新安江模型在涢水流域的适用性研究

为提高涢水流域的洪水预报精度,缓解流域下游的防洪压力,更加科学地进行防洪调度,研究集总式三水源新安江模型在该流域的适用性.选取该流域1987年～1997年实测资料,采用SCE-UA算法优选模型参数,分析模拟洪水过程与实测洪水过程中的差异,总结新安江模型在该流域的适用性.结果表明:新安江模型模拟结果从洪量、洪峰及洪水过程...     

新安江模型参数优化的一种约束SCE-UA算法研究

在新安江模型参数优化领域,洗牌复合形进化(Shuffled Complex Evolution,简称SCE-UA)算法得到了广泛的应用。但在长序列降雨径流模拟和模型参数优化中面临一些问题需要解决。当模型参数适配不当时,土壤含水量易于出现负值,此外,不同径流成分对应的汇流参数需要满足一定的大小关系。上述问题的处理,决定着优化算法能否找到具有正确物理意义的最优模型参数,以及径流模拟结果的合理性和可靠性。针对这些问题,提出了一种约束SCE-UA算法,通过罚函数法对土壤含水量和汇流参数施加约束,引导优化算法向具有正确物理意义的参数可行域展开搜索,在寻优的同时确保了物理意义的正确性。在呈村流域开展了基于约束SCE-UA算法的新安江模型参数优化研究,数值模拟结果表明,约束SCE-UA算法能够确保模型参数物理意义的正确性,解决了土壤含水量出现负值和汇流参数大小关系错误的问题。利用优化获得的最优参数开展水文模拟,能够取得更好的水量平衡效果和更高的模拟精度。     

基于SCE-UA算法的API模型应用研究

为了减小Nash模型参数优化中人工试错法和局部优化法的不确定性,以一种快速有效的优化方法求Nash模型参数的全局最优解。以安徽呈村和榆村流域为例,使用SCE-UA算法对API模型参数进行优化,采用对数绝对值误差为目标参数,分析优化结果。选用1988年~1999年共20场洪水进行经检验分析,模拟结果确定性系数均达到0.8以上,其中场18洪确定性系数达到0.9以上。研究结果表明,采用SCE-UA算法对API模型参数优化可以取得较好的结果,提高了模拟精度。     

基于参数移植法的无资料地区洪水预报分析

以浑河上游清原下水库流域为研究对象,探究了参数移植法在无资料地区洪水预报的适用情况。选取了清原下水库附近的南口前流域为建模区,构建了新安江模型,并选取流域内11场洪水资料,利用SCE-UA算法进行参数率定,最后再将参数移植到了研究区流域,结果显示模型预报精度达到乙级,说明参数移植法在无资料地区洪水预报的适用性。     

不同水文模型在双桥流域的应用比较

新安江模型、SWAT模型和BTOPMC模型分别代表集总式、响应单元式和网格分布式三种不同结构的流域水文模型。以Nash效率系数为目标函数,采用SCE-UA自动优化算法率定模型参数,对双桥流域的日径流进行了模拟。结果表明:新安江模型、SWAT模型和BTOPMC模型都能较好反映双桥流域的日径流过程。从总体效果来看,新安江模型的模拟效果比SWAT模型和BTOPMC模型的好,三个模型对总体水量的模拟误差都在±10%以内,水量模拟比较平衡。在不同流量级的模拟中,SWAT模型的水量平衡效果均比新安江模型和BTOPMC模型的好;大流量模拟时,新安江模型的模拟均方根误差较小,模拟效果最好;中流量和小流量模拟时,BTOPMC模型的均方根误差较小,模拟效果最好。     

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。     

水库洪水实时优化校正预报模型的探究与应用

以经典流域水文模型——新安江模型为基础,耦合SCE-UA全局自动优化算法和AR自回归误差校正模型构建出适用于水库流域的洪水实时优化校正预报模型。根据实测的降雨径流过程对水文模型参数和流域状态变量参数进行全局优化实时校正计算,并依据预报降雨对未来一定时期内水库洪水过程进行高精度预报。选取亭下水库流域为实验对象,对亭下水库流域洪水分别进行初步预报和实时优化校正预报,两种预报结果比较分析显示,实时优化校正预报结果能更好地模拟实测洪水过程,其预报精度更高。     

基于API模型和SCE-UA算法的三湾水库产流预报模型研究

产流预报是水利工程设计和运行管理的重要内容。以辽宁丹东三湾水库为例,利用人机交互试错法与SCE-UA算法构建起基于API水文模型和SCE-UA算法的三湾水库产流预报模型。通过对2012～2016年23场洪水预报,合格率这87%,该模型对提高三湾水库的流域产流预报精度具有重要意义。     

流域计算单元对新安江模型参数的影响研究

新安江模型广泛应用于湿润半湿润地区,参数影响着新安江模型的模拟效果.其参数的取值也受到很多因素的影响,其中包括研究流域的划分方式对新安江模型参数的影响.本文所研究的流域为沿渡河流域,对沿渡河流域分别采取三种划分方式,对于每种划分方式下,划分得到的每个流域计算单元面积基本相等.分别对三种划分方式下的每场洪水模拟调参,最终得出与之对应的三组最优平均参数,对比分析这三组最优平均参数值的变化.从模型参数的物理意义上分析,并经上述实例的模拟和优化,得到的结论是,同一流域,计算单元划分的个数越多,其面积越小,新安江模型参数CS,CI,CG也越小.     

西枝江流域水文预报技术及应用

随着社会经济的发展,城市化带来的防洪问题越来越突出。安墩水流域是西枝江上游受人类活动影响相对较小的流域,选择此流域进行模拟研究TOPMODEL和新安江模型在西枝江流域水文预报的适用性。从TOPMODEL和新安江模型模拟结果可以看出模拟径流的精度较高,而且参数变化范围较小,2个模型在此流域是合适的,为TOPMODEL和新安江模型在整个西枝江流域的模拟奠定基础。