变参数迟滞瞬时单位线及在洪水预报中的应用

针对迟滞瞬时单位线法和变参数瞬时单位线法在洪水过程分析中的不足之处,在考虑降雨强度对模型参数及水流推移作用的影响基础上,提出了变参数迟滞瞬时单位线法。该法较好地反映了单位线参数随降雨时空分布变化的规律,能较好处理单位线非线性改正问题。将变参数迟滞瞬时单位线法应用于陆水水库洪水预报中,取得了良好的效果,证明该法具有较高的预报精度和应用价值,值得推广应用。

无资料地区Nash瞬时单位线参数推求方法探究

Nash瞬时单位线在洪水预报中应用广泛,但易受实测资料限制,为推广其在无资料地区的应用,采用文献分析和统计方法分析其在我国中小流域的历史参数取值,总结其参数规律,针对应用较多的长江流域做重点分析,将推求规律应用于黄河、长江和淮河的四个中小流域,并选取MFPM模型进行检验,四个流域的NES均大于0.75,结果表明该规律满足实践要求且具有统计学意义,推求公式应用不依赖于实测降雨径流资料,可在无资料地区进行推广。

基于DEM的流域地貌气候瞬时单位线地貌参数的提取

地貌参数的提取是水文模型构建的基础,参数的准确与否直接关系到模型的精度。该文研究了基于DEM提取地貌气候瞬时单位线(R-VGIUH)地貌参数的方法:对流域DEM进行填洼处理;提取不同临界支撑面积下的河网;分析临界支撑面积的取值对所提取的河网总长度和平均坡降的影响;确定反映流域河流地貌发育的流域临界支撑面积;计算流域相应的各项地貌参数。将该方法应用于山西省吉县的冯家圪垛小流域(17.98 km2),提取的河网与实际情况比较符合,计算出的地貌参数河数率(4.6083)、河长率(2.5928)、面积率(3.3999)均符合通过大量自然水系资料分析确定的取值范围。研究方法排除了选取集水面积阈值时的主观性,提高了提取流域地貌参数的精度。

迟滞瞬时单位线参数估计熵法

迟滞瞬时单位线的数学表达式形同于皮尔逊Ⅲ型分布,基于数学相似性原理建立了两者参数之间的关系。以信息熵理论为基础,构造了参数估计方程,然后将对数均值用泰勒级数展开,忽略高阶项,提出了迟滞瞬时单位线参数估计的一种方法--熵法。从检验的算例估计实值的精度来看,熵法其结果令人满意,精度比常用的矩法估计值有明显提高,从而表明提出的方法具有良好的参数估计效果。

考虑水流空间变异性的地貌瞬时单位线研究

探讨了在非线性的框架下河网结构对流域水文响应的影响,通过考虑水动力参数空间变化的非线性来构建流域地貌瞬时单位线并进而分析对水文过程的影响。以长江三峡区间沿渡河流域为例,计算表明提出的方法能获得较高的计算精度。

一个用于瞬时单位线参数更新的递归公式的推导及应用

在应用瞬时单位线(IUH)进行流域汇流模拟时,需要先率定其2个参数:线性水库的个数n及调蓄系数K。研究表明,用传统的矩法率定得到的IUH,对地面径流的模拟精度较差,需要对参数进行更新。此前袁作新给出了一个用于参数更新的递归公式。本文推导了一个新的递归公式,并与袁作新公式的应用效果进行了对比。新递归方程的推导原理是针对地面径流过程线的2个特征值:洪峰流量和峰现时间,按模拟值与观测值之间的比来调整参数n和K,以使调整后得到的地面径流尽量接近观测值,调整的目标函数选取确定性系数(DC)和误差的均方值(MSE)。将新递归公式和袁作新公式应用于2个案例。结果表明,新递归公式在提高地面径流模拟精度上要优于袁作新公式,对于案例1,新递归公式能提高模拟精度,而袁作新公式则不能;对于案例2,新递归公式提高模拟精度的幅度要高于袁作新公式,DC值提高了1.1%,MSE值降低了14.2%。分析原因认为较大的参数调整幅度可能跨越最优点,而新递归公式对参数的调整幅度小于袁作新公式,从而使其能够找到最优点。应用本文的递归公式时,不宜调整次数过多,否则会降低地面径流模拟精度,对2个案例的最优调整次数均为2次,产生此现象的原因是增加调整次数虽然可以提高对洪峰流量和峰现时间的模拟精度,但不一定能提高对整个地面径流过程的模拟精度。

瞬时单位线参数的率定与递归更新对地面径流模拟结果的影响

在用瞬时单位线进行流域净雨的坡面汇流计算时,需要先率定其2个参数:线性水库的个数n及单个线性水库的调蓄系数K.传统参数率定方法为矩法,研究表明,使用矩法率定所得的瞬时单位线对地面径流的模拟精度较差,需要对参数进行更新.提出了一个用于瞬时单位线参数更新的递归公式,并研究了参数更新次数对流域地面径流模拟精度的影响.递归方程的推导是针对地面径流过程线的2个主要特征值:洪峰流量和峰现时间,使模拟的洪峰流量和峰现时间尽量接近观测值.应用结果表明,递归公式能够获得比矩法更高的地面径流模拟精度;但应用递归公式的次数不能太多,当超过2次时,模拟精度反而会降低.分析原因认为,递归公式推导的原理,是使洪峰流量和峰现时间的模拟值尽量接近观测值,以它们之间偏离的程度来调整参数n、k的值,但对整个地面径流过程的模拟精度的评判需要考虑整个地面径流过程,而不仅仅是洪峰流量和峰现时间,这是更新次数不应过多的原因.

流域时变瞬时单位线非线性汇流模型及应用

为增强瞬时单位线的适用性,提高流域洪水预报精度,本文在纳什瞬时单位线的基础上,充分考虑流域净雨强度和空间分布不均匀的非线性影响因素,提出时变瞬时单位线(TVIUH)模型.同时建立了综合目标函数确定模型参数,模型简单实用.通过观音阁-葠窝梯级水库的实例检验,证明该模型能较好地处理流域汇流的非线性影响因素,提高汇流预报精度,为水库的防洪调度能提供更为可靠的依据.

Copula分布估计算法在瞬时单位线参数估计中的应用

针对利用传统矩法估计瞬时单位线参数时还原的洪水过程与实测洪水过程之间往往存在较大差异的问题,结合Copula函数与分布估计算法的优点,以实测地面径流与还原地面径流的加权残差绝对值之和最小为准则,采用Copula分布估计算法进行流域瞬时单位线的参数估计,这样既保证了算法的全局搜索能力,又充分考虑了参数间的相关关系。实例应用结果表明,利用Copula分布估计算法估计单位线,还原后的洪水过程与实测洪水过程的吻合度较传统的矩法高,特别是对于洪峰,优势更为明显。

遗传算法在估计瞬时单位线参数中的应用

以m atlab为平台,应用遗传算法和m atlab工具箱中的统计函数,通过求解还原洪水过程与实测洪水过程之差绝对值的加权之和最小化问题来优化估计瞬时单位线的参数,避免了用近似公式法求解带来的方法误差.实例研究表明该方法是有效的,其精度明显高于矩法,也较近似公式法高.

基于和声搜索算法的瞬时单位线参数优化估计

和声搜索(Harmony Search,HS)算法是一种启发式优化算法,通过反复调整和声记忆库中解的变量,使待优化函数目标值随着迭代次数的增加不断收敛,从而来完成优化。此算法概念简单、可调参数少、容易实现。文章将基于和声搜索,并采用加权残差绝对值和最小准则对瞬时单位线模型参数进行估计,实例表明使用此方法率定的参数还原的径流过程与实测径流过程拟合相较其它方法更佳。

基于WSA-EDA算法的瞬时单位线参数优化估计

针对矩法估计瞬时单位线参数时,推求的径流过程与实测径流过程拟合效果不佳,特别是洪峰误差较大的问题,探讨了基于WSA-EDA算法的瞬时单位线参数优化估计的模型与方法,以依据瞬时单位线推求的径流过程与实测径流过程的加权残差绝对值之和最小为目标,应用WSA-EDA算法对瞬时单位线的参数进行优化估计。实例应用结果表明,按WSA-EDA算法优化得到的瞬时单位线参数用于推求洪水过程,其整体计算精度更高,尤其是在洪峰处的拟合度更好。

变雨强瞬时单位线法在水库洪水预报中的应用研究

为将纳希瞬时单位线法充分应用在有实测雨洪资料的地区,在分析纳希瞬时单位线法参数n和K作用的基础上,设计了变雨强瞬时单位线模型,归纳总结应用实测资料计算模型参数的方法。据29场次洪水模拟计算和4场次预报作业分析,在编制白溪水库洪水预报方案中应用该模型,可提高计算成果精度,满足水库洪水预报作业实践需要。

基于误差原理的瞬时单位线法参数敏感性研究

计算暴雨洪水的瞬时单位线法在我国应用较广,瞬时单位线法的地理参数、产汇流参数和暴雨参数等原始参数往往存在一定的误差,会通过误差传播使地面径流过程产生相应的误差。采用多元函数一阶泰勒公式展开瞬时单位线法基本方程,可得到各参数一阶代数精度的误差传播方程。结果表明:暴雨的相对误差传播具有一定的放大效应;流域面积的相对误差会导致地面径流过程等量的相对误差;下渗量的相对误差传播敏感性总体相对较小,局部仍有可能较大;线型参数n、K的加大,会导致地面径流峰值减小,上涨段更平瘦、回落段更丰满,并存在不显著的峰值发生时间后移趋势。

地貌瞬时单位线参数敏感性分析

针对流域汇流速度和降雨时空变异性等不确定性因素为地貌瞬时单位线研究的难点问题,采用人工扰动法分析了汇流速度的敏感性,统计分析得出流域暴雨中心为汇流速度的主要影响因子,并建立了两者间的关系,进而由暴雨中心来推求汇流速度;同时比较分析了不同流域河网级别对地貌瞬时单位线的影响程度,得出流域河网级别为影响其他地貌参数的综合性参数,并选出适于研究流域水文模拟的最佳流域河网级别。

地貌瞬时单位线研究进展

自从 Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ－ Ｉｔｕｒｂｅ 等人开创了地貌瞬时单位线的研究以来， 从理论上探讨用流域地形地貌参数定量流域水文响应， 已成为近２０ 年来水文学中最富有吸引力的研究课题之一。总结了基于 Ｈｏｒｔｏｎ－ Ｓｔｒａｈｌｅｒ 河流分级和水系随机模型推导流域地貌瞬时单位线获得的主要研究成果， 对地貌气候瞬时单位线作了综述。

地貌瞬时单位线在滦河中小流域的应用

针对中小流域防洪能力薄弱、水文资料缺乏、洪水预报预警难度大的问题,选取滦河两个中小流域,分别采用经验公式法和地形地貌参数法确定流域平均汇流速度,推求相应的地貌瞬时单位线,采用清华大学GBHM产流模型,对该地区2017、2018年暴雨洪水进行模拟分析。结果表明,经验公式法推求的瞬时地貌瞬时单位线模拟精度较高,应用效果较好,可推广应用于无资料中小水库洪水预警预报工作中。

异参K的瞬时单位线研究

纳希在假设入流过程经过n个具有相同调蓄参数k的线性水库的调蓄的情况下,推导出著名的纳希瞬时单位线。显然相同k值的假设是欠妥的,且求得的水库个数n一般不为整数。作者在各水库调蓄参数k各不相同的情况下,推导出瞬时单位线,并将各水库的k值与相应的河段比降建立了有机的联系,从而扩展了纳希瞬时单位线。

瞬时单位线法在浙江省应用的几个问题研究

纳希瞬时单位线在浙江省地区得到应用,为了使该方法适用于该地区,需要对其中的模型参数和非线性外延控制两个问题进行研究。通过对瞬时单位线法中n和K参数作用的研究分析,结合浙江省地区的实际情况,研究出按照流域面积大小分级取用n值的关系;同时通过对浙江省地区实际水雨情进行计算分析,得出临界雨强控制在30～40mm/h在浙江省地区是合理的。该成果为纳希瞬时单位线在浙江省地区的使用提供了参考依据。

基于DEM建立小型水库流域R-V地貌瞬时单位线之初探

受预报方法和管理水平的限制,小型水库洪水预报能力严重满足不了日益提高的生产管理需要。研究和揭示水库洪水与流域地形地貌的关系,基于数字高程模型(DEM)建立揭示流域水文响应与地形地貌关系的地貌瞬时单位线(GIUH)及具有物理基础的分布式水文模型,是破解小型水库洪水预报难题的必然出路。R-VGIUH理论是最基础最经典的地貌瞬时单位线理论。文章以雁江区高板桥水库流域作为实例,详细介绍了基于DEM提取小型水库流域河网和Horton地貌参数的方法和步骤,并成功建立了高板桥水库流域的R-V地貌瞬时单位线,为进一步探索建立小型水库流域分布式水文预报模型奠定了基础,对推动小型水库洪水预报方法研究具有积极意义。