常见水文模型参数率定概要

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MP
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
三水源蓄满产流模型参数
WM(WUM、WLM、WDM):流域平均蓄水容量,反映干旱程度的指标。
K:流域蒸散发折算系数,反映流域蒸散发能力。
B:流域蓄水容量曲线的方次,反映流域蓄水条件的不均匀性。
C:深层蒸发折算系数,决定于深根植物的覆盖面积。
IM:不透水面积比例。
三、常用洪水预报模型
降雨径流相关图法
参数文件(PAR)文件标准格式如下:
11201780(尼尔基) 112017801A P_RWLL
PARAMETER
1 //查曲线方式代码,等于1表示用累计雨量查曲线,不等于1表示用时段雨量查曲线//
70 //土壤最大初损量Im//
0.93 0.93 0.93 0.93 0.93 0.85 0.85 0.85 0.85 0.93 0.93 0.93 //12个月的土壤含水量日衰 减系数KD//
向传播,将输出信号的误差
沿原来的连接通路返回。通
过修改各层神经元的权值和
阈值,使得网络全局误差信
号最小。
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
神经网络模型(BP模型)
模型参数 (1)FORECAST_TYPE :BP模型模拟对象
Q表示流量,Z表示水位 (2)CALIBRATION :BP模型是模拟状态还是预报状态
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
IM: 如有详细的地图,可以量出IM的值;在天然流域,一般只取值 0.01或0.02;但是,在城镇和水库库区则其值可能较大。 IM的值主要由过程线上非全流域产流的小突起来判断,这些小洪 水过程大多由不透水面积产生导致的直接径流产生,故可由这些小 洪水的拟合好坏来确定与调整IM的值。
参数 K,WUM,WLM,C WM,B,IM SM,EX,KG,KI CI,CG,CS,LAG
敏感参数 独立性 K
SM,KG KG+KI≈0.7 LAG,CS
每层中待率定优化的参数不宜多于2个,因此要剔除不敏感参数 ,如WUM,WLM,C,EX,CI等 对于物理意义明确的参数,可以直接确定,如WM,B,IM,CG等 对于有约束条件的参数确定一个,另一个即不参与优化,如KI
7 //P~R曲线条数N//
0 10 20 30 40 50 60 //每条P—R曲线对应的Pa值//
10 //每条P—R曲线的节点数M//
1
0
0
0
0
0
0
0
0
2
20
3.7
5
6.3
7.6
9
12
15
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
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10
300 205 215 225 235 245 255 265
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一、常用洪水模型概述
马斯京根河道分段连续演算模型参数
X:子河段流量比重因素,反映河槽调蓄能 力的一个指标,即反映洪水过程坦化的程度。 MP:子河段数, 反映洪水过程平移的程度。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
WM( WUM、WLM、WDM ): WM的值要保证在计算过程中土壤含水量W不会出现负值。如W出现 负值,就要加大WM。 WM的值在半干旱地区170mm>半湿润地区120mm>湿润地区100mm。 WUM的值在植被较好的地区20mm >植被匮乏的地区5mm。 WM的加大主要在于加大WDM。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
SM: SM是个重要的参数,决定了地表径流的多少,影响洪峰形态,优 选调试时往往以洪峰为主要目标。 由于使用时段递推计算的差分格式,对雨强有均化作用。所以计 算时越短,相应的SM越大。如取时段长度为日, SM在山区10或更 小,南方土深林茂处取50或更大;如时段长为6小时, SM在山区则 加大至20。 SM的值与地质条件有关系,花岗岩37,砂岩16,板、页岩7。
参数文件(PAR)文件标准格式如下:
11201780(尼尔基) 112017801A UH_B
PARAMETER
1
//选取所采用的单位线代号//
1
//单位线总数//
1
//单位线序号,1、2、…//
20
//单位线长度//
0 0 0 190 610 900 950 890 760 560 405 270 170 100 60 40 20 10 5 0
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
K: 蒸发皿实测的蒸发量乘上K就是流域蒸散发能力。 K的取值控制总的水量平衡,是非常重要的参数。 K的参数率定通常将目标函数固定为多年水量平衡再计算而得。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
B:
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源滞后演算模型参数
CI: 如无深层壤中流,CI→0;当深层壤中流很丰富时, CI→0.40.8,相当于退水为2天。 CI→0.9,相当于退水为10天。它决定洪 水尾部退水的快慢。但它对整个过程的影响,远不如产流模型中SM 与KG/KI明显。 它的作用是弥补KG+KI ≈ 0.7的不足。
可认为保持不变,后者主要为河槽汇流速度及调蓄作用,主要由不
同的降雨特性决定。高强度的降雨,净雨汇集快,洪水峰高量大,
相应的汇流曲线陡峻,反之,则滞缓;净雨在面上分布不均,汇流
曲线也不一样,分布偏下游的由于流程短,调蓄作用小,单位线峰
值高,峰现早。
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
流域汇流经验单位线模型
水利部水文情报预报中心 2012年10月
一、常用洪水模型概述
该类模型输入为流域
常用洪水预报模型 内点雨量或面雨量系 列文件,输出为流域 径流深系列文件。
流域产流计算: 三水源蓄满产流模型(SMS_3)
流域汇流计算: 三水源滞后演算模型(LAG_3)
河道汇流计算: 马斯京根河道分段连续演算模型(MSK)
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源滞后演算模型参数
CG: 此值一般为0.98~0.998,相当于汇流时间为50~500天。它决定 地下水退水的快慢,用枯季资料很容易推求。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源滞后演算模型参数
CS: CS的值可以控制洪水的形态,用次洪资料进行推求。 CS的值在0.1-0.3,相当于退水历时约半天,多为陡涨陡落的洪 水过程;较为平缓的洪水过程,CS的值在0.6-0.9,相当于退水历 时约2-10天。
是有作用的。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
C: C的值对湿润地区影响极小,而对半湿润地区及半干旱地区则影 响较大。 C的值与WLM和WDM的和有关,这个和越大,深层蒸发越难以发生 ,C值就越小,在北方半湿润地区0.08-0.15;反之则大,在南方林 地0.15-0.20。 C的值对久旱以后的洪水的影响较大。因此可用久旱以后的洪水 来调试C值,同时也可对WDM+WLM的值作相应的调整。
量序列。
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
降雨径流相关图法
参数文件(PAR)文件标准格式如下:
11201780(尼尔基) 112017801A P_RZHJR
PARAMETER
1 //查曲线方式代码,等于1表示用累计雨量查曲线,不等于1表示用时段雨量查曲线//
60 //土壤最大初损量Im//
0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 //12个月的土壤含水量日衰减系数KD//
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二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
EX: EX决定了饱和坡面流产流面积的发展过程,一般取值在1-1.5。 该参数的变幅不大,可取定值1.5。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
KG和KI: KI+KG代表自由水出流的快慢。1000平方公里流域,一般为三天 ,KG+KI≈0.7,若为二天,则KG+KI≈0.8。这可以从流量过程线落 水段的转折点,粗估壤中流与地下水的量值,其比值就是KI/KG的 值。有的流域退水历时远大于三天,则应调整参数CI来处理。 SM与KG存在一定的相关性,SM越大,KG也愈大,反映了流域的蓄 水能力等水文特性。
39 //P+pa~R曲线的节点数M//
1
0
0
2
12.5 2
。。。。。。。。。。。。
39
3000 2917.5
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三、常用洪水预报模型
流域汇流经验单位线模型
单位线模型的参数为汇流曲线,为过程变量。汇流曲线由实测资 料分析出来,反映了一次洪水过程中影响流域汇流的一切因素。
决定汇流曲线的因素是流域自然地理特性及河槽水力条件。前者
该类模型输入为上断面 水位流量系列文件,输 出为下断面水位流量系 列文件。
降雨径流相关图法(P—Pa—R) 流域汇流经验单位线(UH_B)
该类模型输入为 流域径流深系列 文件,输出为出 口断面水位流量 系列文件。
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
常用洪水预报模型
三水源蓄满产流模型 三水源滞后演算模型 马斯京根河道分段连 X 续演算模型
1表示模拟状态,0表示预报状态
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
神经网络模型(BP模型)
神经网络模型输入输出文件共有3个,即PAR、PA、OUT
(1)参数文件(PAR)文件标准格式如下: !FORECAST_TYPE为预报输出类型,Q表示流量,Z表示水位;INPUT_TYPE为dis文件的类型(流量 或水位),FORECAST_TYPE为预报文件dio的类型;s1为估计的预测值为当前样本中最大值的倍数, s1≥1;s2估计的预测值为当前样本中最小值的倍数,s2≤1;ITER为模型迭代次数,范围设置为 1000-20000。 &SETUP_TABLE INPUT_TYPE=Q FORECAST_TYPE=Q s1=1.2 s2=1. ITER=1500 KKK1=1 KKK2=4 / (2)等时段面雨量输入文件(PA)为系统标准格式。 (3)等时段水位流量输出文件(OUT)为系统标准格式。
SM:流域平均表层土自由水蓄水容量,反映洪峰形状、高低。
EX:自由水蓄水容量曲线的方次,反映自由水分布的不均匀性。
KG和KI:自由水蓄水库对地下水及壤中流的出流系数,反映直接
径流的退水历时天数。
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
三水源滞后演算模型参数
CI:深层壤中流的消退系数,反映 洪水尾部退水的快慢。 CG:地下径流消退系数,反映地下 水退水的快慢。 CS:河网蓄水消退系数,反映洪水 过程坦化的程度。 LAG:滞后时段数,反映洪水过程 平移的程度。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
马斯京根河道分段连续演算模型参数
X: X值随楔蓄作用的增大而增大。 如湖泊、水库,入流影响可忽略, X值接近于零。 如入流和出流影响相等,则x= 0.5。 有些河段出现壅水,倒比降时, X值为负值。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
马斯京根河道分段连续演算模型参数
它取决于流域地形地貌地质情况的均一程度,一般情况下它与流
域面积有关,对于小流域B值也小,对于几千平方公里的流域,B在
0.4左右。
B的值对径流量在时程上的分配有一定影响。B值大时,径流先少
后多,B值小时,反之,但这种影响是有限的。B的取值范围一般在
0.15~0.4,或更大些。
B的值对全流域蓄满的洪水不起作用,但在局部产流的小洪水时
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源滞后演算模型参数
LAG: LAG的值可以控制洪水的推移时间,用次洪资料进行推求。 一般可以根据从造峰降雨落地后到断面出峰的时间来初判。
3/8/2011
三、模型参数的层次与敏感性
三水源蓄满产流模型、滞后演算模型参数
参数分层 蒸散发计算 产流计算 分水源计算 汇流计算
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
神经网络模型(BP模型)
x1 x2
xn
输入层
h
i
隐层
j 输出层
权值修正
阈值修正
误差
y
图例
正向传播 反向传播
BP算法原理示意图
基本原理:输入信号从输入
层经隐层单元逐层处理,并
传向输出层,每一层神经元
的状态只影响下一层神经元
的状态。如果在输出层不能
得到期望的输出,则转入反
MP: 子河段数可以根据河道平均汇流时间与计算时段长初估; 通常取整数位。
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
降雨径流相关图法
P—Pa—R关系曲线
Pa:
前期雨量计算,也称前期影
响雨量,是反映土壤湿度的参
数。
通常从主汛期开始计算。
P:
Βιβλιοθήκη Baidu
把时段雨量序列变成累积雨
量序列。
R:
由累积净雨转化成时段净雨
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