SWMM模型参数全局敏感性分析

为有效评估暴雨管理模型(SWMM)输入参数对水文输出变量的影响程度,识别出敏感参数,为高效率定奠定基础,采用两种全局敏感性分析方法对暴雨管理模型(SWMM)中与降雨产流模拟有关的参数进行全局敏感性分析。基于拉丁超立方法对输入参数进行采样,以某小区为例建立SWMM模型进行模拟,分别采用偏秩相关分析法和互信息法分析参数对输出结果的影响。分析得知:对峰值时间影响最大的参数是管道糙率系数,管道糙率系数和峰值时间呈负相关;对峰值流量影响最大的参数是透水区的糙率系数,透水区糙率系数和峰值时间呈负相关;对总产流量影响最大的参数是管道糙率系数,管道糙率系数和总产流量呈负相关。研究表明偏秩相关分析方法和互信息分析方法都有自己的局限性,将两种方法共同使用,能够精确识别所有敏感参数。     

基于EFAST的CROPGRO-Tomato模型参数全局敏感性分析

为了定量讨论番茄生长模型(DSSAT-CROPGRO-Tomato)中各参数对模拟输出结果的影响,运用扩展傅里叶幅度检验(EFAST)法,对影响番茄物候期、生长及生产等3类模型输出的各参数敏感性进行了研究,重点探讨了模型输入中品种参数、气象及土壤参数变化对模型输出结果的影响。结果表明:影响番茄开花期、坐果期和成熟期等物候期最敏感的品种参数和气象参数分别为初花期积温、日最低温度,而土壤参数对番茄物候期的影响可以忽略。影响番茄叶面积指数和冠层高度最敏感的品种参数为初花期积温,而影响番茄根、茎生长最敏感的品种参数为干物质分配比例,日最高温度和土壤田间持水率分别是影响番茄根、茎、叶生长最敏感的气象和土壤参数。影响番茄干物质量和总产量最敏感的品种参数为初花期积温,而影响番茄收获数量和单果质量的品种参数为最大单籽粒质量,日最高温度和土壤田间持水率也分别是影响番茄生产最敏感的气象和土壤参数。     

基于全局敏感性分析的WOFOST模型参数优化

敏感性分析是模型参数优化的基础,同时也是作物生长模型本地化过程的重要环节。以中国水利水电科学研究院大兴试验基地2015-2016的夏玉米为研究对象,运用全局敏感性分析方法 EFAST对WOFOST模型的49个作物参数进行分析,在此基础上运用PEST软件对产量、干物质量、叶面积指数的敏感参数进行优化。结果表明:(1)对产量(WSO)敏感的参数主要有二氧化碳(CO2)同化率在12℃下的矫正因子、最大光合速率在30℃下的校正因子、开花到成熟之间的积温等;(2)对干物质量(TAGP)敏感的参数主要有CO2同化率在12℃下的矫正因子、在35℃时叶面积的生命周期、生育期为0时的比叶面积等;(3)对叶面积指数(LAI)敏感的参数主要有根的同化物转换效率、生育期为0时的比叶面积、CO2同化率在12℃下的矫正因子等;(4)参数优化后,WOFOST模型对夏玉米的模拟效果较好,相对误差RE小于5%,一致性指数d均大于0.9,标准均方根误差nRMSE均小于20%。优化后的参数对于北京地区的夏玉米模拟效果良好。     

基于LH-OAT的马斯京根模型参数全局敏感性分析

为定性了解参数C_0、C_1、C_2对马斯京根模型模拟洪水流量的影响程度,引入Latin-Hypercube抽样算法,并结合OAT方法,对马斯京根模型参数进行全局敏感性分析。改变了传统通过率定K、x值来计算C_0、C_1、C_2值的方式,直接对参数C_0、C_1、C_2进行全局敏感性分析,模型参数的敏感性分析分别以径流量和洪峰流量为评价目标。研究结果表明,对径流量:河道处于涨水阶段时,参数C_0较敏感,C_1、C_2一般敏感;河道处于落水阶段时,参数C_2较敏感,C_0、C_1一般敏感。对洪峰流量:参数C_0、C_1的敏感性相对前一时段的敏感性减弱,C_2的敏感性相对增加。改变某一组参数的扰动幅度(10%、20%、30%),参数C_0、C_1、C_2的敏感度随着扰动幅度的增大而增大。在敏感性分析的基础上,按敏感性顺序进行参数的率定,可提高69%的率定效率,减少模型参数率定的盲目性。     

灌区用水优化模型参数全局敏感性分析与不确定性优化

灌区水资源优化配置中存在众多不确定性因素,而考虑不确定性因素的优化模型往往存在结构复杂、不确定性参数考虑有限、计算精度和效率较低等问题。本文将LH-OAT（Latin hypercube-One factor at a time）方法与灌区用水优化模型耦合,构建了灌区用水优化模型参数敏感性分析与不确定性优化方法,并以黑河流域中游典型灌区为案例研究区,对模型中6类共25个不确定性参数进行了全局敏感性分析。计算获得了模型中25个不确定性参数的敏感度排序,并从中筛选出10个高敏感性参数,以高敏感性参数作为优化模型不确定性参数输入,获得了不确定性下的灌区用水优化结果。案例分析表明,该方法有效筛选出优化模型中高敏感的关键参数,综合考虑了不确定性参数对模型优化结果的影响,大大减少了模型不确定性参数的表征数量,降低了模型复杂性,有效提高了模型计算效率,可为灌区水资源优化配置问题提供方法参考。     

水文模型参数敏感性分析概述

对水文模型中的参数进行敏感性分析是分布式水文模型应用中的难点问题,同时也是模拟预测水文过程中至关重要的步骤。本文对水文模型中的局部敏感性分析方法、定性和定量全局敏感性分析方法进行了归纳和分析。包括：多元回归法、Morris筛选法、Morris-OAT方法、FAST方法、LH-OAT方法、Sobol方法、Extend FAST方法、RSA方法、GLUE方法、RSMSobol方法等,并对水文模型中参数敏感性分析方法的前景进行了展望。     

SWMM模型径流参数全局灵敏度分析

选取基于Horton和Green-Ampt入渗模型的入渗参数,以及区域坡度、区域宽度、透水性区域的曼宁系数和可积水深度共7个SWMM模型参数,采用Morris方法进行全局灵敏度分析。并分别采用不同降水类型、不同重现期的单个降水事件及长期降水序列,分析各模型参数对总产流量、洪峰流量及径流系数3个输出变量的全局灵敏度。结果表明:T1和T2型降水的参数灵敏度分析结果呈现较大差异,T2型较小降水事件不适宜用于参数校核;对Horton入渗模型而言,可利用T1型较大降水事件的洪峰流量对区域形状系数进行校核,利用T2型较大降水事件的总产流量对最小入渗速率、消减系数K进行校核;对Green-Ampt入渗模型而言,可利用T1型较小降水事件的洪峰流量对区域宽度和坡度进行校核及总产流量对透水性区域的曼宁系数进行校核,利用T2型较大降水事件的洪峰流量对最小入渗速率和缺水率进行校核;对径流系数而言,采用Horton和Green-Ampt入渗模型的结果一致,最大入渗速率和最小入渗速率是最灵敏的两个参数,透水性表面的可积水深度和曼宁系数为最不灵敏的两个参数。     

华北地区夏玉米水分生产率多参数全局敏感性分析

量化限制因素的敏感性对协同提升作物水分生产率具有重要意义,为了探讨作物水分生产率在不同土壤、气象以及田间管理措施下参数的敏感性,以华北地区夏玉米为研究对象,采用扩展傅里叶幅度检验法,量化了基于DNDC模型的夏玉米水分生产率对土壤、气象和田间管理(灌溉水量、施肥量)等10个参数的敏感程度,结果表明:DNDC模型能够有效地模拟0～50 cm土壤水分、作物蒸发蒸腾量、作物生长过程以及产量;灌溉水量、土壤初始氨氮浓度、CO_2浓度、第二次施肥量、降雨量以及日最高温度是不同水文年条件下对夏玉米水分生产率敏感程度高的限制因素。当水文年型由丰水年-平水年-枯水年转变时,灌溉水量的敏感性呈高于施肥量的敏感性的变化趋势,因此,考虑限制因素的敏感程度将更有助于提出区域分异下水分生产率多要素协同提升的技术途径。     

BTOPMC模型参数敏感性分析及应用

根据改进的Morris筛选法对BTOPMC模型进行参数敏感性分析,辨析出影响淮河流域史河上游黄泥庄水文站以上集水区径流模拟结果精度的主要参数因子:导水率衰退因子m、糙率系数n0、土壤脱水函数系数alpha.在16 a的逐日模拟中,1982-1987年为模型率定期,2001-2010年为模型的验证期,模拟结果显示,径流总量比值在率定期和验证期都大于99％,Nash效率系数高于0.75,BTOPMC模型模拟结果良好.     

基于LH-OAT的SWMM模型参数敏感性分析

为了消除SWMM模型计算过程中的不确定性,明确参数对径流模拟的影响,进行了参数敏感性分析。通过LH-OAT敏感性分析方法,辨析出不同参数在昭通市应用时对径流模拟结果的影响程度,确定对其影响较大的若干敏感参数,为参数的率定提供参考。研究结果表明对径流系数影响最大的参数是入渗衰减系数,对洪峰流量影响最大的参数是不渗透性。提高了SWMM模型在金沙江流域应用的可靠性。     

基于MIKE11水动力模型的南通市远期引水需求分析

随着经济和社会的发展,南通市远期需水量将进一步增加.本文通过对农业、工业、生活以及生态用水量相关指标的分析和计算,预测了2030年南通市总需水量和高峰期需水量.在此基础上,通过MIKE 11水动力模型,模拟了不同方案下主要控制点的水位变化和最低水位.结果表明:50％和75％用水保证率下引水基本满足要求,95％用水保证率下需增建60～100m3/s的通吕运河泵站以解决用水矛盾.     

一维水分运移模型水力参数敏感性分析

利用数值模拟方法模拟灌溉水入渗补给地下水的过程中,模型参数的不确定性是影响包气带水分运移的关键因素。因此,为了定量分析水力参数的不确性对剖面含水率空间分布的影响。基于新疆伊犁霍城县原位试验场灌溉实验,以剖面含水率为研究对象,运用HYDRUS软件建立一维非饱和数值模型,利用局部分析方法,研究水力参数空间不确定性对剖面含水率的影响,并对水力参数的敏感指数进行分析与对比。研究表明:非均质岩层中,细颗粒中θs和n对剖面含水率影响最大,在粗颗粒中,θr对剖面含水率影响最大。     

基于MIKE11水动力模型的大洋河丹东有堤段行洪能力分析

河道现状行洪能力是河道所在地区防洪安全的核心,也是防汛主管管部门汛期指导防汛的重要依据。为分析大洋河丹东有堤段的行洪能力,采用水动力模型MIKE11计算、模拟河道及河网的一维洪水演进过程,准确判断其行洪能力,为保护沿岸居民防洪安全提供理论基础。     

基于LH-OAT方法的VG模型参数敏感性分析

通过研究VG模型中参数变化对输出结果的影响,不仅可以提高率定模型参数的效率,而且可以为获取更加可信及稳定的数学模型提供支持。以宁夏中部平原引黄灌区2017年林地田间试验为验证实例,选取了VG模型中11参数进行了全局敏感性分析。对每个参数都进行了全局敏感度的定量计算,依照敏感度大小将它们进行敏感性的分级。结果表明:以S_e为输出变量时,参数θ_(sa)、α_a和n_a表现极为敏感,而α_b、θ_(ra)、n_b和θ_(sb)表现较为敏感,但K_(sa)、K_(sb)和l的表现却为一般敏感或不敏感;而以K(S_a)为输变量出时,参数θ_(sa)表现最为敏感,而α_a、n_a、K_(sa)表现较高的敏感,但其他参数敏感表现为较弱;对表现比较敏感的参数进行了修正,并将修正后的参数应用于VG模型中,取得了良好的效果,而且所构建的全局敏感性分析方法可有效地提高VG模型参数率定效率,田间普适性较强。     

基于EFAST的CERES-Wheat模型土壤参数敏感性分析

为了定量讨论DSSAT-CERES-Wheat模型中土壤参数对模拟结果的影响,运用扩展傅里叶幅度检验（EFAST）法,对影响冬小麦生产及生态系统中氮素分布的2类模型参数进行了敏感性研究,重点探讨了模型中土壤参数变化对模型模拟的冬小麦产量、冬小麦氮素分布、土壤氮素分布及土壤氮素转化的影响。结果表明：对冬小麦产量、地上生物量及收获指数影响最敏感的土壤参数为田间持水率,其次是土壤酸碱度;对冬小麦地上生物量中氮素含量影响最敏感的土壤参数为土壤酸碱度,对冬小麦籽粒中氮素含量影响最敏感的参数为田间持水率,对冬小麦根和叶中氮素含量影响最敏感的土壤参数则为土壤总氮含量;对作物吸收土壤中氮素影响最敏感的参数是径流曲线数,对土壤氮淋失量影响最敏感的参数为排水比率,对土壤中硝态氮、铵态氮含量影响最敏感的参数为土壤总氮含量;对土壤中氮素矿化和硝化影响最敏感的土壤参数为土壤总氮含量,对土壤氮素反硝化影响最敏感的参数为排水比率,对氨挥发量影响最敏感的参数为土壤总氮含量,氨挥发量对排水比率和土壤酸碱度的变化也较敏感。当侧重于模拟冬小麦产量及作物氮素研究时,原需测量的15个土壤参数可简化为4个,而当侧重于土壤氮素转化及分布研究时,可简化为重点测量的9个参数。本研究可降低CERES-Wheat模型土壤参数获取难度,方便模型本地化、区域化应用。     

MIKE11模型在沙井河片区防洪排涝工程中的应用

沙井片区是深圳茅洲河流域的洪涝多发区,通过MIKE11建立的模型,对其进行系统地、动态地研究,相对手工计算,能相对准确的模拟出各种设计工况,并根据模型研究结果得出较为合理的工程措施。     

基于MIKE11模型的平原感潮河网城市防洪规划研究

平原感潮河网城市人口众多,经济发达,河道湖泊密布。随着近年来城市化的快速发展,城市防洪压力与日俱增。以海门市为研究对象,运用MIKE11模型对研究区域内河网及水工建筑物进行概化,在100年一遇降雨与潮位组合情况下,模拟计算现状和规划工况条件下区域内主干河道的最高水位,对比防洪规划实施前后研究区域内主要河道的水位变化情况,分析防洪规划带来的有利影响。计算结果表明在平原感潮河网城市的防洪规划中,MIKE11模型具有一定的应用价值。在改、扩、新建主干河道和沿江闸站等工程措施下,区域排水能力加大,并阻止长江高潮位的顶托倒灌,河道100年一遇设计水位明显降低。     

基于均匀设计的邓肯E-B模型参数敏感性分析

在堆石料非线性弹性模型的反演分析中,模型参数敏感性分析是确定待反演参数的重要途径,为了更好的完善邓肯E-B模型参数敏感性分析的研究,结合均匀设计理论和方法,利用均匀设计软件和回归分析理论,分析了邓肯E-B模型参数对坝体水平和垂直位移的敏感性,成功实现了均匀设计在邓肯E-B模型参数敏感性分析中的应用,并对计算模型的主要参数进行了敏感性分析,其中参数kb、φ0、n对坝体位移有较大影响。     

基于偏秩相关-逐步回归法的SWMM模型全局敏感性分析

为了识别影响暴雨洪水管理模型(SWMM)的敏感性因素,给后续的模型率定和不确定性分析提供指导和参考,基于拉丁超立方抽样技术对各个参数进行抽样,分别以逐步回归法和偏秩相关法对SWMM模型进行全局敏感性分析,并以山东大学千佛山校区为例。结果表明:不透水区曼宁系数是对峰值时间和峰值流量最敏感的参数,并且随着不透水区曼宁系数的增大,峰值时间增大、峰值流量变小;汇水区面积比例因子是对总产流最敏感的参数,并且随着汇水区面积比例因子的增大,总产流量增大。逐步回归法和偏秩相关法都是线性分析方法,两种方法的对比使用,能够更加精确的识别SWMM模型的敏感性参数,对于精确建模和高效率定具有一定的借鉴意义。     

MIKE 11模型在望虞河西控工程排涝计算中的应用

针对武澄锡虞区遭遇五年一遇暴雨情况,采用适合于平原河网及城市区域产汇流模拟的水文水力模型--MIKE 11模型,将其中的NAM模型和HD模块进行耦合,根据望虞河西控工程调度方案,由设计暴雨推求评价区河道涝水特征值。通过排涝水文计算,模拟对比望虞河西岸封闭前后,评价区遭遇五年一遇暴雨时,河网节点的水位、流量过程,分析望虞河西岸封闭对评价区水系、洪水位、高水位持续时间及半高地淹没状况的影响。模型计算结果表明,望虞河西控工程实施后,望虞河西岸地区最高水位普遍抬升,受影响区域内高水位持续时间增长,对部分半高地存在潜在淹没影响。