考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法，包括以下步骤：步骤1、构建流域水循环多过程耦合模型；步骤2、面向不同过程的参数敏感性分析；步骤3、面向不同过程的参数全局自动优选；步骤4、基于重构实测数据集确定单一过程模拟集；步骤5、基于重构实测数据集确定多过程模拟集；步骤6、优化确定面向不同过程的参数后验分布；步骤7、确定不同过程模拟误差区间。本发明专利技术全面考虑了流域水循环系统多过程模拟的综合误差，提供了单一过程、多过程以及过程交互作用下的模拟误差区间，可根据流域管理需求选择任一种误差区间。本发明专利技术独立于流域水循环多过程耦合模型，为流域水循环多过程模拟误差评估提供了通用方法。域水循环多过程模拟误差评估提供了通用方法。域水循环多过程模拟误差评估提供了通用方法。

【技术实现步骤摘要】
考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法


[0001]本专利技术涉及流域水循环多过程模拟
，具体为一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法。

技术介绍

[0002]流域水循环系统包括水量过程、水质过程、水生态过程、社会经济用水等多个过程，各过程之间是伴生的、相互联系的，其中流域水量过程是联系各过程的关键纽带。随着观测手段多源化、水循环系统物理过程探索深入、计算能力提升等，构建流域水循环多过程耦合模型综合模拟流域尺度水循环系统多个物理过程，已经成为解决当前流域水多、水少、水浑、水脏和水生态退化等复杂水问题的重要途径。目前，已涌现了大量综合考虑水量、水质、水生态等多过程的流域水循环多过程耦合模型，如SWAT(Soil and Water Assessment model)、CLM(Community Land Model)模型等。
[0003]然而，由于现阶段对水循环系统物理过程的认知仍有限，难免会通过理论简化或物理概化采用经验公式描述部分物理过程，流域水循环多过程耦合模型各模块的参数和模型结构会导致模型不同过程模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法，所述水循环多过程包括水量过程及水量相关过程，所述水量相关过程包括水质过程、水生态过程中至少一个过程，过程间作用为水量过程与水量相关过程之间的交互作用，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)构建流域水循环多过程耦合模型：收集研究区实测降雨、实测蒸发和实测水循环多过程的数据资料，为不同过程选择模拟算法构建流域水循环多过程耦合模型，确定各水循环过程相关的模型参数及其取值范围；所述不同过程包括水循环多过程和单一过程，所述单一过程为水量过程或者任意一个水量相关过程；步骤2)面向不同过程的参数敏感性分析：构建流域水循环多过程耦合模型面向不同过程的目标函数，采用参数敏感性分析方法确定不同过程目标函数下的敏感性参数及其取值范围；步骤3)面向不同过程的参数全局自动优选：针对不同过程目标函数，采用参数全局自动优选方法对步骤2)确定的敏感性参数进行全局参数自动优选，分别确定各单一过程和多过程模拟的最优参数和相应的最优模拟过程、模拟误差；步骤4)基于重构实测数据集确定单一过程模拟集：通过步骤3)中各单一过程模拟误差的频率分布和最优模拟过程重构包含随机误差的实测数据集，通过参数全局自动优选得到相应的单一过程参数集和模拟过程集，结合随机误差确定各单一过程目标函数下的模拟过程集；单一过程参数集为水量参数集或者任意一个水量相关过程参数集，单一模拟过程集为水量模拟过程集或者任意一个水量相关过程模拟过程集；步骤5)基于重构实测数据集确定多过程模拟集：通过步骤3)中水量相关过程模拟误差的频率分布重构包含随机误差的实测数据集，结合步骤4)中水量参数集，通过参数全局自动优选得到相应的参数集和模拟过程集，结合随机误差确定多过程目标函数下的模拟过程集；步骤6)优化确定面向不同过程的参数后验分布：根据步骤4)和步骤5)中优化确定的不同过程目标函数下的参数集，分别确定不同过程目标函数下的参数后验分布；步骤7)确定不同过程模拟误差区间：根据步骤4)和步骤5)中不同过程目标函数下的模拟过程集，分别确定指定显著性水平下各单一过程、多过程和过程交互作用下的模拟误差区间。2.根据权利要求1所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法，其特征在于：步骤1)中构建流域水循环多过程耦合模型的具体过程为：1
‑
1、收集研究区实测降雨、实测蒸发和实测水循环多过程数据资料，其中实测水循环多过程数据资料包括流量、水位、溶解氧浓度、高锰酸盐浓度、氨氮浓度、总氮浓度、总磷浓度、泥沙负荷、生物多样性香农指数、物种丰度指数中的一种或多种；1
‑
2、进行子流域划分和流域属性特征提取；1
‑
3、针对不同过程，选择不同过程模拟算法构建流域水循环多过程耦合模型，确定各水循环过程相关的模型参数及其取值范围。3.根据权利要求1所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法，其特征在于：步骤2)中面向不同过程的参数敏感性分析的具体过程为：2
‑
1、采用均方根误差构建流域水循环多过程耦合模型面向单一过程和多过程的目标函数，单一过程目标函数包括单一过程模拟误差最小，以及水量模拟最优后水量相关过程
模拟误差最小，分别如式(1)和式(2)所示；多过程目标函数为多个水循环过程模拟误差最小，如式(3)所示；式中：RMSE1为单一过程模拟误差；S
i
(p
ara
)为第i时刻单一过程模拟值；O1
i
为第i时刻单一过程实测值；p
ara
为单一过程相关的参数组合；P为参数空间；t为实测序列长度；式中：RMSE2为水量模拟最优后水量相关过程模拟误差；S
i
(c)为第i时刻水量相关过程模拟值；O2
i
为第i时刻水量相关过程实测值；p为水量参数组合，p∈H；为水量过程模拟误差最小时的水量参数取值；c为水量相关过程参数组合；H为水量参数空间；D为水量相关过程参数空间；式中：RMSE3为水量过程模拟误差；RMSE4为水量相关过程模拟误差；S
i
(p)为第i时刻水量过程模拟值；O3
i
为第i时刻水量过程实测值；2
‑
2、针对各单一过程目标函数，采用参数敏感性分析方法确定流域水循环单一过程模拟的敏感性参数及其取值范围；2
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3、针对多过程目标函数，采用参数敏感性分析方法确定流域水循环多过程模拟的敏感性参数及其取值范围。4.根据权利要求3所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法，其特征在于：步骤3)中面向不同过程的参数全局自动优选的具体过程为：3
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1、针对单一过程目标函数OBJ1，采用参数全局自动优选方法对步骤2
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2确定的单一过程模拟敏感性参数进行自动优选，确定流域水循环各单一过程模拟的最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟晓燕，张永勇，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：