分布式水文模型参数群组敏感性快速定量评估研究.pdf
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1、水文水资源水利规划与设计 年第 期:/分布式水文模型参数群组敏感性快速定量评估研究韩 睿(辽宁省铁岭水文局 辽宁 铁岭)摘要:为提高分布式水文模型参数敏感性分析的效率 首次结合 方法 对分布式水文模型 模型进行参数群组的敏感性分析 结果表明:其下垫面综合影响参数 值对 模型水量目标影响程度最高 其参数群组的敏感度均值为 计算单元坡比 对洪水过程影响程度最低 研究成果对于分布式水文模型参数群组的敏感度快速分析具有重要参考价值关键词:分布式水文模型 参数群组 敏感性分析 方法中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:辽宁省科技攻关项目:融合多源遥感降水信息的流域暴雨洪水预报方法研究
2、()作者简介:韩 睿(年)男 高级工程师:近些年来 随着流域下垫面数据提取技术的快速发展 分布式水文模型已经逐步成为流域水文模拟的一种有效手段 尤其是当前水利部推行以流域为控制单元 在流域内实现“预报、预警、预演、预案”亟需对流域进行分布式水文模拟后 对流域内各预报控制节点进行分布式水文模拟 分布式水文模型将流域划分成不同计算单元 对各计算单元设置参数进行洪水模拟计算 由于对不同计算单元进行参数设置 因此其分布式水文模拟参数率定的工作量较大 一次洪水模拟计算的时间较长 为提高分布式水文模型计算效率 国内针对其参数组群的敏感性分析取得一定研究成果但这些方法对于大型流域分布式水文模型参数群组敏感性
3、分析的适用性还不高 且很难实现参数群组的快速率定 当前 一种基于曲面响应的参数群组敏感性快速分析的方法得到应用 但在分布式水文模型中还未得到相关应用 为提高分布式水文模型参数敏感性分析的效率 首次结合 方法 对分布式水文模型 模型进行参数群组的敏感性分析 研究成果对于分布式水文模型参数群组的敏感度快速分析具有重要参考价值 参数群组敏感性分析方法 方法采用抽样方法 通过建立参数之间的非线性方程进行抽样计算:()()()式中 分布式水文模型参数群组敏感度 分布式水文模型评估参数 方法对不同参数群组的组合方程进行计算:()()式中()参数群组组合计算方程 各模型参数之间的方差计算值 分布式水文模型各
4、计算单元下的方差组合计算值 不同循环计算阶数下的方差组合计算值 不同循环阶数下的单变量参数的方差组合值按照不同循环阶数对不同参数组合方差进行敏感度计算:一阶指数:()二阶指数:()全阶指数:()式中 参数组合下的方差总值 不同单一参数的敏感度 分布式水文模型不同参数之间的关联敏感度 全部计算阶数下的参数敏感 年第 期水利规划与设计水文水资源度 分布式水文模型的参数方差总和各水文模型参数由于具有高度非线性的特点主要采用蒙特卡洛方法进行方差计算:()()()()()()()()()()()()()()()式中 蒙特卡洛算法下计算样本序列总数模型参数循环计算下的样本序列、不同参数抽样计算的序列样本群
5、()不同抽样样本参数组群序列、抽样参数 下的样本数据序列、抽样参数 下的样本数据序列抽样函数值 抽样样本方差总值 第 组抽样样本数据序列 第 组抽样样本数据序列 不同抽样样本数据系列下方差差值不同抽样样本数据系列下方差求和值()、()不同组参数在抽样参数 和 下的抽样样本数据系列以洪水过程拟合度、相关系数、相对误差作为 方法参数评估的目标函数:/()()/()()()/()/()()()()/()式中、流量计算值和实测值/流量均值数据系列 数据系列计算长度 模型参数群组敏感性分析 模型主要参数结合 模型主要参数 以铁岭地区松树水文站以上集水区域为研究实例 模型将流域划分成 个计算水文响应单元
6、每个单元设置一组模型计算参数 共 组参数组合 各参数组合中重点对 模型的 个主要参数进行敏感性分析 各参数取值范围见表 表 各主要参数物理意义及变化区间参数名称物理变量意义取值范围产流影响参数 河床断面糙率 流域汇流调整系数 计算单元比降 土壤蒸发折算比例 土壤饱和含水量 地下水消退比例 基流消退比例 地下水出流下限值 不同目标函数下参数组合敏感性分析分别以水量、拟合过程、相对误差、相关系数作为 模型参数组合敏感性分析的目标函数值 分别对其不同抽样参数下一阶和全阶敏感指数进行分析 结果见表 并对各目函数下的全阶敏感指数分布进行分析 结果如图 所示从表 中可看出水量目标函数下一阶敏感程度最高的为
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