流域管理模型的参数灵敏度分析-水土保持研究

( College of Envir onmental Science, Pek ing Univer sity , Beij ing 100871, China) Abstract: P arameter sensitiv ity analysis of water quality mo del is the basis of model calibration, and can also pro vide reference to water quality manag ement. WA RM F ( Water shed A na lysis R isk M anag ement Fr ame) is a distr ibuted water shed management model. H angbu River - Fengle Riv er w atershed of Chaohu Lake basin was selected as the r esear ch area. T his w atershed was di v ided into 74 units, w hich includes 37 subw atershed, 36 r iv er seg ments and 1 lake unit. Par tial sensitivity analysis w as applied to study the sensitivity o f ma in parameter s of WA RM F model, including hydro lo gy , sediment. water quality , in the N o. 4 subw ater shed and No . 4 riv er segment of t he selected study ar ea. Based on the analysis result, efficiency of mo del calibrat ion can be sig nificantly im pr oved. Key words: mo del; parameter ; sensitiv ity analysis; W A RM F; Chao hu L ake WARM F 是由美国 EPRI 发起研制的为 支持流域管理和 T MDL 计算而设计的决策支持系统 [ 1] 。该模型是一种建立在 水文循环基础 上的动 态、 分 室、 集 中参 数模 型。不 同于 AG N PS[ 2] 等流域网格化的分室模型 : WARM F 按照 模拟的需要 , 将流域分成若干汇流区 ( 即子流域 ) 单元 ( 汇流区单 元进一步 分成树冠层、 积雪层、 若干土 壤层 ) 、 河流单元 与湖泊单 元 ( 进 一步分为若干层) 。WARM F 中各单元假定相互隔离 , 单元内 部均匀混合 , 即 CST R( continuously stir red tank r eactor) 。它们 是水文、 水质分析的基本对象。该模型 可以通过引 导涉益者 ( stakeho lders) 参与水质管 理方案 制定、 总量负 荷计算、 分配 及其成本 / 效益分析 达到对整 个流域进行 管理的 目的 [ 3] , 在 美国卡托巴河流域 ( Catawba River Basin) 、 狄龙湖流域 ( Dillon Lake Watershed) 等多个流 域进行了成 功应用 [ 4] , 目前 在国内 尚未见应用报道, 具有很强的推广意义。 我们将 WARM F 模型引 入国内巢 湖流域 进行流 域水质 管理研究。巢湖位于长江中下 游的安徽 省中部 , 为 中国五大 淡水湖泊之一 , 流域经济 以农 业为主 , 是安 徽省 高产粮 区之 一, 化肥施放量较大。杭埠 - 丰乐河是巢湖的最大支流 , 占巢 湖入湖径流总量的 63. 4% , 是巢湖最大的非点源污染贡献者。 由于空间差异性、 预 算约束 等原因 , 模 型输入 参数 在某 种程度上总是不确 定的 [ 5] 。参数 的灵敏 度分 析不仅 有助 于 避免模型调参工作陷 入混乱 无序 , 还可以 引导 更好的 理解、 评估和减少不确定性 。参数灵 敏度分 析也可 以作为 一种 考 察人为活动对 自然 物理 性状 改变 的方 法 , 如 Huisman 等 [ 6] 通过对 SW AT - G 模型在德国 Dill 流域的参数灵敏度分析 , 研究土地利用类型改变对顶层土壤厚度 、 体积密度、 导水率、 可利用水容量等土壤性质的影响。因此 , 参数灵敏度分析 是 模型使用过程中不可或缺、 有较强实用意义的一步工作。 作为整 体 研 究 的 一 部 分 , 本 文 选 择 巢 湖 流 域 代 表 支 流 杭埠 - 丰乐河流域 的 4 号 子流域 及其 河段作 为研 究 对象进行模型水文、 泥沙与 水质参 数的灵 敏度 分析 , 目的 在 于识别影响流域水文、 水质 的敏感 因子 , 以及 他们对 结果 的 影响特点 , 为后续模型参数的校核与检验奠定基础。
第 13 卷第 3 期 2006 年 6 月
水土保持研究 Research of So il and Water Co nserv atio n
ห้องสมุดไป่ตู้
Vo l. 13 No . 3 Jun. , 2006
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流域管理模型的参数灵敏度分析
以 WA RM F 在巢湖地区的应用为例 蒋 颖, 王学军, 罗定贵
( 北京大学环境学 院 , 北京 100871) 摘 要 : 水质模型参数灵敏度分析不仅是模型率 定的必要前 提 , 也为水 质管理提 供参考。 WA RM F 模型 是大型 流 域管理分布式机理模型 , 选定巢湖流域杭埠 - 丰 乐河子流域 为研究 区域 , 通过流 域概化 将杭埠 - 丰乐河 流域划 分 为 37 个汇流区单元、 36 个河段单元和 1 个湖泊单元。之后 , 以杭埠 - 丰 乐河流域 4 号子流 域及其 河段为 例 , 采 用 局部灵敏度分析方法对模型水文、 泥沙、 水质主要参数进行了灵敏度分析。根据灵 敏度分析结 果进行调 参 , 可以 大 大节省模型参数的校核时间 , 并且提高精度。 关键词 : 模型 ; 参数 ; 灵敏度分析 ; WA RM F ; 巢湖 中图分类号 : P333 文献标识码 : A 文章编号 : 1005 - 3409( 2006) 03 -0165 - 04
Parameters Sensitivity Analysis of Watershed Management Model
Application of W ARM F M odel in Chaohu L ake Area
JIANG Ying, WA NG Xue - jun, L U O Ding - gui