基于SCEM-UA算法和全局敏感性分析的水文模型参数优选不确定性研究

 针对复杂非线性水文模型参数识别及不确定性分析问题,引入基于马尔可夫链蒙特卡罗思想的SCEM-UA算法,以岷江流域为研究实例,对降雨径流模型的参数优选问题进行了分析,并探讨了该算法在推求参数后验分布的搜索性能和效率。结果发现,SCEM-UA算法能快速有效地推求出参数后验概率分布。同时,开展基于SCEM-UA算法取样的参数全局敏感性分析,对比参数敏感性和后验分布,表明两者密切相关,敏感性强的参数其边缘后验概率密度分布存在明显峰值,相反,敏感性弱的参数其后验概率分布较为平坦且无规律可循,从而导致模型参数的不确定性大大增强。     

基于SCEM—UA算法的新安江模型在梅山水库流域上的应用

将SCEM—UA算法内嵌于新安江模型中,利用梅山水库流域水文资料对该算法优选的参数结果进行分析．参数优选主要针对模型的敏感参数,并用实测资料对其验证分析,最后计算洪水精度评定指标分析高水过程模拟结果．研究表明,SCEM—UA算法能够快速有效地对新安江模型参数进行优选,并且基于该参数率定结果的新安江日模型在梅山水库流域上运行效果良好．     

小流域洪水预报新安江模型参数优选方法及应用研究

针对小流域洪水降雨强度大、历时短、汇流速度快的特点,提出了一种应用新安江模型进行小流域洪水预报及模型参数优化率定的方法.该方法以最小二乘法作为模型参数优选的准则,并采用逐次渐进网格寻优法优选模型参数.由于该方法同时优选所有模型参数,不需要对实测径流进行分割,从而可避免人工分割径流而出现的参数率定误差.最后,按照该方法,应用二水源、三水源新安江模型对广东省黄京塘流域进行了研究计算,优选出了模型参数.模型验证结果表明,二水源新安江模型效果比三水源新安江模型好.     

新安江模型参数的自动率定

为了解决顶报模型参数的自动率定,本文对新安江模型作了研究,探讨该模型参数优选中遇到的优化结果不一致性和不合理性问题,提出了一种适合于新安江模型参数自动率定的最优化过程,并应用于两个流域的模型参数率定中,效果较好。     

三水源新安江模型参数不确定性分析PAM算法

针对水文模型参数不确定性分析常用方法 收敛速度缓慢,容易陷入参数空间局部最优区域等 问题,提出了PAM (parallel adaptive metropolis) 算法;对三水源新安江模型参数不确定性进行分析 研究。实例研究表明显著提高了计算速度和求解质 量,参数后验分布结果为区间预报提供了条件。     

水文模型参数优选中率定与校核目标函数的关系研究

在水文模型参数优选过程中,通常很难找到一组参数值使得率定阶段和校核阶段的径流模拟误差同时达到最小,为此,我们需要采用基于Pareto关系的多目标优化方法来寻求Pareto最优解的集合.本文采用一种基于马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法的多目标优化方法来搜寻水文模型参数优选问题中Pareto解集,并以三水源新安江模型为例,给出了由率定阶段的目标函数和校核阶段的目标函数所构成的Pareto锋面.结果证明,率定阶段和校核阶段的目标函数是相互冲突的,不可能同时取最小值,由于这种Pareto关系的存在,使得我们在选择水文模型的全局最优参数值时存在很大的不确定性.因此,如何减少这种不确定性是水文模型研究中一个很重要的问题.     

基于SCE-A算法的新安江模型参数优化及应用

为了减小水文模型参数优化中人工试错法和局部优化法的不确定性,以一种快速有效的优化方法搜索到水文模型参数的全局最优解。以安徽呈村流域为例,使用SCE-UA算法对新安江模型参数进行优化,日模型和次洪模型分别采用总体水量误差和对数绝对值误差作为目标函数,分析优化结果并对优化参数进行检验。经检验分析,日模型检验期确定性系数均达到0.8,次洪模型检验期确定性系数接近0.9。研究结果表明,采用SCE-UA算法优化新安江模型参数可以取得较好结果,目标函数的选择对参数优化有着重要作用。     

一种新安江模型参数的全局优化方法

将全局优化方法SCE-UA用于新安江模型的参数优化中,以月潭流域1978—1991年共14年的实测降雨、径流资料以及1982—1988年实测洪水资料为例,对新安江模型参数全局优化方法进行研究.研究结果表明,单纯利用SCE-UA方法得到的最优参数组会随着资料长度的变化而变化,体现出了优化结果的不稳定性.进而引入赵人俊的新安江模型参数客观优化理论,将SCE-UA方法与该理论相结合.研究结果表明,该方法可避免因参数之间的相关性导致参数优化结果的不稳定现象,可大大降低模型的不确定性.通过检验,该方案可以较好地用于新安江模型参数优化中.     

一种新安江模型参数的全局优化方法

将全局优化方法SCE-UA用于新安江模型的参数优化中,以月潭流域1978—1991年共14年的实测降雨、径流资料以及1982—1988年实测洪水资料为例,对新安江模型参数全局优化方法进行研究.研究结果表明,单纯利用SCE-UA方法得到的最优参数组会随着资料长度的变化而变化,体现出了优化结果的不稳定性.进而引入赵人俊的新安江模型参数客观优化理论,将SCE-UA方法与该理论相结合.研究结果表明,该方法可避免因参数之间的相关性导致参数优化结果的不稳定现象,可大大降低模型的不确定性.通过检验,该方案可以较好地用于新安江模型参数优化中.     

基于人工智能算法的中小水电智慧气象保障服务技术研究

选用江西省七一水库日入库流量资料,基于改进的新安江模型对中小型水库降雨来水增量预报方法进行研究.通过使用默认参数的新安江模型、率定参数的新安江模型和线性回归3种方法对江西省七一水库2016―2018年模拟流量效果进行平均相对误差、均方根误差、平均绝对误差、确定性系数这4个方面的比对.研究得出:1)使用线性回归模型之后减少的误差最多;2)结合使用深度学习算法能够更大地提高准确率.研究成果已实现在江西省水库及防汛部门进行实际应用.     

新安江模型参数全局优化研究

采用单纯多边形进化算法对3个气候与流域条件各不相同的流域的新安江模型计算参数优化问题进行了研究．结果表明：对于没有误差的水文资料,采用单纯多边形进化算法,可以优化出新安江模型的全部参数并使参数收敛到真值;对于实测的水文资料,由于模型参数之间的共线性,固定参数B与EX,可同时率定模型其他参数,随着实测资料系列的增加,率定参数值将趋于稳定．     

概念性水文模型参数自动优选方法的比较研究

介绍了3种参数自动优选方法：罗森布瑞克法（Rosenbrock）、单纯形法（Simplex）和基因法（Genetic）。应用4个流域的水文资料，以三水源新安江模型为例，分析了基因法参数L和IMAX对优选结果的影响；对这3种优化方法的收敛程度、参数初值的选定以及不同组合情况的优选结果进行了比较研究。结果表明，基因法参数取IMAX＝5000，L＝10时比较合理；3种优化方法各有优点，基因法不依赖于参数初值的选定，罗森布瑞克法收敛速度快，单纯形法精度较高，建议以基因法优选结果为初值，然后采用罗森布瑞克法，最后采用单纯形法，可以得到最佳的优选结果。     

优选雨量站权重改进降雨输入的洪水预报方法

降雨是驱动水文模型进行洪水预报的重要输入数据,降雨资料短缺给洪水预报工作带来极大挑战．引入边缘雨量站降雨数据,基于随机优选方法,构建优选雨量站权重改进降雨输入的新安江模型,对资料短缺流域进行洪水预测,并在石灰窑以上流域进行试验研究．与泰森多边形权重相比,优选权重改进降雨输入的产流预报精度有显著提高,率定期、验证期产流合格率分别从60%、40%提高至100%、60%,汇流预报精度略有提升;改进降雨输入后的新安江模型的优选参数更符合流域产汇流特征,提升了模型参数的合理性．所提优选雨量站权重改进降雨输入的洪水预报方法,对类似降雨资料短缺流域洪水预报具有重要的参考价值．     

改进的神经网络模型在水文模拟中的应用

将BP神经网络与K-最近邻(KNN)算法耦合起来,建立BK(BP-KNN)模型,该模型以前期模拟流量和相应影响要素作为BP神经网络的输入,出口断面流量作为网络输出,对产汇流过程进行模拟;采用K-最近邻算法,基于历史样本的模拟误差和相应影响要素对网络输出进行修正,实现了非实时校正模式下的连续模拟。根据BK模型的计算流程将其参数分为3个层次,各层次分别使用NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行参数优选,提高了模拟精度、优化效率和网络泛化能力。分别将新安江模型的产流、产流分水源计算模块与BK模型相耦合,建立 XBK (Xinanjiang runoff production-BK) 和 XSBK (Xinanjiang runoff production and separation-BK)模型,在呈村等3个不同类型的流域应用新安江模型、BK模型、XBK模型和XSBK模型进行模拟精度比较,结果表明改进的模型模拟精度更高,较好地解决了神经网络模型在水文模拟中存在的问题。     

GR模型与新安江模型及两参数月水量平衡模型在赣江流域的降雨径流模拟比较

针对赣江全流域及18个子流域,在日和月时间尺度上分别进行GR模型与三水源新安江模型、两参数月水量平衡模型的比较。结果表明：在所选择的研究流域, GR模型在率定期和检验期的确定性系数达到0.85以上,径流总量相对误差在依10%以内;GR日模型的精度略高于新安江模型,具有更强的稳定性,且结构简易,参数不确定性较低;GR月模型的精度及模型复杂性与两参数月水量平衡模型相当。     

蚁群算法在黑河上游VIC模型参数校正中的应用

参数优选是水文模型应用过程中的一项基础性工作.蚁群算法结合了分布式计算和正反馈机制,是一种较容易理解和实现的元启发式算法,已在求解复杂组合问题中展示出优异的性能.本文将蚁群算法应用于黑河上游VIC模型的参数优选中,通过与SCE-UA算法对比,探究蚁群算法在VIC模型中的适用性.经过蚁群算法优选的VIC模型在率定期(2003—2006年)和验证期(2007—2008年)的Nash效率系数分别为0.62和0.65,结果优于SCE-UA算法模拟结果.通过对蚁群算法在应用过程中的参数设定进行初步探究,结果表明:当蚂蚁数目为60,信息素蒸发系数为0.2时,蚁群算法在黑河上游水文模拟中易获得较好的率定结果.研究结果显示:蚁群算法是一种有效的VIC模型参数优选方法,适宜在其他水文模型参数优化进行推广.     

淮安市龙王山水库流域洪水预报研究及应用

介绍了利用新安江三水源模型计算流域的产流以及分水源及蒸发等的计算，并用变动雨强瞬时单位线计算流域的汇流，用坐标轮换法优选模型的参数，将此方法应用到龙王山水库流域，取得了比较好的预报效果。     

基于概率逆换算法的电力负荷预测数量化风险评估方法

数量化风险评估中经常采用专家判断的方法对参数值进行评估,但专家不能对抽象模型参数进行评估,针对此问题,运用概率逆换算法将模型输出时专家评估的不确定性转化为模型参数的不确定性,首先对风险分析中的概率逆换算问题进行研究,然后通过PARFUM算法得以实现.通过实例研究了电力负荷预测中数量化风险评估的方法,从而避免了专家主观估计法可能出现的偏见效应和权威效应.结果表明:该方法修正了专家对典型负荷曲线的判断,给出了更为可靠的同时率参数.     

水文模型参数识别算法研究及展望

就国内外水文模型参数识别算法的最新进展做了较为详细的阐述，特别对各种编码的遗传算法、单纯形混合加速遗传算法、模式搜索混合加速遗传算法、模拟退火混合加速遗传算法等现代优化算法在流域水文模型参数识别中的应用进行了研究，并与传统方法进行了比较；通过比较水文模型各参数优选方法的特点，认为混合加速遗传算法SHAGA,HJHAGA是一种较好的方法，具有较高的应用价值；同时对水文模型参数识别算法的发展前景进行了展望.     

工程项目风险分析中概率逆换迭代算法的研究

概率逆换出现在通过专家判断进行模型参数的不确定风险分析中.由于缺乏基于相应判断的实验,专家往往不能直接评估参数的不确定性.本文对风险分析中的概率逆换算问题进行研究,并通过IPF算法和PARFUM算法得以实现.两种算法的可行性及迭代效果在实例中得到了验证和比较.不仅以数学的形式解决了概率逆换问题,而且使模型中的参数的不确定性得以量化.避免了专家主观估计法可能出现的偏见效应和权威效应.