一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，包括如下步骤，S1、构建研究流域的新安江模型；S2、设置新安江模型用于确定初始状态变量计算时段的目标函数；S3、基于目标函数通过优化算法优化新安江模型参数，获取新安江模型的最优参数；S4、利用最优参数确定参数率定期初始状态变量的计算时段；S5、利用参数率定期初始状态变量的计算时段，基于目标函数通过优化算法优化新安江模型参数，获取新安江模型的最终最优参数。优点是：在数据系列较短的情况下，通过简单的操作即可充分利用现有数据更精准确定模型初始状态变量，从而得到更加准确的新安江模型参数。从而得到更加准确的新安江模型参数。从而得到更加准确的新安江模型参数。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法


[0001]本专利技术涉及水文预报
，尤其涉及一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法。

技术介绍

[0002]当前通过新安江模型研究水库调度、水资源管理等问题，模型参数的估计是必不可少的步骤之一。现在广泛采用的新安江模型参数率定的方法均着重于研究各种优化算法的优化效果，而没有考虑模型的初始状态变量在什么时段取得最优的问题，当数据资料系列很长，数据量很充足的情况下，初始状态变量对模型的参数估计结果影响不大，能够估计出符合计算要求的参数。
[0003]然而，有些小流域，数据系列较短，存在资料不足的情况。这时初始状态变量对新安江模型参数估计的影响很大，需要确定最优的初始状态变量的时段并计算最优的初始状态变量为新安江模型的参数率定提供初始数据。同时，现在广泛采用的优化新安江模型参数的目标函数均只考虑了洪水过程线的误差或只考虑洪量的误差，没有综合全面的考虑洪水过程和洪量两个要素，所以洪水过程和洪量的模拟效果通常不能兼顾，因此构建一个综合反映径流特征的目标函数来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，包括如下步骤，
[0007]S1、构建研究流域的新安江模型；
[0008]S2、设置新安江模型用于确定初始状态变量计算时段的目标函数；
[0009]S3、基于目标函数通过优化算法优化新安江模型参数，获取新安江模型的最优参数；
[0010]S4、利用最优参数确定参数率定期初始状态变量的计算时段；
[0011]S5、利用参数率定期初始状态变量的计算时段，基于目标函数通过优化算法优化新安江模型参数，获取新安江模型的最终最优参数。
[0012]优选的，步骤S1之前还包括收集研究流域的资料并整编；具体为，收集所研究流域的DEM数据，流域内各雨量站和水文站的经纬度信息及其相应的降雨量、径流量、蒸发量数据；利用GIS软件提取流域水系图，获取流域面积数据，划分泰森多边形确定各个雨量站的面积权重，计算流域的面平均雨量系列、相应时段长度的流域出口断面流量系列以及相应时段长度的蒸发量系列。
[0013]优选的，步骤S1具体为，根据研究流域水系以及水文站雨量站网的分布特点，进行研究流域的子流域划分；每个子流域上分别进行蒸散发计算、流域产流计算、分水源计算和
流域汇流计算，蒸散发采用两层或三层蒸发模式；流域产流采用蓄满产流模型进行计算；若划分为地面径流和地下径流两种水源，则按照稳定下渗率进行分水源操作；若划分为地面径流、壤中流和地下径流三种水源，则按照自由水箱进行分水源操作；每个子流域出口断面的流量经过马斯京根法、线性水库法或滞后演算法汇流到总的流域出口断面。
[0014]优选的，构建的新安江模型有蒸散发模块、产流模块、分水源模块和汇流模块，蒸散发模块进行蒸散发计算，产流模块进行流域产流计算，分水源模块进行分水源操作，汇流模块进行流域汇流计算。
[0015]优选的，新安江模型用于确定初始状态变量计算时段的目标函数为f，f的计算公式为，
[0016]f＝α
×
f1(Q
s
,Q
j
)+β
×
f2(Q
s
,Q
j
)
[0017]其中，f1为考虑实测流量与模拟流量误差平方和的均方根的分式；f2为考虑实测洪量与模拟洪量的相对误差的分式；α为f1的系数；β为f2的系数；Q
s
为实测的流量系列；Q
j
为新安江模型模拟的流量系列；
[0018]f1的计算公式为，
[0019][0020]其中，N为实测流量过程线纵坐标的数量；Q
s
(i)为实测流量过程线的第i个纵坐标；Q
j
(i)为计算的流量过程线的第i个纵坐标；i＝1,2,3,
…
,N；
[0021]f2的计算公式为，
[0022][0023]其中，W
s
为实测的径流量；W
j
为新安江模型模拟的径流量；abs为绝对值函数，取W
s
‑
W
j
的绝对值；
[0024]W
s
和W
j
的计算公式分别如下，
[0025][0026][0027]其中，Q
s
(1)为实测流量过程线的第1个纵坐标；Q
s
(N)为实测流量过程线的第N个纵坐标；Q
s
(k)为实测流量过程线的第k个纵坐标；Q
j
(1)为计算的流量过程线的第1个纵坐标；Q
j
(N)为计算的流量过程线的第N个纵坐标；Q
j
(k)为计算的流量过程线的第k个纵坐标；k＝2,3,4,
…
,N
‑
1；Δt表示计算时段的长度。
[0028]优选的，系数α和系数β的限定条件为，
[0029]0<β<α<1
[0030]α+β＝1。
[0031]优选的，步骤S3具体为，设置新安江模型参数的阈值，对新安江模型的初始状态变量在合理范围内进行假定，通过优化算法按照目标函数最小的原则优化新安江模型的参数，获取新安江模型的最优参数。
[0032]优选的，步骤S4具体为，将最优参数代入到新安江模型，作为新安江模型的初始状态变量，利用该初始状态变量计算流域出口断面的流量系列，进而计算逐时段的纳什系数的值，从而得到逐时段的纳什系数系列，选取纳什系数的极大值对应的时段作为参数率定期初始状态变量的计算时段L，并计算该时段末的状态变量。
[0033]优选的，步骤S5具体为，取步骤S4中确定的初始状态变量的计算时段L的下一时段作为参数率定时段的起始时段，取步骤S4中确定的时段末的状态变量作为新安江模型的初始状态变量，通过优化算法按照目标函数最小的原则优化新安江模型的参数，获取新安江模型的最终最优参数。
[0034]优选的，优化算法为模式搜索法。
[0035]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术方法确定了最优的初始状态变量所在的时段，同时在目标函数中综合考虑了洪水过程线和洪量两种误差，并给洪水过程线误差较大的权重值，得到能够综合反映洪水过程和洪量等径流特征的新安江模型参数。2、本专利技术方法在数据系列较短的情况下，通过简单的操作即可充分利用现有数据更精准确定模型初始状态变量，从而得到更加准确的新安江模型参数。
附图说明
[0036]图1是本专利技术实施例中参数率定方法的流程示意图；
[0037]图2是本专利技术实施例中大坡岭以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、构建研究流域的新安江模型；S2、设置新安江模型用于确定初始状态变量计算时段的目标函数；S3、基于目标函数通过优化算法优化新安江模型参数，获取新安江模型的最优参数；S4、利用最优参数确定参数率定期初始状态变量的计算时段；S5、利用参数率定期初始状态变量的计算时段，基于目标函数通过优化算法优化新安江模型参数，获取新安江模型的最终最优参数。2.根据权利要求1所述的考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，其特征在于：步骤S1之前还包括收集研究流域的资料并整编；具体为，收集所研究流域的DEM数据，流域内各雨量站和水文站的经纬度信息及其相应的降雨量、径流量、蒸发量数据；利用GIS软件提取流域水系图，获取流域面积数据，划分泰森多边形确定各个雨量站的面积权重，计算流域的面平均雨量系列、相应时段长度的流域出口断面流量系列以及相应时段长度的蒸发量系列。3.根据权利要求1所述的考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，其特征在于：步骤S1具体为，根据研究流域水系以及水文站雨量站网的分布特点，进行研究流域的子流域划分；每个子流域上分别进行蒸散发计算、流域产流计算、分水源计算和流域汇流计算，蒸散发采用两层或三层蒸发模式；流域产流采用蓄满产流模型进行计算；若划分为地面径流和地下径流两种水源，则按照稳定下渗率进行分水源操作；若划分为地面径流、壤中流和地下径流三种水源，则按照自由水箱进行分水源操作；每个子流域出口断面的流量经过马斯京根法、线性水库法或滞后演算法汇流到总的流域出口断面。4.根据权利要求3所述的考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，其特征在于：构建的新安江模型有蒸散发模块、产流模块、分水源模块和汇流模块，蒸散发模块进行蒸散发计算，产流模块进行流域产流计算，分水源模块进行分水源操作，汇流模块进行流域汇流计算。5.根据权利要求1所述的考虑初始状态变量影响的新安江模型参数率定方法，其特征在于：新安江模型用于确定初始状态变量计算时段的目标函数为f，f的计算公式为，f＝α
×
f1(Q
s
，Q
j
)+β
×
f2(Q
s
，Q
j
)其中，f1为考虑实测流量与模拟流量误差平方和的均方根的分式；f2为考虑实测洪量与模拟洪量的相对误差的分式；α为f1的系数；β为f2的系数；Q
s
为实测的流量系列；Q
j
为新安江模型模拟的流量系列；f1的计算公式为，其中，N为实测...

【专利技术属性】
技术研发人员：常文娟，马海波，雷晓辉，康爱卿，廖卫红，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：