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新安江模型参数优选的改进粒子群算法

水利学报 2007年第10期38卷 1200-1206页

作者：江燕刘昌明胡铁松武夏宁北京师范大学水科学研究院北京100875 武汉大学资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 中国水利水电建设集团公司北京100044

借鉴竞争演化和多种群混合的思想,对粒子群算法(PSO)进行改进,建立并行种群混合进化的粒子群算法(PMSE-PSO)和序列主-从种群混合进行的粒子群算法(SMSE-PSO)。数值模拟结果表明,这两种改进的粒子群算法具有较高的计算效率、较强的自适... 详细信息

借鉴竞争演化和多种群混合的思想,对粒子群算法(PSO)进行改进,建立并行种群混合进化的粒子群算法(PMSE-PSO)和序列主-从种群混合进行的粒子群算法(SMSE-PSO)。数值模拟结果表明,这两种改进的粒子群算法具有较高的计算效率、较强的自适应性和稳定性。将PMSE-PSO和SMSE-PSO应用于新安江模型的参数优选中,通过与PSO和SCE-UA的比较可以看出,PMSE-PSO和SMSE-PSO不仅具有较好的全局优化性能和稳定性,而且在调用目标函数次数相同的情况下精度较高,是一种有效的新安江模型参数优选方法。

关键词：参数优选新安江模型全局优化粒子群算法多种群混合进化

新安江模型中河网汇流参数Cs的一种计算方法

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水科学进展 2016年第5期27卷 652-661页

作者：李致家梁珂阚光远李巧玲姚成张珂河海大学水文水资源学院江苏南京210098 河海大学水安全与水科学协同创新中心江苏南京210098 中国水利水电科学研究院水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

新安江模型河网汇流参数Cs主要取决于河网形态及地貌特征规律,针对PUB(Prediction in Ungauged Basin)问题,从物理机理分析的角度,构建描述河网汇流动态变化的微分方程并给出适当的定解条件,用解析法得出微分方程的解,从而探索出在无实... 详细信息

新安江模型河网汇流参数Cs主要取决于河网形态及地貌特征规律,针对PUB(Prediction in Ungauged Basin)问题,从物理机理分析的角度,构建描述河网汇流动态变化的微分方程并给出适当的定解条件,用解析法得出微分方程的解,从而探索出在无实测水文资料地区适用的Cs计算方法。选取中国湿润地区和半湿润地区25个流域,统计并分析了各流域次洪模型的Cs计算值和率定值。结果表明,从总体来看计算值和率定值基本上相等;不论流域是否分块,提出的Cs计算方法均适用;当其他参数保持不变,虽然Cs取计算值时所得到的次洪模拟结果略逊于取率定值的模拟结果,但误差在可接受的范围之内,也能取得良好的模拟效果;如果令Cs取计算值,再重新率定其余的各项参数,能够使模拟精度得到进一步提高。采用该法可推求无实测资料地区的汇流参数Cs值,使模型在无资料地区的应用成为一种可能。

关键词：新安江模型汇流参数地貌特征无资料地区次洪模型参数估值

新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用

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湖泊科学 2021年第2期33卷 581-594页

作者：龚珺夫陈红兵朱芳李永凯崔明李致家河海大学水文水资源学院南京210098 宜昌市水文水资源勘测局宜昌443000

水文资料匮乏流域的洪水预报(PUBs)是水文科学与工程中一个尚未解决的重大挑战.中国湿润山区中小流域大多是水文资料匮乏的流域,在此地区进行洪水预报的重要手段之一就是水文模型参数的估计.对基于参数物理意义的估算方法(以下简称物理... 详细信息

水文资料匮乏流域的洪水预报(PUBs)是水文科学与工程中一个尚未解决的重大挑战.中国湿润山区中小流域大多是水文资料匮乏的流域,在此地区进行洪水预报的重要手段之一就是水文模型参数的估计.对基于参数物理意义的估算方法(以下简称物理估算法)及两种区域化方法进行了研究,将其用于新安江模型参数的估算及移植.皖南山区的29个中小流域被选作水文资料丰富的测量流域,鄂西山区的3个中小流域被视为水文资料匮乏的目标流域,目的是研究目标流域与测量流域空间位置较远但物理条件相似时,区域化等方法是否可以有效估计模型参数.结果表明,即使目标流域与测量流域空间距离较远,区域化及物理估算法也能一定程度上减少参数估计导致的模型效率损失,且在研究区的最优参数估计方案为单流域物理相似法结合回归法及物理估算法.为长江中下游资料匮乏的山区中小流域提出了可行的新安江模型参数估计方案,为该地区的洪水预报提供指导.

关键词：长江中下游山区中小流域无资料新安江模型参数估计区域化

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新安江模型研究的回顾和展望

水利学报 2021年第4期52卷 432-441页

作者：陆旻皎长冈技术科学大学日本新潟县长冈市940-2188 重庆交通大学重庆400060

本文回顾新安江模型的研发,冀望从中得到启发,展望模型发展的将来方向。因为新安江模型研究有非常庞大的积累,为了突出重点,回顾主要着眼于与模型研发和可利用性有关的几个方面。它们包括流域产流机制、蓄水容量曲线、模型参数及率定、... 详细信息

本文回顾新安江模型的研发,冀望从中得到启发,展望模型发展的将来方向。因为新安江模型研究有非常庞大的积累,为了突出重点,回顾主要着眼于与模型研发和可利用性有关的几个方面。它们包括流域产流机制、蓄水容量曲线、模型参数及率定、模型参数自动率定和模型参数的时空可移植性等5个方面。了解过去的研究积累和现状,从模型的研究开发、改善和论证,参数空间结构的理解和参数率定,参数在时间空间上的可移植性,以及模型的普及推广的观点出发,提出一些思路和建议。

关键词：新安江模型产流机制蓄水容量曲线参数空间结构参数率定和自动率定参数时空可移植性

新安江模型和支持向量机模型实时洪水预报应用比较

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河海大学学报（自然科学版） 2018年第4期46卷 283-289页

作者：霍文博朱跃龙李致家冯钧周莉孔俊河海大学水文水资源学院江苏南京210098 河海大学计算机与信息学院江苏南京211100

选择新安江模型和支持向量机模型分别在浙江省、陕西省的4个流域进行实时洪水预报,并使用K-最近邻实时校正法对新安江模型预报结果实时校正,比较2种模型在不同流域的应用效果,其中选择确定性系数、峰现时间误差、洪峰相对误差和均方误... 详细信息

选择新安江模型和支持向量机模型分别在浙江省、陕西省的4个流域进行实时洪水预报,并使用K-最近邻实时校正法对新安江模型预报结果实时校正,比较2种模型在不同流域的应用效果,其中选择确定性系数、峰现时间误差、洪峰相对误差和均方误差作为模型预报评价指标。进一步改变预报预见期并分析2种模型在不同预见期内的预报精度。研究结果表明,新安江模型和支持向量机模型在不同流域洪水预报中各有优势,支持向量机模型预报精度受降雨精度影响较大。当预报预见期较长时,新安江模型预报结果更好;随着预见期缩短,支持向量机模型预报精度显著提高,在短预见期实时预报中支持向量机模型优势更明显。在预报难度较大的半湿润半干旱流域,新安江模型和支持向量机模型在率定期和实时预报过程中均具有较高精度。

关键词：实时洪水预报新安江模型数据驱动模型支持向量机模型 K-最近邻实时校正法洪水预见期

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新安江模型敏感参数动态变化规律研究

河海大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 1-6页

作者：石朋丁松司伟瞿思敏吴洪石肖豪陆美霞戈晓斌河海大学水文水资源学院江苏南京210098 河海大学水安全与水科学协同创新中心江苏南京210098 赣江下游水文水资源监测中心江西宜春336028

为了提高新安江模型在变化环境下的模拟精度,揭示模型参数动态变化规律,以淮河上游大坡岭流域为研究区构建分布式新安江模型,采用Spearman相关系数对比分析了模型敏感参数(KC、SM和CS)动态变化与环境因子(降水、气温和归一化植被指数)... 详细信息

为了提高新安江模型在变化环境下的模拟精度,揭示模型参数动态变化规律,以淮河上游大坡岭流域为研究区构建分布式新安江模型,采用Spearman相关系数对比分析了模型敏感参数(KC、SM和CS)动态变化与环境因子(降水、气温和归一化植被指数)的变化关系,并建立了回归方程用于未来参数计算。结果表明:参数KC和SM的动态变化反映了研究区域的降水、气温和植被条件变化,而参数CS的动态变化仅反映了年降水总量变化;相较于静态参数,动态参数的模拟结果精度显著提高,径流深相对误差均值从21.3%降低到9.1%,纳什效率系数均值从0.75提高到0.81,动态参数比静态参数更适用于当前变化的环境。

关键词：新安江模型变化环境动态参数相关性分析大坡岭流域淮河上游

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新安江模型参数的线性化率定

吉林大学学报（地球科学版） 2014年第1期44卷 301-309页

作者：赵丽平包为民张坤河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学水文水资源学院南京210098

为了解决一般概念性水文模型参数率定结果不稳定的问题,以新安江模型为例,提出了新安江模型日模参数的线性化率定方法。首先通过理想模型将该方法与SCE-UA方法及单纯形方法进行对比研究。率定结果中3种算法所获得的平均目标函数值分别为... 详细信息

为了解决一般概念性水文模型参数率定结果不稳定的问题,以新安江模型为例,提出了新安江模型日模参数的线性化率定方法。首先通过理想模型将该方法与SCE-UA方法及单纯形方法进行对比研究。率定结果中3种算法所获得的平均目标函数值分别为0.02、0.10、8.39m3/s,平均循环次数分别为8、637、327,而且由线性化率定方法所获得的各参数值方差也要比其他2种方法小得多;说明线性化率定方法能够找到参数真值,计算精度和效率更高,率定结果更稳定。然后采用建阳和长滩河2个流域的实测资料对该方法进行应用检验,结果表明,同样可以较快地率定出稳定的模型参数优值。建阳流域的10组率定结果的目标函数值皆为100.35m3/s,循环次数也皆在8次以内,而且2个流域检验期的径流深相对误差皆在9.68%以内,确定性系数皆在0.819以上。因此,线性化参数率定方法确实能够解决非线性模型参数率定结果不稳定的问题,不会产生不相关的局部参数优值,并且不受参数初值影响,计算精度高,循环次数少,是一种可行有效的全局优值参数优选方法。

关键词：参数优选线性化参数率定方法新安江模型日模

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微分形式新安江模型

水科学进展 2024年第3期35卷 374-386页

作者：梁忠民赵建飞段雅楠黄嘉璐李彬权王军胡义明河海大学水文水资源学院江苏南京210098 江苏省水利工程科技咨询股份有限公司江苏南京210029

现有新安江模型数学上是代数方程并限于一阶差分方法求解,不可避免存在数值误差,探索数值求解误差控制新途径,对于提高模型计算精度具有重要意义。基于微分系统框架,识别新安江模型的状态变量和通量,推导其控制方程和本构方程,提出微分... 详细信息

现有新安江模型数学上是代数方程并限于一阶差分方法求解,不可避免存在数值误差,探索数值求解误差控制新途径,对于提高模型计算精度具有重要意义。基于微分系统框架,识别新安江模型的状态变量和通量,推导其控制方程和本构方程,提出微分形式的新安江模型(ODE-XAJ),并采用四阶显式Runge Kutta法求解。数值实验结果显示,以解析解为基准,ODE-XAJ绝对误差处于或小于10^(-4)mm量级,可实现对解析解的高阶近似;以ODE-XAJ结果为基准,按归一化平均绝对误差评价,现有新安江模型的数值求解误差约为8.7%。典型流域应用结果显示,ODE-XAJ确定性系数提升0.02,洪量相对误差降低4.3%。研究表明,ODE-XAJ理论上分离了模型的数学方程与具体解法,可有效控制数值求解误差,提升模型模拟精度。

关键词：新安江模型数值误差微分形式 Runge Kutta法屯溪流域

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新安江模型中河道汇流方法的改进

河海大学学报（自然科学版） 2020年第3期48卷 189-194页

作者：李致家臧帅宏刘志雨徐杰董鹏飞马亚楠河海大学水文水资源学院江苏南京210098 水利部水文局北京100053 烟台市福山区水利局山东烟台265500

为解决子流域与网格河道之间的匹配问题,在新安江模型(XAJ)的基础上,采用考虑旁侧入流的扩散波和修正后的Muskingum-Cunge-Todini(MCT)2种演算法对河道汇流计算进行改进,建立了XAJ-DCH模型。分别采用原新安江模型的Muskingum以及XAJ-DC... 详细信息

为解决子流域与网格河道之间的匹配问题,在新安江模型(XAJ)的基础上,采用考虑旁侧入流的扩散波和修正后的Muskingum-Cunge-Todini(MCT)2种演算法对河道汇流计算进行改进,建立了XAJ-DCH模型。分别采用原新安江模型的Muskingum以及XAJ-DCH模型中的MCT和扩散波演算法对呈村流域进行洪水模拟,模拟结果表明:呈村流域率定期和验证期的洪峰相对误差为-20%~20%,洪量相对误差为-10%~10%,确定性系数都大于0.7,并且3种方法的洪峰相对误差、洪量相对误差、确定性系数模拟的结果相似,从而验证了XAJ-DCH模型的合理性;相比于新安江模型,XAJ-DCH模型不仅可以用于出口站点的流量模拟,同时可以预测流域内部河道断面的水位和流量;由于汇流计算模块中引入了扩散波方法,可提高模型在地势平缓地区的预报精度。

关键词：新安江模型 XAJ-DCH模型河道汇流扩散波方法 MCT方法