基于LH-OAT分布式水文模型参数敏感性分析

为了有效进行分布式水文模型参数的优选,消除模型计算过程中的不确定性,更好地理解参数对水文模拟的影响,开展了模型参数敏感性分析。使用LH-OAT方法,对比分析了3个不同的流域中多个目标函数下的分布式物理水文模型——流溪河模型的参数敏感性,将其参数敏感性归为：极敏感,敏感,一般敏感和不敏感4类。研究表明,模型参数的敏感性并不是一成不变的,在不同流域,不同评价目标下,会发生一定程度的改变。     

WEP模型参数自动优化及在汉江流域上游的应用

本文将全局参效自动优化算法-复形进化算法,引入WEP-L模型,并成功应用于汉江上游流域.通过复形进化算法参数自动优化,可找到WEP-L模型的一套较优的参数.同时,为比较不同目标函数对参数敏感性与自动率定的影响,分别对8种目标函数进行了参数敏感性分析及自动率定.结果显示,如果以水量误差和纳什效率系数为评价标准,排序后的残差平方和及其变化形式的效果较好.WEP-L模型参数敏感性分析及参数自动化率定的实现,可提高WEP-L模型参数率定的科学性和客观性,从而方便WEP-L模型的推广与应用.     

分布式水文模型EasyDHM模型（II）应用实例

本文介绍了分布式水文模型EasyDHM在汉江上游流域的应用实例。作者通过采用EasyDHM模型中的改进WetSpa产流模型、马斯京干汇流模型、LH-OAT敏感性分析方法、SCE-UA参数优化方法等,对汉江上游流域进行了水文模拟及参数率定。由参数敏感性及参数优化结果知,各产汇流参数敏感性随空间分布的不同有一定差异,而随着时间系列的延长其变化并不大,这不仅说明了按水文站进行参数分区的必要性,也说明在长系列水文模拟中,可仅对指定校正期进行参数优化。而参数优化后能较大程度提高水文模型模拟精度,则证实了参数优化的必要性以及本模型所选取参数优化算法的合理性。     

分布式水文模型EasyDHM （Ⅱ） ：应用实例

本文介绍了分布式水文模型EasyDHM在汉江上游流域的应用实例。通过采用EasyDHM中的EasyDHM产流模型、马斯京干汇流模型、LH-OAT敏感性分析方法和SCE-UA参数优化方法等,对汉江上游流域进行了水文模拟及参数率定。由参数敏感性及参数优化结果可知,各产汇流参数敏感性随空间分布的不同有一定差异,而随着时间系列的延长其变化并不大,这不仅说明了按水文站进行参数分区的必要性,也说明了在长系列水文模拟中,可仅对指定校正期进行参数优化。而参数优化后能较大程度提高水文模型模拟精度,则证实了参数优化的必要性以及本模型所选取参数优化算法的合理性。     

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.     

银北平罗地区含水层参数率定模型

为了分析我国北方地下水特性，考虑到地下水位变化受大气降大，地表水、和地下水三者相互转化的综合影响，在地下水长期观测资料基础上，以地下水水量均衡原理为依据建立了宁夏平罗地区含水层参数率定模型。率定模型共选取了降雨入渗补给量、潜水蒸发量，渠系渗漏补给量、田间入渗补给量、机井开采量、回归补给量、排向黄河排泄量、沟排量等９个因子系列，并对资料系列进行了处理改进，利用ＢＡＳＩＣ程序在计算机上进行线性回归求解     

API流域模型参数交互式率定技术

长江委水文局预报处开发了API流域模型参数交互式率定的软件包。将流域历史水文数据和流域基本资料输入计算机后，预报员从数据查错、处理开始，逐步率定各模型参数和分类单位线，直到模型检验、精度评定、成果打印，全部在计算机上完成，不需任何机下作业。使用结果表明，本软件效率比传统人工作业方式提高数十倍，成果质量也高于人工作业。重点介绍了软件中使用的交互技术。     

WRF-Hydro模型参数在河西内陆河流域的敏感性分析

为研究WRF-Hydro模型参数在河西内陆河流域的敏感性,以西营河流域九条岭水文站以上区域为研究区,在离线模式下利用2015—2018年的全球预报系统(GFS)数据驱动WRF-Hydro模型。基于LH-OAT方法对WRF-Hydro模型的6个主要参数对不同评价指标和空间分辨率的汇流演算网格的敏感性进行了分析,定量计算了各参数的敏感性指标,划分了敏感度等级,并结合典型洪水分析了各参数对洪水过程线的具体影响。结果表明：河道曼宁糙率乘子(MANNFAC)为极敏感参数,入渗系数(REFKDT)、土壤饱和导水率(REFDK)、深层导水系数(slope)为敏感参数,地表糙率乘子(OVROUGHRTFAC)为一般敏感参数,地表持水深度乘子(RETDEPRTFAC)为不敏感参数;各参数的敏感性并不是一成不变的,参数敏感度会受到评价指标的影响,有一定程度的变化;随着汇流演算网格空间分辨率的变化,各参数全局敏感度也会有小幅变化,但参数的全局敏感度等级不发生改变;MANNFAC对峰现时间的调节效果最好,REFKDT和REFDK对洪量和洪峰流量的调节效果显著,slope可以很好地调节洪水过程线的形状。     

水文模型参数敏感性的区间分析

介绍SIMHYD降水径流模型的结构及计算原理,利用该模型模拟了丹江口以上汉江上游流域的月流量过程,并采用区间分析方法分析SIMHYD模型参数的敏感性。结果表明:SIMHYD模型可以较好地模拟该流域的月流量过程;根据参数敏感性大小可将SIMHYD模型参数归为3类:第1类为敏感参数,如SMSC和SUB;第2类为较敏感参数,如CRAK和K;第3类为非敏感参数,如INSC,COEFF和SQ。     

基于GPU加速的水文模型参数率定

针对水文模型参数率定问题,为显著提升计算效率,选择SCE-UA算法和新安江模型为研究对象,围绕SCE-UA算法并行化与程序化实现、并行SCE-UA算法在图形处理器(GPU)上的加速效果这两个关键科学问题,以GPU硬件平台和通用计算设备架构(CUDA)软件平台为工具,采用时空复杂度分析、算法并行性挖掘、代码深度优化、数值模拟实验等多种手段相结合的方法,进行了水文模型参数率定提速研究。内容包括:①搭建基于CUDA和GPU的并行计算软硬件平台,进行配置与调优;②并行SCE-UA算法及其程序化实现;③并行SCE-UA算法在GPU上的加速效果。研究结果表明:所提出的方法显著提升了参数率定效率,能够促进水文模拟、最优化方法、计算机科学与技术等多学科的交叉、融合与发展,对水文模拟与预报、防洪快速应急响应具有科学意义和实用价值。     

一种改进的参数区间选取方法及 在 WEP2L 模型中的应用

分布式水文模型由于参数众多, 各参数之间不能完全独立, 在参数自动率定中存在部分参数的优选过程相互 抑制情况。以 WEP2L( Water and Ener gy transfer Pr ocess in Lar ge river basins) 分布式水文模型为例, 基于 GLUE 算法推求模型参数的后验分布, 将参数全局敏感性分析的 Sobol 方法与概念性水文模型的参数区间优选方法相结 合, 给出了在较少参数采样次数条件下分布式水文模型不完全独立的多参数自动优选方案, 并在白河流域进行了应 用。结果表明: ( 1) 用 GLUE 算法推求参数后验分布, 结合 Sobol 分析及参数的区间优选方法, 可对 WEP2L 实现参 数自动率定, 模拟精度能达到 01 633; ( 2) 将 Sobol 全局敏感度分析与参数的区间优选方法相结合, 可进一步优化参 数区间确定的原则, 提高模拟的精度。研究结果可为分布式水文模型的参数率定提供借鉴。     

事故停泵水锤计算模型参数局部敏感性分析

数值模拟的方法为管道输水工程采用合理的水锤防护提供了良好的技术支撑。基于特征线法,采用扰动分析的方式（固定步长5%,扰动范围±25%）,并结合修正的Morris筛选法,对事故停泵工况时水锤计算模型进行了参数局部敏感性分析,以加强对模型参数的识别和不确定性的分析。分析结果表明：所研究的条件在事故停泵工况时,模型中的7个参数与最大水锤压力值的敏感性大小依次为泵后阀关阀时间、管道管径、输水流量、摩阻系数、水击波波速、机组转动惯量、管道长度。     

基于LH-OAT与熵值法的水文模型参数敏感性系数分析

以山西境内10场次洪水为研究对象,首先采用优化的LH-OAT法,通过对参数的定向改变,得出了双超产流模型参数在不同流域、不同等级洪水及多个目标函数下的敏感性与相关性情况,再基于熵值法确定了模型参数的综合敏感性系数。研究表明:双超产流模型参数敏感性受目标函数、流域特性影响,并且仅在目标函数为PE时,其与各参数的敏感性与相关性不明显。改进的熵值法可以定性定量对模型参数进行多目标函数下的综合敏感性系数分析,模型参数综合敏感性大小排序为S_rK_sbα_0σc。     

基于Condor 的模型参数自动识别实例研究

基于物理机理的分布参数模型广泛用于评价和模拟地下水流和水力响应。传统的确定数值模型参数的试错法(人工方法),过多地依赖于建模者的经验和主观判断,并且是一个非常耗时的过程。引进一种带约束、非线性、全局收敛且无需求导的Condor优化算法,以理想的地下水模型为例,实现了模型参数自动识别的完整过程,并与广泛采用的遗传算法收敛效果进行对比。结果表明,相比于遗传算法,Condor算法受参数初值影响小,寻优效率提升显著。     

基于偏相关法的SWMM模型参数全局敏感性分析

基于拉丁超立方采样和偏相关分析方法,对暴雨管理模型(SWMM)中的水文水力参数进行了全局敏感性分析。以某小区为例,构建SWMM模型进行径流模拟,研究参数变化对模型输出结果的影响。结果表明:在设计降雨情景下,对峰值流量最敏感的参数是不透水区曼宁系数和子汇水区宽度比例因子;对峰值时间敏感的参数是不透水区曼宁系数、子汇水区宽度比例因子和子汇水区坡度比例因子,其他参数敏感性较小;对总产流最敏感的参数是子汇水区面积比例因子。通过分析,量化评估了各个参数的敏感性,可为精确构建模型提供指导。     

POS优化算法在SWAT模型参数优化中的应用

当前,分布式水文模型SWAT模型在国内水文模拟中应用较为广泛,但模型参数较多,人工经验设定参数存在工作量较为繁杂,且模拟精度不高的缺陷,为此本文引入POS优化算法,对SWAT模型参数进行批量优化,并以汤河西支流域为研究区域,结合区域实测水文数据,对比分析参数优化前后,对SWAT模型模拟精度的影响。研究结果表明： POS优化算法可实现SWAT模型参数的批量优化,相比参数优化前,参数优化后SWAT模型模拟径流深相对误差减少5.7%,流量过程拟合系数提高0.118。研究成果对于水文模型参数优化和自动率定提供参考价值。     

二维水质模型参数的敏感性分析

建立了二维水量-水质耦合模型,并增加了随机函数生成模块与Regionalized Sensitivity Analysis(RSA)功能。以太湖总氮为例,运用RSA方法分析该模型参数的敏感性。结果表明:有机物沉降速率VS3最为敏感,对总氮模拟结果的影响较大;太湖各分区的参数敏感性不尽相同,如监测点平台山的可接受参数的敏感性顺序为:VS3KpzdK12K71K2VS4K2DGP1,而东太湖34参数的敏感性顺序则为:VS3VS4KpzdGP1K2DK12K71K2。说明模型参数的敏感性差异主要由于各分区的水质条件及水环境变化规律不同。本文确定的模型参数敏感性分析方法,可为水质模型的参数选取提供依据。     

PID优化算法在分布式水文模型参数优化中的应用

采用PID优化算法对分布式水文模型VIC模型进行参数自动优化计算,并对比分析参数优化前后对分布式水文模型模拟精度的影响。研究结果表明:参数优化后,分布式水文模型VIC模型在年尺度和小时尺度的水文模拟精度均有所改善,误差减少13.8%和13.2%,拟合度提高0.28和0.14。研究成果对于分布式水文模型参数优化方法提供参考价值。     

基于改进响应面的邓肯-张E-B模型参数全局敏感性分析

为研究邓肯-张E-B模型参数及参数之间的交互作用对大坝变形的影响,以某均质黄土坝为研究对象,利用改进的响应面方法分析了邓肯-张E-B模型参数的全局敏感性。通过部分因子设计筛选出对土坝变形影响较为显著的5个参数为R_f、γ、φ₀、K_b、K,再利用响应面方法中的中心复合设计对筛选结果做进一步的全局响应面分析,考察参数及参数之间的交互作用对土坝变形的影响。结果表明,R_f、γ、φ₀是对大坝位移敏感性最强的3个参数,这3个参数之间的交互作用对于大坝变形的敏感性同样重要,且高于单个因素的敏感性,在类似工程计算中应考虑参数之间的交互作用。