通用模型参数率定技术研究

在介绍当前模型参数优选技术的基础上，设计了模型参数同优选方法相耦合的一系列数据接口定义，实现了人工试错和自动优选相耦合、多模型多参数同时自动优选的模型参数率定功能。应用实例表明，通用模型参数率定功能具有简便、快捷、准确的优点，大大提高了参数率定的效率。     

新安江模型参数的线性化率定

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、8.39 m³/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100.35 m³/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。     

巴林桥水文站电波流速仪流量参数率定

科技的发展带动技术的进步,针对水文行业的新设备应运而生。雷达波流速仪具有不接触水体、全天候工作、高度智能化的特点,是应对中高洪水流量测验安全、有效的一种测验设备。但是电波流速仪测量的只是水面流速,如何应用这种仪器来达到测流目的,使其测量结果满足水文规范的要求,还需要经过分析实验。利用两年时间对巴林桥断面水面流速系数进行比对分析,着重考虑了风的影响,确定得出不同量级洪水在不同风速下的水面流速系数。根据合理、准确的测验方式及利用该系数计算成果的两种方法的一致性,将取得的成果资料在今后测验中全面投入使用。     

概念性流域水文模型参数多目标优化率定

针对传统基于单一目标的水文模型参数优化率定方法不能充分挖掘水文系统不同动态行为特征的缺陷,提出一种多目标文化混合复形差分进化算法(Multi-objective Culture Shuffled Complex Differential Evolution,MOCSCDE)用于求解水文模型参数多目标优化问题。MOCSCDE算法将混合复形进化算法(Shuffled Complex Evolution,SCE-UA)置于文化算法(Cultural Algorithms,CA)进化的框架中,利用种群进化过程中提取的各种知识指导算法的运行,提高算法的运行效率,同时考虑到SCE-UA中单纯形算子不能充分利用种群个体信息的不足,采用全局搜索能力强的差分进化算法(Differential Evolution,DE)替代单纯形算子,可以更加充分利用种群个体信息进行演化计算,进一步提高算法的计算效率。将MOCSCDE算法应用于概念性水文模型——新安江模型的参数多目标优化率定,并与NSGA-Ⅱ和SPEA2算法进行对比分析,结果表明MOCSCDE算法的收敛性和分布性均优于NSGA-Ⅱ和SPEA2,可为水文预报提供更为全面可靠的参数组合决策依据。     

多目标进化算法在新安江模型参数率定中的应用比较研究

为了克服传统优化技术在新安江模型参数率定中收敛慢、不稳定等缺点,近年来利用进化算法在水文模型的率定中得到越来越多的重视和发展.但对它们优选效果的比较讨论却非常少见.本文根据三水源新安江模型特点,以洪峰流量.峰现时间和洪水总量为优化目标,采用NSGA-Ⅱ、SPEA、PESA三种经典算法,通过对三种算法产生的非支配集进行算法评价,并比较了三种算法产生非支配集的收敛性与分布性,结果表明NSGA-Ⅱ在总体上最优.     

边坡软弱夹层宏-细观参数率定关系研究

目前对边坡软弱夹层的研究多为宏观尺度上的工作,而在细观机理及参数演化方面少有涉及或缺乏定量化认识.为此基于均匀设计的思想,利用颗粒流软件PFC,通过平行黏结条件下的初步模拟、优化模拟,分自然休止角、无侧限抗压强度、直剪试验三种模式,对边坡软弱夹层的宏细观参数率定关系进行了研究,并依据模拟中出现的演化现象,划分破坏模式,...     

hv-block交叉验证法在率定水文模型参数中的比较研究

本文指出了应用分离样本验证法率定水文模型参数的不足,引入并探讨了hv-block交叉验证法的适用性,并与分离样本验证法进行比较。不同流域、不同系列长度和不同时段资料的计算结果表明,hv-block交叉验证法的模拟预报精度要明显优于分离样本验证法,该法能够充分利用资料信息,特别是当资料系列较短的情况下,其优越性更加突出。     

滤纸吸力率定曲线的研究

用滤纸测定非饱和土吸力,其基础是滤纸吸力的率定工作,对此国内外都有研究。对于国产滤纸,目前的率定曲线仅适应吸力较低的情况。基于以前的工作,利用饱和盐溶液法进行了吸力较高情况下滤纸吸力的率定工作,并对结果进行了分析,发现国产滤纸与国外滤纸率定曲线基本一致,可以分为斜率较大及斜率较小的两段,同时利用van公式对国产滤纸率定曲线进行拟合,发现其拟合精度更高。     

二层测速方式超声波时差法测流参数自率定方法研究

为解决超声波时差法比测率定的难题,采用二层测速方式构建基于垂向流速分布的河流断面水平层流速与断面平均流速的转换数学模型,通过二个水平层流速的信息提取与流速分布模型参数识别,获取河流断面流速分布特征,进而完成流量计算参数的率定,实现水平层流速与断面平均流速的转换计算。通过湘潭水文站实例验证,水平层流速与断面平均流速转换模型计算的流量成果精度能够满足流量测验精度要求。     

应用最优控制理论自动率定二维浅水方程的糙率参数

应用偏微分方程最优化控制理论,导出了二维浅水方程糙率自动率定的最优化系统,实现了二维水力学模型计算中分布式糙率参数的自动率定算法。结合实际应用的可操作性,按区块设定糙率,对恒定流和非恒定流两种流态分别进行了常数糙率和随水深变化的糙率自动率定实验。数值实验表明,在观测数据包含足够的信息时,该方法不仅能够准确地自动率定出相关的糙率参数,还能成功地将糙率随水深的变化关系式识别出来。但是,糙率水深变化关系识别迭代收敛速度显著变慢,因此,建议采用相应的实现对策来考虑变糙率的洪水预测问题。     

宽顶堰平板闸的水力学解析模型与参数率定

从水力学方程入手,对宽顶堰平板闸作了剖析,将孔流和堰流、淹没流与自由流作出了统一的解析模型,经原型实验检验,证明了成果的成因明确可靠,方法合理,可操作性强。     

分布式水文概念模型率定方案比较研究

本文在基于新安江模型的分布式水文概念模型的基础上,以伊河东湾流域为研究对象,分别采用集总式、半集总式、半分布式三种率定方案进行模型率定和径流模拟,并与传统的集总式水文模型进行成果比较。研究结果表明:总的来说,分布式模型的模拟结果略好于集总式模型;由于考虑了不同子流域参数变异性,半分布式方案要优于其他方案;但随着模型结构的复杂性增加,参数率定的难度增大,模拟结果的不确定性增多,分布式水文概念模型的模拟效率还有待于进一步的提高。     

国产滤纸吸力-含水量关系率定曲线的研究

简要介绍了滤纸法测吸力的原理和方法以及国外滤纸率定曲线的研究成果。 应用压力膜吸力仪进行了国产滤纸的率定实验, 得到了国产滤纸脱湿过程的率定曲线和脱湿—吸湿过程率定曲线, 分析了该率定曲线的性状, 与国外滤纸的成果进行了比较,得出了有关的初步结论。     

基于原状土柱土壤水分传感器率定方法的研究

土壤水分传感器在现场安装后,需要针对现场土壤状况对其进行率定,以便校准率定关系。在工程实践中,土壤水分传感器现场率定是一项步骤繁杂、操作要求高、现场取土难度大、耗时较长的一项工作,严重困扰工程项目的实施。开展基于原状土柱率定土壤水分传感器研究,通过现场采集原状土柱,在实验室浸泡至饱和后取出,让土壤水分自然散失,用称重法定期称量原状土柱重量,同时记录土壤水分传感器原始测量值,以此来研究土壤水分传感器的工程率定问题,探讨提高现场安装的土壤水分传感器率定效率的方法,具有现实意义。     

温度对国产滤纸率定曲线的影响研究

滤纸法是一种间接测量非饱和土吸力的测量方法,在用滤纸测定土壤吸力之前需获得能够表达吸力与滤纸含水率之间关系的率定曲线。国内外的研究人员对Whatman No.42、SchleicherSchuell No.589和国产"双圈"牌定量滤纸的率定曲线已有研究,但是考虑到温度效应的滤纸率定曲线研究还有待深入。采用不同摩尔浓度的Na Cl溶液测定了国产双圈203滤纸分别在20℃、25℃、30℃、40℃下的滤纸吸湿过程的率定曲线,结果表明滤纸的持水性随着温度的升高而降低,且温度对低吸力段滤纸持水性能的影响要高于高吸力段。通过多元线性回归分析建立了考虑温度效应的率定方程,通过微观结构观测和表面物理化学理论分析了温度对率定曲线影响机制。     

大型灌区陆地水循环模式的参数化方案:LWCMPS_ID

地表水系统、地下水系统和土壤植物大气连续体的强烈耦合作用是大型灌区水文过程的基本特点,这导致对大型灌区的陆地水循环和水资源进行评价必须采取综合的方法,然而目前还缺少适用的模拟工具。农业灌区的水文特征与天然流域存在显著差别,常规流域水文模型和陆面过程参数化方案用于大型灌区陆地水循环的分析还存在较大的困难。LWCMPS_ID是本文提出的一个适用于大型灌区陆地水循环模式的参数化方案,采用分块集中参数模型简明地实现了地表水、地下水和土壤水的动力学耦合分析,并且包含了一个土壤水冻结融化的简化模型。对处在黄河流域的内蒙古河套灌区,用LWCMPS_ID进行20 年水文动态的模拟,取得了较好的效果。     

水文模型参数多目标率定及最优非劣解优选

针对概念性水文模型参数众多、相互制约,且多目标参数优化率定最优参数求解困难、易受决策者主观因素影响的问题,采用多目标优化算法对水文模型参数进行率定,得到模型参数最优非劣解集,在此基础上,引入最小最大后悔值决策理论,并结合Pareto支配基本理论,提出了一种多目标最优非劣解选取准则。以柘溪流域为研究对象,采用三目标MOSCDE优化率定新安江模型的参数,并与单目标SCE-UA优化结果进行对比分析。结果表明,提出的非劣解选取方法可以有效从大规模非劣解集中筛选出最优非劣解,大大缩短参数率定耗时。     

DRAINMOD-S模型参数的全局灵敏度分析

为有效进行DRAINMOD-S模型参数的优选,更好地理解参数变化对模拟结果的影响,开展了模型参数灵敏度分析。以南通市九龙垦区暗管排水脱盐试验为例,采用Morris全局定性分析方法检测了DRAINMOD-S模型模拟土壤剖面含盐量时侧向饱和导水率K_sat、水动力弥散系数D、地表最大蓄水深度S_m、相对不透水层深度I_m、排水系数D_r及地下水初始埋深W 6个参数的灵敏度。结果表明:K_sat对模拟结果影响最为显著,D、S_m和D_r次之,而W与I_m影响最小;各个参数间的非线性作用存在差异,以K_sat最为显著。为保证模型模拟质量,对敏感性参数应提高现场测试精度,在模型运行时,对灵敏度大的参数应进行重点调整,同时也不可忽视非线性作用较强的参数,从而有效地指导模型的参数率定,提高模型的适用性。     

基于MIKE SHE模型率定在地下水分析研究中的应用

以基某地区地下水总量控制所构建的MIKESHE模型为例,利用兰东站地下水监测井2001-2010年实测地下水位过程线,矫正模型中设定的渗透系数;利用地下水位过程线振幅比较,对给水度参数修正。这些参数的率定工作都增加了模型的真实度。     

滤纸总吸力吸湿曲线的率定试验

滤纸法是一种间接的吸力测试方法,测试结果准确与否首先取决于滤纸的吸力率定曲线。介绍了滤纸法的基本工作原理,总结了滤纸法在国内外的研究现状。利用NaCl盐溶液法率定了国产双圈No.203型滤纸的总吸力吸湿率定曲线,给出了总吸力率定曲线的双线性拟合方程。分别比较了双圈No.203型滤纸与Whatman’s No.42型滤纸的总吸力和基质吸力率定曲线,指出两种滤纸的基质吸力率定曲线基本一致,以及国产双圈No.203型滤纸总吸力率定曲线的转点含水率更高的特点