一种确定新安江模型参数的方法技术

本发明专利技术包括一种确定新安江模型参数的方法，包括以下步骤，步骤S1：构建流域的新安江模型洪水预报方案；步骤S2：根据流域物理特性、流域洪水特性，人工确定汇流参数L和n；步骤S3：设置参数的取值范围，通过粒子群算法进行其余参数自动率定，自动率定的参数包括产流参数和汇流参数CS、x。本发明专利技术通过对流域地理特性、流域洪水特性进行分析，确定汇流参数L和n；采用粒子群算法及人工经验对其余的参数进行率定，确定产流参数和汇流参数CS和x。采用上述方法后，一方面，汇流参数更符合其物理意义；另一方面，由于参与自动率定的参数减少，也减少了异参同效现象的发生，同时提高了计算效率。同时提高了计算效率。同时提高了计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种确定新安江模型参数的方法


[0001]本专利技术涉及水文预报
，特别是一种确定新安江模型参数的方法。

技术介绍

[0002]新安江模型是一种分散性的概念性模型，计算时将流域划分为若干个计算单元，分别对各单元进行产汇流计算，最终得到流域出口流量过程。新安江模型的汇流计算分为坡面汇流、河网汇流和河道汇流。坡面汇流是指地表径流、壤中流、地下径流等水体沿坡面汇集到河道的过程；河网汇流是指进入河道的水体，沿河道继续汇集到单元出口的过程。河道汇流是指各单元出口的流量沿河道汇集到流域出口的过程；各单元在流域出口断面的流量过程线性叠加，得到流域出口流量过程，即新安江模型计算的流域流量过程。
[0003]河网汇流采用滞后演算法，包括CS和L两个参数，其中CS为河网水流的消退系数、L为滞后时间。河道汇流采用马斯京根连续演算法，在计算时，令河段传播时间Kl=计算时段长 ，则马斯京根法参数可简化为x和n，其中x为各河段的槽蓄系数、n为单元出口到流域出口的河段数。计算时，根据x和n计算出汇流系数，将单元出口流量过程分别乘以汇流系数，即可计算出该单元在流域出口的流量过程。L、n取值为自然数。
[0004]新安江模型参数包括K、UM、LM、C、WM、B、IM、SM、EX、KG、KI、CG、CI、CS、L、x、n，目前新安江模型参数率定的方法已经较为成熟，大多采用自动优选和人工相结合的方式率定，对不敏感参数以及可通过分析计算得到的参数采用人工赋值，对其余参数采用优化算法自动率定。人工和自动优选相结合，一方面可使得率定出的参数更符合其物理意义，另一方面降低了自动率定参数的维数，减轻异参同效现象的发生，也提高了计算效率。新安江模型可通过人工确定的汇流参数包括L和n，通过优化算法和人工经验确定产流参数乙级参数包括CS和x。在计算时，根据划分的计算单元分别设置各单元的参数L和n，而各单元共用相同的参数CS和x。
[0005]中国专利技术专利CN202111415201.4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。该方法在率定新安江模型参数时未对产流和汇流参数进行区分，导致率定时异参同效现象明显，并且率定出的参数不符合参数的实际物理意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种减少异参同效现象发生的新安江模型汇流参数率定方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术包括一种确定新安江模型参数的方法，包括以下步
骤，步骤S1：构建流域的新安江模型洪水预报方案；步骤S2：根据流域物理特性、流域洪水特性，人工确定汇流参数L和n；步骤S3：设置参数的取值范围，通过粒子群算法进行其余参数自动率定，自动率定的参数包括产流参数和汇流参数CS、x。
[0008]优选的，所述步骤S1中构建流域的新安江模型洪水预报方案具体包括如下步骤，步骤S11：根据流域特性将流域划分为个计算单元；步骤S12：为每个单元配置雨量站并设置权重。
[0009]优选的，所述步骤S2中汇流参数L和n的确定具体包括如下步骤，步骤S21：流域划分为m个计算单元，则每个单元需要确定汇流参数为L
i
和 n
i
，i＝1
…
m；步骤S22：挑选历史场次洪水过程，计算每场洪水雨峰到洪峰出现的时距 DM(i)：式中：QMT为洪峰出现的时间，PMT为雨峰出现的时间，Δt为计算时段 长(h)，s为场次洪水数目；步骤S23：计算流域汇流时间τ，用平均时距表示：步骤S24：按照新安江模型参数的物理意义，坡面汇流沿河道均匀分布进入， L
i
取值为各计算单元平均汇流时间的一半；按照如下公式计算，四舍五入取整 数：式中：LS
i
表示第i个计算单元的主河道长度，LB表示流域主河道长度， LS
i
、LB可以通过ArcGis软件计算获取；步骤S25：按照新安江模型参数的物理意义，n
i
值为各计算单元出口到流 域出口的河道分段数；按照如下公式计算，四舍五入取整数：式中：LU
i
为第i个单元出口到流域出口的距离，可通过ArcGis软件计算 获取。
[0010]优选的，所述步骤S3中自动率定参数的计算具体包括如下步骤：步骤S31：确定需要自动率定的参数及其取值范围，其中包括汇流参数CS 和x；步骤S32：在取值范围之内，根据人工经验设置参数的推荐值；步骤S33：设置参数是否参与优化计算，若不参与优化计算，则其取值为推 荐值；若参与优化计算，则其取值为优化计算结果；步骤S34：设定目标函数：将计算流量和实测流量的误差平方和最小作为判 断参数寻优的目标函数：
式中：QT(t)为第t时段实测流量，QC(t)为第t时段计算流量，NumDT(i)为 第i场洪水(i＝1
…
s)的时段数；步骤S35：以两种方式作为终止寻优的条件：(1)两次迭代目标函数值之差小于ε；(2)限定最大迭代次数Nmax；步骤S36：选择粒子群算法进行参数率定。
[0011]本专利技术通过对流域地理特性、流域洪水特性进行分析，确定汇流参数L和n；采用粒子群算法及人工经验对其余的参数进行率定，确定产流参数和汇流参数CS和x。采用上述方法后，一方面，汇流参数更符合其物理意义；另一方面，由于参与自动率定的参数减少，也减少了异参同效现象的发生，同时提高了计算效率。
附图说明
[0012]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0013]图1为本专利技术赛塘流域单元划分图；图2为本专利技术方法的流程示意图。
具体实施方式
[0014]如图2所示，本专利技术包括一种确定新安江模型汇流参数的方法，包括以下步骤：步骤S1：采用新安江模型构建研究流域的洪水预报方案；步骤S2：根据流域物理特性、流域洪水特性，人工确定汇流参数L和n；步骤S3：设置参数的取值范围，通过粒子群算法进行其余参数自动率定，自动率定的参数包括产流参数和汇流参数CS、x。
[0015]其中，所述步骤S1中构建流域的新安江模型洪水预报方案步骤具体如下：步骤S11：根据流域特性将流域划分为个计算单元；步骤S12：为每个单元配置雨量站并设置权重。
[0016]所述步骤S2中汇流参数L和n的确定步骤具体如下：
[0017]步骤S21：若流域划分为m个计算单元，则每个单元需要确定汇流参数为L
i
和n
i
，i＝1
…
m；步骤S22：挑选历史场次洪水过程，计算每场洪水雨峰到洪峰出现的时距 DM(i)：式中：QMT为洪峰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定新安江模型参数的方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤S1：构建流域的新安江模型洪水预报方案；步骤S2：根据流域物理特性、流域洪水特性，人工确定汇流参数L和n；步骤S3：设置参数的取值范围，通过粒子群算法进行其余参数自动率定，自动率定的参数包括产流参数和汇流参数CS、x。2.根据权利要求1所述的一种确定新安江模型参数的方法，其特征在于，所述步骤S1中构建流域的新安江模型洪水预报方案具体包括如下步骤，步骤S11：根据流域特性将流域划分为个计算单元；步骤S12：为每个单元配置雨量站并设置权重。3.根据权利要求1所述的一种确定新安江模型参数的方法，其特征在于，所述步骤S2中汇流参数L和n的确定具体包括如下步骤，步骤S21：流域划分为m个计算单元，则每个单元需要确定汇流参数为L
i
和n
i
，i＝1
…
m；步骤S22：挑选历史场次洪水过程，计算每场洪水雨峰到洪峰出现的时距DM(i)：式中：QMT为洪峰出现的时间，PMT为雨峰出现的时间，Δt为计算时段长(h)，s为场次洪水数目；步骤S23：计算流域汇流时间τ，用平均时距表示：步骤S24：按照新安江模型参数的物理意义，坡面汇流沿河道均匀分布进入，L
i
取值为各计算单元平均汇流时间的一半；按照如下公式计算，四舍五入取整数：式中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，刘战友，赵英虎，孙甲岚，刘贵平，
申请(专利权)人：天津市水务工程运行调度中心天津市防汛物资管理中心，
类型：发明
国别省市：