目标,应用拉丁超立方-单次单因素(LH-OAT)方法对蒸散发(ET)相关的参数进行了敏感性分析,用序贯不确定性(SUFI-2)算法优化出一套参数范围并进行不确定性分析。在此基础上,在考虑模型不确定性的情况下对冬小麦-夏玉米轮作体系产量的长期模拟结果进行验证。【结果】作物参数率定结果表明,禹城试验站上冬小麦和夏玉米产量的相对误差分别为7.02%和16.60%,洪门试验站上冬小麦和夏玉米产量的相对误差分别为0.09%和0.10%。ET参数率定和统计年鉴产量验证结果:除了NS系数,P_factor、R_factor以及R2的模拟精度较高。【结论】依据徒骇马颊河流域的特点进行SWAT模型相关参数的率定,得到较好的模拟结果,为进一步深入研究该地区水分生产函数和优化灌溉制度打下了基础。

通用模型参数率定技术研究

在介绍当前模型参数优选技术的基础上,设计了模型参数同优选方法相耦合的一系列数据接口定义,实现了人工试错和自动优选相耦合、多模型多参数同时自动优选的模型参数率定功能。应用实例表明,通用模型参数率定功能具有简便、快捷、准确的优点,大大提高了参数率定的效率。

和声搜索法在非线性马斯京根模型参数率定中的应用

将一种新发展起来的启发式算法——和声搜索法与水量平衡方程及非线性槽蓄方程推导所得的演算公式相结合,用于非线性马斯京根模型参数率定和流量演算。经实例验证和对比表明,以SSQ为目标函数时和声搜索法模拟结果比试错法、遗传算法等优越,为准确估计非线性马斯京根模型参数提供了新方法,推导的演算公式代替了计算河道出流常用算法,提高了模拟精度。

目标函数对HEC-HMS模型参数率定的影响研究

以清江流域(渔峡口以上)为例,采用分布式水文模型HEC-HMS研究了模型参数自动率定功能,并选取参数优化的目标函数,以探讨目标函数的选取对模型模拟结果的影响,并分析其原因。结果表明,峰值加权均方根误差目标函数的模拟效果最佳,为选取其他洪水模拟参数优化目标函数提供了理论依据。

基于均匀设计法的VIC模型参数率定

【目的】用新方法对大尺度分布式水文模型VIC的参数进行率定,为水文模型参数率定提供新的思路。【方法】采用均匀设计理论对传统的率定区间进行重构,确定最优组合,并对渭河流域的林家村、张家山以及流域出口断面水文站的径流进行模拟调试。【结果】将基准期需要率定的6个参数转化成一个6因素10水平的组合,仅通过10次率定就使各站的Nash系数达到0.85以上,总量精度误差控制在5%以内,能够满足工程精度要求。【结论】与其他参数率定方法相比,均匀设计原理在保证模拟效果的同时可以极大地减少工作量。

不同优化算法在新安江模型参数率定中的效果评估

针对水文模拟预报中需要寻求实用、稳健、高效的优化算法并据此确定参数的全局最优解的问题,以綦江流域典型控制断面五岔断面为研究对象,分别选取GA、SCE-UA、CMA-ES、PSO等4种优化算法进行分布式新安江模型汇流参数率定,并从有效性、稳定性、耗时和效率4个方面评估算法的参数率定性能。结果表明:CMA-ES算法优化效果最佳,相同迭代次数下耗时最少;SCE-UA算法稳定性和效率最高,但耗时随着迭代次数增大而显著增加;PSO算法有效性和效率相对较优,但稳定性最差;GA算法耗时相对较少,优化效果和效率最差;综合性能从优到劣依次为CMA-ES算法、SCE-UA算法、PSO算法、GA算法。

陆面—水文耦合模式的参数率定及改进研究

基于淮河流域的地形、岩石地质类型等空间分布特征，对陆面—水文耦合模式CLHMS1.0（Coupled Land Surface？Hydrological Model version 1.0）的河道曼宁糙率系数、水力传导度两个关键参数进行了率定；在此基础上，通过基于CLHMS1.0的多组敏感性试验，分析了河道曼宁糙率系数、水力传导度对CLHMS1.0模拟淮河流域水文过程的影响。研究结果表明，淮河流域上游王家坝子流域曼宁糙率系数的减小，可以显著提高模式对王家坝水文控制站上游模拟的水流流速，减小了模式对王家坝洪峰来临时间模拟偏迟的误差；依据淮河不同子流域的岩石地质类型选定更为合理的水力传导度参数后，模式对淮河流域河道流量等水文过程的模拟更为准确。利用参数率定后的CLHMS1.0对淮河流域1980～1987年逐日水文过程进行了模拟，与观测实况比较结果表明，采用了新的河道曼宁糙率系数和水力传导度参数后，模式对淮河流域逐日水文过程的模拟能力显著提高，且可以更合理地模拟出地表产流和地下水补给对流域河道流量的相对贡献。

多目标进化算法在新安江模型参数率定中的应用比较研究

为了克服传统优化技术在新安江模型参数率定中收敛慢、不稳定等缺点,近年来利用进化算法在水文模型的率定中得到越来越多的重视和发展,但对它们优选效果的比较讨论却非常少见。本文根据三水源新安江模型特点,以洪峰流量,峰现时间和洪水总量为优化目标,采用NSGA-Ⅱ、SPEA、PESA三种经典算法,通过对三种算法产生的非支配集进行算法评价,并比较了三种算法产生非支配集的收敛性与分布性,结果表明NSGA-Ⅱ在总体上最优。

径流曲线法参数率定优化方法与应用研究

为提高径流曲线法参数率定的精度,增强径流曲线法的适用性,基于分析前期影响雨量、土壤类型、土地利用类型等影响因素,提出参数CN值率定的优化方法。优化方法结合历史水文资料,通过建立目标函数及约束条件,实现参数快速准确率定。以济南市章丘区大站水库流域为例进行参数优化方法的应用研究。结果表明:计算结果相对误差小于10%,相较于传统查表法,该方法的适用性更强,结果精度更高。