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地表水量平衡方程参数率定方法简介

【摘要】:对于地表汇流过程,有地表水量平衡方程进而,可采用最小二乘法估计出参数g3。传统的率定瞬时单位线的方法,是假定流域降雨径流系统为线性时不变系统的前提下,采用统计数学中的矩法来计算参数(n,K)。传统的率定线性水库参数的方法,是从实测流量过程线中根据组合退水曲线识别洪水过程的退水段,确定退水曲线Qt=Q0·e-t/K的起始点。选择多组退水过程观测值,利用最小二乘法可估计消退系数。

1.产流模型参数识别

时变增益的TVGM产流模型参数为(g1,g2,g3)。

产流参数识别的原理是基于产汇流的水量平衡方程

式中 Q——流量,m3/s;

   R——净雨量,mm;

   T——一个足够长的时段。

事实上,流量序列可视为净雨的时间分配过程,对于一个足够长的时段,可以保证式(3-1-26)水量平衡方程式的成立。

取定一个影响长度Tm(通常取系统记忆长度的某个倍数)后,对于不同的产流过程,均有相应的产汇流水量平衡方程,即

为了避免斜线法、退水曲线法等传统基流分割方法带来的不确定性和主观性,时变增益模型采用国际上普遍认可和接收的数字滤波方法,将实测径流Q分割为地表径流Qs和地下径流Qg

对于地表汇流过程,有地表水量平衡方程

进而,可采用最小二乘法估计出参数g3

2.汇流模型参数识别

汇流参数包括瞬时单位线参数(n,K)和线性水库参数K KG。

传统的率定瞬时单位线的方法,是假定流域降雨径流系统为线性时不变系统的前提下,采用统计数学中的矩法来计算参数(n,K)。然而,利用矩法计算出的(n,K)得到的时段单位线进行洪水还原计算,会发现还原洪水过程与相应实测洪水过程(特别是洪峰点)的拟合误差较大,这在很大程度上限制了瞬时单位线的进一步应用。

传统的率定线性水库参数的方法,是从实测流量过程线中根据组合退水曲线识别洪水过程的退水段,确定退水曲线Qt=Q0·e-t/K的起始点(也即地表流量过程终止点)。根据退水曲线的递推形式Qt+1=e-t/K·Qt=Cg·Qt,可得Cg=Qt+1/Qt。选择多组退水过程观测值(Qt,Qt+1),利用最小二乘法可估计消退系数。但是,实测流量过程线的退水点很难确定,特别是在人类活动影响下,这种方法的精度将不能得到保证。

本模型采用目前应用最为广泛遗传算法(GA)和复合型进化算法(SCE-UA)来率定汇流三参数(n,K,K KG),以模拟流量和实测流量的残差平方和最小为目标函数,可很好地控制水量平衡、洪峰流量和流量过程线形状。