深圳鹅颈水流域SWMM模型参数敏感性分析及率定研究

以深圳市鹅颈水流域为研究区域搭建SWMM模型,在3场不同强度降雨条件下模拟该区域的水文水质。同时,采用修正摩尔斯(Morris)筛选法对模型水文水质参数进行敏感性分析,并以此结果对模型参数进行率定。研究结果显示:水力模块中参数敏感性的大小依次为不渗透性(imperv)、宽度(width)和坡度(slpoe);水质模块中最敏感的参数为冲刷指数(exponent);经敏感性分析模型率定结果较好,率定误差检验系数ENS为0.634~0.861,R2为0.698~0.96。     

广州天河智慧城SWMM参数敏感性分析

为研究城市雨水模拟中参数对SWMM模拟结果的影响,构建了广州天河智慧城SWMM水文模型,开展降雨径流水量水质同步监测,对模型参数进行率定与验证,并使用Morris方法分析水文水力参数和水质参数的敏感性。结果表明:水文水力参数中最大下渗速率对总径流量敏感性最高,地表曼宁系数对峰值流量敏感性最高,下渗参数为影响水文水力模拟结果的主要参数;水质参数中冲刷指数对污染物模拟结果敏感性最高,前期干旱天数对污染物模拟结果敏感性比总径流量模拟的敏感性高。     

应用CE-QUAL-W2模型模拟输水明渠冰盖的研究

以宁夏吴忠地区金积供水工程输水明渠为例,应用CE-QUAL-W2模型(二维纵向垂向平均水动力学和水质模型)进行了输水明渠冰期冰盖生消模拟的可行性研究。在此基础上,计算了南水北调中线京石段典型气温过程中不同入流量和水深条件下的冰盖发展过程,同时对模型参数进行了敏感性分析,研究结果表明:气温、入流量、水深、光遮蔽系数和风剪切系数对冰情有不同程度的影响。     

基于偏相关法的暴雨管理模型参数敏感性分析

基于拉丁超立方抽样法对暴雨管理模型(SWMM)输入参数进行采样,采用偏相关法对参数进行全局敏感性分析。取某小区为研究区域构建SWMM模型,分析水文水力参数变化对模型输出变量的影响大小。研究发现,峰值流量最敏感的参数是透水区糙率系数,但该系数并不起决定性作用,它和其他较敏感参数共同决定着峰值流量的大小;峰现时间最敏感的参数是最小渗透率,但是所有参数的敏感性都较低,对峰现时间的影响都很小;总产流量最敏感的参数依次是最小渗透率、面积修正因子、渗透衰减系数和最大渗透率。通过敏感性分析识别出敏感参数,可提高参数率定效率和模拟结果的可靠性。     

基于Sobol方法的新安江模型参数敏感性分析

采用敏感性分析方法对复杂模型和系统的输入和输出进行定性和定量的分析,有利于模型结构的诊断、模型参数的识别和模型的应用。现以桓仁水库流域为例,使用Sobol方法,以确定性系数、总水量误差系数、低水误差系数和高水误差系数作为敏感性分析模型的目标函数,分别对模型单参数和多参数的敏感性进行了评价。结果表明不同目标函数下参数的敏感性不同;Sobol能定量地给出参数的总敏感度和参数间相互作用的敏感度,适合于分析水文模型的参数敏感性。     

SCS-CN模型的改进及其空间尺度效应

SCS-CN (Soil Conservation Service Curve Number)模型是广泛应用经验性水文模型,其模型参数的确定与空间尺度效应对径流模拟结果有着重要的影响。选取淮河上游为研究区,分析SCS-CN模型参数的敏感性并对模型进行改进,探讨了9种栅格尺度(100～2 000m)下径流模拟结果的空间尺度效应。研究结果表明:SCS-CN模型输入参数中,系数b的敏感性高于初损系数(λ),将参数b值作为模型需要修正的参数;随着空间尺度增加,下垫面各要素的尺度变化使得参数b呈指数递减趋势;模型模拟精度的最佳空间尺度范围是250～500m尺度。     

GLUE框架下似然函数对水文模型不确定性的影响

似然函数的选取对模型参数不确定性结果存在较大影响。本文以淮河上游大坡岭水文站控制流域为例,采用GLUE不确定性分析方法、SCE-UA优化算法与流域水循环系统模型(HEQM)耦合,探索Nash-Sutcliffe系数与水量平衡系数这两个似然函数对模型参数敏感性、取值分布特征以及不确定性的影响。结果表明:从敏感性分析结果来看,Nash-Sutcliffe系数作为似然函数时,所选择的9个参数均为敏感性参数,而水量平衡系数作似然函数时,仅有1个敏感性参数,Nash-Sutcliffe系数更适合作似然函数;从不确定性区间评价结果来看,水量平衡系数作为似然函数时,模拟结果的覆盖率和对称性均优于Nash-Sutcliffe系数。以上研究可为GLUE方法似然函数的选取提供参考,也为多目标GLUE方法中权重的分配提供理论依据。     

SWAT模型参数敏感性分析与自动率定的重要性研究——以玛纳斯河径流模拟为例

介绍了SWAT2005模型参数敏感性分析和自动率定模块的原理,并在新疆玛纳斯河流域中进行应用,通过敏感性分析及参数率定前后的结果对比,证明该模块对模型应用的重要性。根据LH-OAT敏感性分析法,辨析出影响玛纳斯河流域径流模拟结果精度的主要参数因子:积雪温度滞后因子(Timp)和基流回退系数(Alpha_Bf)。根据SCE参数自动率定法,确定出对径流模拟结果影响较大的11个参数值,并采用连续5年的实测日径流数据对模型进行了验证。结果表明:模型对日流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于20%,相关系数R2高于0.8,Nash-Suttcliffe系数Ens高于0.7,SWAT模型在玛纳斯河流域产流的模拟结果良好,值得进一步推广。     

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。     

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。     

输水隧洞支护结构热力学参数敏感性分析

面对高岩温对地下洞室工程施工造成的诸多不利影响,文章以辽宁省观音阁输水工程的输水隧洞高岩温施工段为工程依托,利用数值模拟的方法对输水隧洞支护结构热力学参数敏感性进行了深入分析。结论显示:喷层比热为不敏感参数,其余三个参数为敏感参数,并且线膨胀系数和导热系数的影响更为显著。建议施工过程中尽量选用线膨胀系数小、导热系数高的材料。     

水文模型参数敏感性分析方法评述

针对水文模型敏感性分析中存在的诸多问题,分析水文模型参数敏感性分析在模型构建及应用过程中的主要作用及其与不确定性分析和参数优化之间的联系,总结敏感性分析方法的3种分类,并探讨水文模型中常用的筛选法、回归分析法、基于方差的分析方法及基于代理模型技术的分析方法等4种关键技术方法,剖析水文模型参数敏感性分析方法的适用条件及优缺点,回顾各种方法在水文模型中的研究现状,提出水文模型参数敏感性分析的研究框架与步骤,指出水文模型参数敏感性分析的计算效率、可靠性和参数的相关性是未来的主要研究方向。     

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.     

目标函数对滦河流域SWAT模型径流模拟不确定性的影响

针对水文模型参数和径流模拟结果不确定性问题,选取2Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)、改进的决定系数(R_m²)、相对误差(PBIAS)、Kling-Gupta效率系数(KGE)4种目标函数,对构建的滦河流域潘家口水库上游SWAT模型进行参数率定及验证,分析了不同目标函数下模型参数的敏感性差异及径流模拟的不确定性。结果表明：参数敏感性会随迭代次数增加和抽样范围变化发生改变,不同目标函数下率定的参数范围和最优值显著不同;NSE和KGE作为目标函数在各站点径流模拟中更稳健,分别表现出较高的模拟精度和较低的模拟不确定性。     

Strategies to enhance the reliability of flow quantile prediction in the gauged and ungauged basins

The precise reproduction of different flow regimes in both gauged and ungauged watersheds is crucial for managing environmental flow and water quality requirements. However, the ability of hydrological models to reproduce flow quantiles (FQs) is often influenced by the process of calibrating the most dominant parameters through traditional parameter estimation methods. This research proposes a systematic parameter estimation approach to improve the credibility of the hydrologic model in reproducing FQs in gauged and ungauged watersheds through the following steps: (a) implementation of parameter sensitivity analysis to identify the dominant parameters, (b) initial estimation of the sensitive parameter values, (c) an iterative search for the optimal value of the dominant parameter in reproducing FQs and (d) regionalization of parameters to estimate FQs in the ungauged watersheds. The analysis shows the highest sensitivity of the runoff curve number (CN2) in simulating the hydrologic process in all test watersheds. Moreover, the best value of CN2 was found to be different for each flow quantile. Therefore, CN2 was updated for reproduction of FQs, which resulted in an overall average improvement of the regionalized model accuracy (across all test watersheds and flow quantiles) by 37 and 46% during the calibration and validation periods, respectively. The spatiotemporal dynamics of the water balance components that often control the behaviours of FQs in both the gauged and ungauged watersheds were also quantified. The results show a wide range of spatiotemporal variations for the majority of the water balance components.     

地源热泵系统地下水热量运移模拟参数敏感性分析

基于敏感性分析理论,以某地下水源热泵系统夏季运行为例,选取典型观测点温度值及回灌水热量影响范围作为模型输出结果,从局部和全局定性、定量地讨论了热泵系统特定水流和热源条件下地下水热量运移模拟中参数的敏感性问题。结果表明:模型输出结果对所选参数的局部敏感性程度和趋势差别明显;全局敏感性分析中其他参数不同取值对待分析参数敏感性各参数间共同作用对模型均存在影响,各参数组合全局敏感性趋势变化基本一致,模型稳定性较好。     

The Influence of Conceptual Flow Simulation Model Parameters on Model Solution

This article investigates the influence of conceptual flow simulation model parameters (i.e coefficients and constants that need to be estimated in calibration) on model solution (surface runoff) to understand the characteristics of the model. A new conceptual watershed yield model (WYM) was employed. There are four physical parameters, two fitting coefficients and two initial estimates of the surface water and groundwater storagesthat control the functioning of the model. The conceptual model was applied on Ling River near Kahuta and detailed sensitivity analysis was performed to explore the most sensitive model parameters. The most sensitive model parameters worked out were C _g (a fitting coefficient, which reflects the rate at whichgroundwater runoff occurs), w _r (watershed retention is the initial rainfall losses before runoff begins), p _gr (inputparameter that reflects the discharge capacity of the groundwateraquifer). The model parameters like i _c (infiltration coefficient), g _wsm (input parameter that depends on the subsurface storage available in the watershed) and e _p (input parameter) have negligible effect on model solution. It was observed that w _r (watershed retention) is the only surface runoff controlling parameter and p _gr and C _g are the groundwater runoff controlling parameters.