信息量對(duì)SAC模型次洪參數(shù)率定的影響.pdf

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1、蘭Q!Z生簋!Q塑f篁篁至!!塑】江亙建塹工猩管理信息量對(duì)SAC模型次洪參數(shù)率定的影響■賴善證糍福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福建福州350108摘要：對(duì)資料信息的有效利用是模型參數(shù)率定得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵，而資料的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)模型的參數(shù)率定結(jié)果影響很大?；诤瘮?shù)曲面直接率定方法，采用無誤差的理想模型論證率定SAC次洪模型相關(guān)參數(shù)所需要的信息量。分別采用從少至多的連續(xù)的逐場洪水資料，用函數(shù)曲面直接率定方法對(duì)SAC模型次洪的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，判斷對(duì)于不同的參數(shù)初值，是否均能收斂到真值。結(jié)果表明當(dāng)采用兩場洪水資料用于率定六

2、個(gè)個(gè)敏感性產(chǎn)匯流參數(shù)REXP、CS、CI、CG、KE、XE時(shí)，率定結(jié)果穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：SAC模型參數(shù)率定信息量函數(shù)曲面直接率定方法參數(shù)率定，即依據(jù)特定的目標(biāo)函數(shù)，確定一套固定的參數(shù)尋找法則?。對(duì)資料信息的有效利用是水文模型參數(shù)率定得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵，而資料的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)模型的參數(shù)率定結(jié)果影響很大。關(guān)于流域資料長度會(huì)影響到模型參數(shù)的優(yōu)選結(jié)果方面，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)具有一定的研究。例如，Perrin等176]研究表明，當(dāng)采用350個(gè)逐日流量數(shù)據(jù)時(shí)，足以獲得降雨徑流模型參數(shù)的穩(wěn)定估計(jì)結(jié)果。此外，在我國很多流域都缺少實(shí)測資料

3、，在這些流域應(yīng)用水文模型時(shí)，其模型參數(shù)率定是一個(gè)難點(diǎn)，也是水文學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)。如果采用少量的、短時(shí)間序列的資料能夠獲得較佳的模型參數(shù)率定效果，那對(duì)于缺資料地區(qū)的水文預(yù)報(bào)具有重要意義。SAC模型是成熟的水文模型，但目前在國內(nèi)應(yīng)用相對(duì)較少，研究其相關(guān)參數(shù)的率定具有重要的意義。其中次洪模型中，相對(duì)較敏感的參數(shù)分別為下滲指數(shù)REXP、地面徑流消退系數(shù)cs、壤中流消退系數(shù)cI、地下徑流消退系數(shù)CG、槽蓄曲線的坡度KE、流量比重系數(shù)XE這六個(gè)參數(shù)。目前，國內(nèi)外采用較多的參數(shù)率定方法主要有傳統(tǒng)優(yōu)化算法和現(xiàn)代優(yōu)化算法，文章

4、采用近年來應(yīng)用比較多的函數(shù)曲面直接率定方法13J研究信息量對(duì)SAC模型次洪參數(shù)率定的影響。1信息利用分析思路采用無誤差的理想模型論證率定SAC模型相關(guān)參數(shù)所需要的信息量。在研究不同長度序列的資料對(duì)次洪率定結(jié)果的影響時(shí)，將分別采用從少至多的連續(xù)的逐場洪水資料，用函數(shù)曲面直接率定方法對(duì)次洪的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，判斷對(duì)于不同的參數(shù)初值，是否均能收斂到真值，如果能，說明相應(yīng)長度序列的資料可為該參數(shù)率定方法提供足夠的參數(shù)估計(jì)信息。2SAC模型次洪參數(shù)率定信息量分析21建陽流域概況及資料分析建陽流域是閩江的一個(gè)子流域，建陽

5、站位于福建省建陽市崇陽溪和麻陽溪匯合口下游約680米處，其所在河流屬閩江上游建溪水系．該站集雨面積4848km2。在研究率定SAC模型次洪參數(shù)所需要的資料長度時(shí)，先采用較少資料率定次洪參數(shù)，然后慢慢增多資料，直至率定結(jié)果穩(wěn)定?？紤]到徑流系數(shù)可能對(duì)參數(shù)率定結(jié)果造成不同的影響，因此，首先對(duì)所采用的資料進(jìn)行分析。分析建陽流域17場洪水資料信息表明，不同的洪水，其降水量、徑流系數(shù)以及洪水歷時(shí)均不相同。因此，在選取洪水資料用于率定次洪參數(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素，選取有代表性的洪水。2．2理想模型構(gòu)建本文應(yīng)用理想模型驗(yàn)

6、證率定SAC模型次洪相關(guān)參數(shù)所需要的信息量，所構(gòu)建的理想模型中，模型的輸入為建陽流域?qū)崪y的降水、蒸發(fā)數(shù)據(jù)，模型的參數(shù)為給定的一組參數(shù)值，即為參數(shù)真值；將給定的參數(shù)真值以及實(shí)測的降水、蒸發(fā)數(shù)據(jù)代人SAC模型計(jì)算得到的流量數(shù)據(jù)為模型的輸出，此理想模型為無誤差的理想模型。其中REXP、CS、CI、CG、KE、XE參數(shù)真值分別為1．7、0．45、0．7、0．99、1、O．3?！?44·2．3采用一場洪水資料時(shí)次洪率定情況選取建陽站1990年9月8日發(fā)生的洪水，該洪水的特征是：徑流系數(shù)較小、洪水歷時(shí)較長。對(duì)于REXP、

7、CS、CI、CG、KE、XE這六個(gè)參數(shù)，任意選取10組不同的初值，通過該方法優(yōu)選后，六個(gè)參數(shù)的率定結(jié)果均方差分別為3．54X10～、2．60×10～、8．59X10～、7．10×10～、1．32X10。和6．61X10～，均較小，表明率定出來的優(yōu)值比較穩(wěn)定。但仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，每次率定結(jié)果與真值還存在一定的偏差，比如XE的最大值為0，3102、最小值為0．2865，與真值O．3相比，存在較大的偏差。由此，考慮選擇兩場洪水資料優(yōu)選次洪參數(shù)。2．4采用兩場洪水資料時(shí)次洪率定情況選取洪號(hào)為1990年9月8日和1999年

8、4月1513發(fā)生的洪水，兩場洪水的徑流系數(shù)均較小。對(duì)于這六個(gè)參數(shù)，任意選取10組不同的初值，通過該方法優(yōu)選后，六個(gè)參數(shù)的率定結(jié)果均方差分別為2．78×10～、7．70×10～、3．07×10、3．02X10一、8．62X10—4和9．53X10～，均很小，說明優(yōu)選結(jié)果比較穩(wěn)定。因此，該兩場洪水用于率定次洪參數(shù)，可得到穩(wěn)定、合理的率定結(jié)果。所選取兩場洪水的資料徑流系數(shù)均比較小，不具備足夠的代表性，無法