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系统微分响应参数率定方法在SWAT模型中的应用

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水资源保护 2022年

作者：瞿思敏杨庆一郑何声园石朋尚艳丽徐瑶宋兰兰郝庆庆河海大学水文水资源学院江苏省水利科教中心

流域水文模型是水资源配置、评价、开发和利用的基础，而模型结构和参数是流域水文模型的核心组成部分。研究及应用表明，在流域水文模型中，模型结构确定后，模型参数的确定就显得尤为重要，模型模拟结果好坏在很大程度上取决于模型参... 详细信息

流域水文模型是水资源配置、评价、开发和利用的基础，而模型结构和参数是流域水文模型的核心组成部分。研究及应用表明，在流域水文模型中，模型结构确定后，模型参数的确定就显得尤为重要，模型模拟结果好坏在很大程度上取决于模型参数的选择。人机交互参数率定方法费时费力，有很大主观性。参数自动率定方法更客观，也是增加模型可用性和易用性的重要途径。目前，绝大多数的自动率定方法是以误差平方和为目标函数，以不同的优化算法为基础从而在曲面上寻找最优值。研究表明，以误差平方和为目标函数曲面比参数函数曲面复杂，会增加局部不相关优值，从而使计算过程复杂，效率低。本文提出基于系统微分响应理论的参数率定方法，以闽江建阳流域为研究区域，构建SWAT模型，首先采用理想模型验证方法的可行性，然后通过实际流域9年的日资料验证该方法的实际应用效果，并与传统SUFI-2方法进行对比分析，采用纳什效率系数NS、偏差百分比PBIAS和决定性系数R;作为评价指标对模型模拟精度进行评价。结果表明，系统微分响应率定参数方法在实际应用中是可行的，效率与精度均高于SUFI-2算法。率定的参数在建阳流域的日径流模拟中表现较好，率定期和检验期纳什效率系数均为0.65以上，径流量偏差百分比在5%以内，决定性系数在0.65以上，可以进一步推广该参数率定方法在SWAT模型中的应用研究。

关键词：系统微分响应 SWAT模型日径流模拟自动参数率定

系统微分响应误差修正方法在VIC模型中的应用与研究

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中国农村水利水电 2023年第10期 96-103页

作者：蒋语珣瞿思敏蒋思军嵇海祥司伟石朋万皓河海大学水文水资源学院江苏南京210098 浙江省台州市长潭水库事务中心浙江台州318024 南京水利自动化研究所江苏南京210008 水利部南京水利水文自动化研究所江苏南京210012

在应用水文模型进行水文预报的过程中,由于流域水文模型结构存在诸多的简化和假设,这些简化和假设会给水文预报结果带来误差,因此需要误差修正技术来提高水文模型在实时预报中的精度。系统微分响应方法利用系统响应函数通过对水文模型... 详细信息

在应用水文模型进行水文预报的过程中,由于流域水文模型结构存在诸多的简化和假设,这些简化和假设会给水文预报结果带来误差,因此需要误差修正技术来提高水文模型在实时预报中的精度。系统微分响应方法利用系统响应函数通过对水文模型的输入、状态变量、参数的修正来修正预报结果,该方法理论基础扎实,具有结构简单、不损失预见期的优点,已在多个流域水文模型中得到了广泛的应用,效果较好。VIC模型是一种大尺度分布式水文模型,该模型通过将流域划分成多个大小相同的网格,在网格内模拟产汇流结果。以闽江建阳流域为研究区域,构建流域VIC模型进行径流模拟,将系统微分响应误差修正方法应用于VIC模型中,通过对模型输入中的降雨量进行修正来修正预报结果,并与传统自回归模型误差修正方法(AR模型)进行对比分析。结果表明:系统微分响应方法在VIC模型中的修正效果较好,纳什效率系数从修正前的0.752提高到0.895,径流相对误差从修正前的7.89%降低到5.71%,而AR模型修正结果的纳什效率系数为0.807,径流相对误差为6.77%,这两种修正方法结果表明系统微分响应方法优于AR模型误差修正方法。结果表明系统微分响应修正方法在VIC模型中具有较好的适用性,能显著提高流域日径流模拟精度,可应用于未来的水文预报。

关键词： VIC模型系统微分响应误差修正日径流模拟

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基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化

水资源保护 2022年第5期38卷 8-16页

作者：李琼芳许树洪周正模和鹏飞杜尧虞美秀陈启慧河海大学水文水资源学院江苏南京210098 长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098

暴雨强度公式参数的优化求解本质是一个高维非线性优化问题,目前常采用的优化求解方法是在以误差平方和为目标函数的基础上通过智能算法优化求解参数。为研究这类方法的合理性,通过随机抽样、参数空间网格化方法分析了常用暴雨强度公式... 详细信息

暴雨强度公式参数的优化求解本质是一个高维非线性优化问题,目前常采用的优化求解方法是在以误差平方和为目标函数的基础上通过智能算法优化求解参数。为研究这类方法的合理性,通过随机抽样、参数空间网格化方法分析了常用暴雨强度公式参数求解方法的局限性,评价了常用智能算法的参数优化能力,进而提出了基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化方法。结果表明:以均方误差作为目标函数对非线性函数求解参数会增加额外参数解;在没有有效确定参数范围的情况下,随机抽样很难获得满足精度要求的参数样本,在有效确定参数范围后,目标函数的响应面上仍会存在无穷多个局部最优值,且很多局部最优的目标函数与全局最优近乎相同;以粒子群算法、SCE-UA算法为代表的随机搜索优化算法会因为参数初始取值范围过大、目标函数响应面局部最优参数解数量过多等问题而难以获得参数真值;提出的基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化方法能够快速寻找到参数真值,不仅效率高且能够避免陷入局部最优。

关键词：暴雨强度公式参数优化目标函数随机抽样系统微分响应镇江市

基于系统微分响应的暴雨强度公式参数优化研究

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水资源保护 2022年

作者：李琼芳许树洪周正模和鹏飞杜尧虞美秀陈启慧河海大学水文水资源学院长江保护与绿色发展研究院

暴雨强度公式参数的优化求解本质是一个高维非线性的优化问题，目前常采用的优化求解方法是在以误差平方和最小为原则确定目标函数的基础上通过智能算法优化求解参数，而对这类方法的合理性研究却鲜见报道。因此本文通过随机抽样、参数... 详细信息

暴雨强度公式参数的优化求解本质是一个高维非线性的优化问题，目前常采用的优化求解方法是在以误差平方和最小为原则确定目标函数的基础上通过智能算法优化求解参数，而对这类方法的合理性研究却鲜见报道。因此本文通过随机抽样、参数空间网格化方法分析了常用的暴雨公式参数求解方法的局限性，评价了常用智能算法的参数优化能力，进而提出了基于系统微分响应的暴雨强度公式参数率定方法。研究结果表明：以均方误差作为目标函数对非线性函数求解参数会增加额外参数解；在没有有效确定参数范围的情况下，随机抽样很难获得满足精度要求的参数样本；在有效确定参数范围后，目标函数的响应面上仍会存在无穷多个局部最优值，且很多局部最优的目标函数与全局最优近乎相同；以粒子群算法、SCE-UA算法为代表的随机搜索类优化算法会因为参数初始取值范围过大、目标函数面局部最优参数解数目过多等问题而难以获得参数真值；提出的基于系统微分响应的暴雨强度公式参数率定方法能够快速寻找到参数真值，不仅效率高且能够避免陷入局部最优。研究成果对提升暴雨强度公式精度具有重要参考价值。

关键词：暴雨强度公式参数优化目标函数随机抽样系统微分响应镇江市

VIC模型系统微分响应参数率定方法在大坡岭流域的应用

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中国农村水利水电 2021年第12期 122-128,134页

作者：孙苗苗石朋瞿思敏陈学秋徐瑶游洋包沐曦宋兰兰河海大学水文水资源学院南京210098 水利部珠江水利委员会水文局广州510611 江苏省水利科教中心南京210003 江苏省水利厅南京210029 南京海事局南京210009

参数率定是水文模型的重要研究内容,简单高效的参数率定方法能提高模型应用效率,促进模型推广。以淮河大坡岭流域为研究对象,基于VIC模型参数敏感性分析结果,将系统微分响应参数率定方法(System Response Parameter Calibration Method,... 详细信息

参数率定是水文模型的重要研究内容,简单高效的参数率定方法能提高模型应用效率,促进模型推广。以淮河大坡岭流域为研究对象,基于VIC模型参数敏感性分析结果,将系统微分响应参数率定方法(System Response Parameter Calibration Method,SRPCM)应用于VIC理想模型和实际模型的参数率定,探究该方法在大尺度分布式水文模型中的应用效果。结果表明:将SRPCM应用于VIC模型具有一定的可行性和高效性;建立的VIC模型能较好地模拟大坡岭流域的日径流过程,率定期和验证期的平均纳什系数均达到0.6,径流总量相对误差均在8%以内。所以,SRPCM是一种有效的VIC模型参数率定方法。

关键词： VIC模型系统微分响应参数率定大坡岭流域

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基于岭估计的系统微分响应模型率定与应用

河南水利与南水北调 2022年第6期51卷 37-38,99页

作者：赵建华臧力永施韶晖江苏省水文水资源勘测局宿迁分局江苏宿迁223800

参数率定是水文模型实际应用中的关键步骤,是提高洪水预报准确性、可靠性的有效途径。文章以淮河上游大坡岭流域为研究对象,将基于岭估计解法的系统微分响应参数率定方法应用于新安江理想模型和实际模型的参数率定,探究新安江模型径流... 详细信息

参数率定是水文模型实际应用中的关键步骤,是提高洪水预报准确性、可靠性的有效途径。文章以淮河上游大坡岭流域为研究对象,将基于岭估计解法的系统微分响应参数率定方法应用于新安江理想模型和实际模型的参数率定,探究新安江模型径流模拟中的适用性。结果表明:基于岭估计解法的系统微分响应参数率定方法适用于新安江模型的参数率定,其具有合理性和高效性。模型模拟的结果能很好地反映大坡岭流域的日径流过程,率定期和验证期样本纳什系数均大于0.70,年径流深相对误差控制在10%以内。基于岭估计解法的系统微分响应参数率定方法是一种有效的新安江模型参数率定方法。

关键词：新安江模型岭估计系统微分响应参数率定大坡岭流域

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水库流域雨洪耦合预报方法研究

水力发电 2021年第4期47卷 9-13页

作者：包为民徐克铭施练东朱占云施准备陈辉司伟王正华河海大学水文水资源学院江苏南京210098 绍兴市汤浦水库有限公司浙江绍兴312000 浙江省气象服务中心浙江杭州310000

针对许多面积小于1000 km^(2)的小流域洪水预见期只有3 h左右,有的暴雨中心在库区的洪水甚至不足1 h,严重影响水库防洪效益发挥,迫切需要通过降雨定量预报延长预见期。为此,研究建立了定量降水预报模型,较好解决了降水信息场与水文模型... 详细信息

针对许多面积小于1000 km^(2)的小流域洪水预见期只有3 h左右,有的暴雨中心在库区的洪水甚至不足1 h,严重影响水库防洪效益发挥,迫切需要通过降雨定量预报延长预见期。为此,研究建立了定量降水预报模型,较好解决了降水信息场与水文模型时间和空间尺度上的匹配问题,缩小两者的尺度差异,使得雨洪模型更匹配;然后利用系统微分响应技术提取实测流量的信息逆向反馈降雨预报模型,修正降水预报结果,通过正向和逆向信息流构建了较为完善的耦合结构。模型在汤浦水库流域首次进行了应用检验,获得了较好的结果。

关键词：预报模型雨洪耦合预见期系统微分响应小流域水库流域