常見(jiàn)水文模型參數(shù)率定

1、 水利部水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心水利部水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心20122012年年1010月月 3/8/2011 三水源蓄滿(mǎn)產(chǎn)流模型（SMS_3） 三水源滯后演算模型（LAG_3）馬斯京根河道分段連續(xù)演算模型（MSK）降雨徑流相關(guān)圖法（PPaR）流域匯流經(jīng)驗(yàn)單位線(xiàn)（UH_B）流域產(chǎn)流計(jì)算：流域匯流計(jì)算：河道匯流計(jì)算：該類(lèi)模型輸入為流域內(nèi)點(diǎn)雨量或面雨量系列文件，輸出為流域徑流深系列文件。 該類(lèi)模型輸入為流域徑流深系列文件，輸出為出口斷面水位流量系列文件。 該類(lèi)模型輸入為上斷面水位流量系列文件，輸出為下斷面水位流量系列文件。 3/8/2011X MP 三水源蓄滿(mǎn)產(chǎn)流模型 三水源滯后演算模型馬斯京根河道分段連續(xù)演算

2、模型 3/8/2011 WM（WUM、WLM、WDM）：流域平均蓄水容量,反映干旱程度的指標(biāo)。 K：流域蒸散發(fā)折算系數(shù)，反映流域蒸散發(fā)能力。 B：流域蓄水容量曲線(xiàn)的方次，反映流域蓄水條件的不均勻性。 C：深層蒸發(fā)折算系數(shù)，決定于深根植物的覆蓋面積。 IM：不透水面積比例。 SM：流域平均表層土自由水蓄水容量，反映洪峰形狀、高低。 EX：自由水蓄水容量曲線(xiàn)的方次，反映自由水分布的不均勻性。 KG和KI：自由水蓄水庫(kù)對(duì)地下水及壤中流的出流系數(shù)，反映直接徑流的退水歷時(shí)天數(shù)。 3/8/2011 CI：深層壤中流的消退系數(shù)，反映洪水尾部退水的快慢。 CG：地下徑流消退系數(shù)，反映地下水退水的快慢。 CS：

3、河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)，反映洪水過(guò)程坦化的程度。 LAG：滯后時(shí)段數(shù)，反映洪水過(guò)程平移的程度。 3/8/2011 X：子河段流量比重因素，反映河槽調(diào)蓄能力的一個(gè)指標(biāo)，即反映洪水過(guò)程坦化的程度。 MP：子河段數(shù), 反映洪水過(guò)程平移的程度。 3/8/2011 WM（ WUM、WLM、WDM ）：P WM的值要保證在計(jì)算過(guò)程中土壤含水量W不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。如W出現(xiàn)負(fù)值，就要加大WM。P WM的值在半干旱地區(qū)170mm半濕潤(rùn)地區(qū)120mm濕潤(rùn)地區(qū)100mm。P WUM的值在植被較好的地區(qū)20mm 植被匱乏的地區(qū)5mm。P WM的加大主要在于加大WDM。 3/8/2011 K：P 蒸發(fā)皿實(shí)測(cè)的蒸發(fā)量乘上K就是流域

4、蒸散發(fā)能力。P K的取值控制總的水量平衡，是非常重要的參數(shù)。P K的參數(shù)率定通常將目標(biāo)函數(shù)固定為多年水量平衡再計(jì)算而得。 3/8/2011 B：P 它取決于流域地形地貌地質(zhì)情況的均一程度，一般情況下它與流域面積有關(guān)，對(duì)于小流域B值也小，對(duì)于幾千平方公里的流域，B在0.4左右。P B的值對(duì)徑流量在時(shí)程上的分配有一定影響。B值大時(shí)，徑流先少后多，B值小時(shí)，反之，但這種影響是有限的。B的取值范圍一般在0.150.4，或更大些。P B的值對(duì)全流域蓄滿(mǎn)的洪水不起作用，但在局部產(chǎn)流的小洪水時(shí)是有作用的。 3/8/2011 C：P C的值對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)影響極小，而對(duì)半濕潤(rùn)地區(qū)及半干旱地區(qū)則影響較大。P C的值與

5、WLM和WDM的和有關(guān)，這個(gè)和越大，深層蒸發(fā)越難以發(fā)生，C值就越小，在北方半濕潤(rùn)地區(qū)0.08-0.15；反之則大，在南方林地0.15-0.20。P C的值對(duì)久旱以后的洪水的影響較大。因此可用久旱以后的洪水來(lái)調(diào)試C值，同時(shí)也可對(duì)WDM+WLM的值作相應(yīng)的調(diào)整。 3/8/2011 IM：P 如有詳細(xì)的地圖，可以量出IM的值；在天然流域，一般只取值0.01或0.02；但是，在城鎮(zhèn)和水庫(kù)庫(kù)區(qū)則其值可能較大。P IM的值主要由過(guò)程線(xiàn)上非全流域產(chǎn)流的小突起來(lái)判斷，這些小洪水過(guò)程大多由不透水面積產(chǎn)生導(dǎo)致的直接徑流產(chǎn)生，故可由這些小洪水的擬合好壞來(lái)確定與調(diào)整IM的值。 3/8/2011 SM：P SM是個(gè)重要

6、的參數(shù)，決定了地表徑流的多少，影響洪峰形態(tài)，優(yōu)選調(diào)試時(shí)往往以洪峰為主要目標(biāo)。P 由于使用時(shí)段遞推計(jì)算的差分格式，對(duì)雨強(qiáng)有均化作用。所以計(jì)算時(shí)越短，相應(yīng)的SM越大。如取時(shí)段長(zhǎng)度為日， SM在山區(qū)10或更小，南方土深林茂處取50或更大；如時(shí)段長(zhǎng)為6小時(shí)， SM在山區(qū)則加大至20。P SM的值與地質(zhì)條件有關(guān)系，花崗巖37，砂巖16，板、頁(yè)巖7。 3/8/2011 EX：P EX決定了飽和坡面流產(chǎn)流面積的發(fā)展過(guò)程，一般取值在1-1.5。P 該參數(shù)的變幅不大，可取定值1.5。 3/8/2011 KG和KI：P KI+KG代表自由水出流的快慢。1000平方公里流域，一般為三天，KG+KI0.7，若為二天，

7、則KG+KI0.8。這可以從流量過(guò)程線(xiàn)落水段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，粗估壤中流與地下水的量值，其比值就是KI/KG的值。有的流域退水歷時(shí)遠(yuǎn)大于三天，則應(yīng)調(diào)整參數(shù)CI來(lái)處理。P SM與KG存在一定的相關(guān)性，SM越大，KG也愈大，反映了流域的蓄水能力等水文特性。 3/8/2011 CI：P 如無(wú)深層壤中流，CI0；當(dāng)深層壤中流很豐富時(shí)， CI0.4-0.8，相當(dāng)于退水為2天。 CI0.9，相當(dāng)于退水為10天。它決定洪水尾部退水的快慢。但它對(duì)整個(gè)過(guò)程的影響，遠(yuǎn)不如產(chǎn)流模型中SM與KG/KI明顯。P 它的作用是彌補(bǔ)KG+KI 0.7的不足。 3/8/2011 CG：P 此值一般為0.980.998，相當(dāng)于匯流時(shí)間為

8、50500天。它決定地下水退水的快慢，用枯季資料很容易推求。 3/8/2011 CS：P CS的值可以控制洪水的形態(tài)，用次洪資料進(jìn)行推求。P CS的值在0.1-0.3，相當(dāng)于退水歷時(shí)約半天，多為陡漲陡落的洪水過(guò)程；較為平緩的洪水過(guò)程，CS的值在0.6-0.9，相當(dāng)于退水歷時(shí)約2-10天。 3/8/2011 LAG：P LAG的值可以控制洪水的推移時(shí)間，用次洪資料進(jìn)行推求。P 一般可以根據(jù)從造峰降雨落地后到斷面出峰的時(shí)間來(lái)初判。 3/8/2011參數(shù)分層參數(shù)分層參數(shù)參數(shù)敏感參數(shù)敏感參數(shù)獨(dú)立性獨(dú)立性蒸散發(fā)計(jì)算K，WUM，WLM，CK產(chǎn)流計(jì)算WM，B，IM分水源計(jì)算SM，EX，KG，KISM，KGK

9、G+KI0.7匯流計(jì)算CI，CG，CS，LAGLAG，CSP 每層中待率定優(yōu)化的參數(shù)不宜多于2個(gè)，因此要剔除不敏感參數(shù)，如WUM，WLM，C,EX,CI等P 對(duì)于物理意義明確的參數(shù)，可以直接確定，如WM，B，IM，CG等P 對(duì)于有約束條件的參數(shù)確定一個(gè)，另一個(gè)即不參與優(yōu)化，如KI 3/8/2011 X：P X值隨楔蓄作用的增大而增大。如湖泊、水庫(kù)，入流影響可忽略，X值接近于零。P 如入流和出流影響相等，則x0.5。P 有些河段出現(xiàn)壅水，倒比降時(shí)，X值為負(fù)值。 3/8/2011 MP：P 子河段數(shù)可以根據(jù)河道平均匯流時(shí)間與計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)初估；P 通常取整數(shù)位。 3/8/2011Pa：P前期雨量計(jì)算，

10、也稱(chēng)前期影響雨量，是反映土壤濕度的參數(shù)。P通常從主汛期開(kāi)始計(jì)算。P：P把時(shí)段雨量序列變成累積雨量序列。R：P由累積凈雨轉(zhuǎn)化成時(shí)段凈雨量序列。PPaR關(guān)系曲線(xiàn) 3/8/2011參數(shù)文件（PAR）文件標(biāo)準(zhǔn)格式如下：11201780（尼爾基） 112017801A P_RZHJRPARAMETER1 /查曲線(xiàn)方式代碼，等于1表示用累計(jì)雨量查曲線(xiàn)，不等于1表示用時(shí)段雨量查曲線(xiàn)/60 /土壤最大初損量Im/0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 /12個(gè)月的土壤含水量日衰減系數(shù)KD/7 /PR曲線(xiàn)條數(shù)N/0 10 20 30 40 50 60 /每

11、條PR曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的Pa值/10 /每條PR曲線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)M/1 000000002203.756.37.691215。10 300205215225235245255265 3/8/2011參數(shù)文件（PAR）文件標(biāo)準(zhǔn)格式如下：11201780（尼爾基） 112017801A P_RWLL PARAMETER1 /查曲線(xiàn)方式代碼，等于1表示用累計(jì)雨量查曲線(xiàn)，不等于1表示用時(shí)段雨量查曲線(xiàn)/70 /土壤最大初損量Im/0.93 0.93 0.93 0.93 0.93 0.85 0.85 0.85 0.85 0.93 0.93 0.93 /12個(gè)月的土壤含水量日衰減系數(shù)KD/39 /PpaR曲線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)M

12、/100212.52。3930002917.5 3/8/2011P單位線(xiàn)模型的參數(shù)為匯流曲線(xiàn)，為過(guò)程變量。匯流曲線(xiàn)由實(shí)測(cè)資料分析出來(lái)，反映了一次洪水過(guò)程中影響流域匯流的一切因素。P決定匯流曲線(xiàn)的因素是流域自然地理特性及河槽水力條件。前者可認(rèn)為保持不變，后者主要為河槽匯流速度及調(diào)蓄作用，主要由不同的降雨特性決定。高強(qiáng)度的降雨，凈雨匯集快，洪水峰高量大，相應(yīng)的匯流曲線(xiàn)陡峻，反之，則滯緩；凈雨在面上分布不均，匯流曲線(xiàn)也不一樣，分布偏下游的由于流程短，調(diào)蓄作用小，單位線(xiàn)峰值高，峰現(xiàn)早。 3/8/2011參數(shù)文件（PAR）文件標(biāo)準(zhǔn)格式如下：11201780（尼爾基） 112017801A UH_BPAR

13、AMETER1/選取所采用的單位線(xiàn)代號(hào)/1/單位線(xiàn)總數(shù)/1/單位線(xiàn)序號(hào)，1、2、/20/單位線(xiàn)長(zhǎng)度/0 0 0 190 610 900 950 890 760 560 405 270 170 100 60 40 20 10 5 0 3/8/2011x1x2xn圖例正向傳播反向傳播yh i j輸入層 隱層 輸出層權(quán)值修正閾值修正誤差BP算法原理示意圖基本原理：輸入信號(hào)從輸入層經(jīng)隱層單元逐層處理，并傳向輸出層，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)。如果在輸出層不能得到期望的輸出，則轉(zhuǎn)入反向傳播，將輸出信號(hào)的誤差沿原來(lái)的連接通路返回。通過(guò)修改各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，使得網(wǎng)絡(luò)全局誤差信號(hào)最小。

14、3/8/2011 模型參數(shù)（1）FORECAST_TYPE ：BP模型模擬對(duì)象 Q表示流量，Z表示水位（2）CALIBRATION ：BP模型是模擬狀態(tài)還是預(yù)報(bào)狀態(tài) 1表示模擬狀態(tài)，0表示預(yù)報(bào)狀態(tài) 3/8/2011神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入輸出文件共有3個(gè)，即PAR、PA、OUT（1）參數(shù)文件（PAR）文件標(biāo)準(zhǔn)格式如下：!FORECAST_TYPE為預(yù)報(bào)輸出類(lèi)型，Q表示流量，Z表示水位；INPUT_TYPE為dis文件的類(lèi)型（流量或水位）,FORECAST_TYPE為預(yù)報(bào)文件dio的類(lèi)型；s1為估計(jì)的預(yù)測(cè)值為當(dāng)前樣本中最大值的倍數(shù)，s11；s2估計(jì)的預(yù)測(cè)值為當(dāng)前樣本中最小值的倍數(shù)，s21；ITER為模型迭代次數(shù)，范圍設(shè)置為1000-20000。&SETUP_TABLEINPUT_TYPE=QF