HSPF模型径流参数优化及不确定性研究

发布时间：2017-09-21 03:12

  本文关键词：HSPF模型径流参数优化及不确定性研究

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【摘要】：目前HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran,水文模拟软件)模型在水文水质模拟过程中取得了较好的应用,但是在国外有比较广泛的应用,在国内相对比较少,因此在国内的应用具有较大的探索空间。本文主要探索了HSPF模型的水文径流模拟原理,并进行了水文模拟的手动校准,通过判定标准纳什系数Ens和确定性系数,有较好的结果。PEST(Parameter Estimation Tools,参数校准工具)软件可以用来进行模型的自动校准,它可以用较少的迭代次数逼近最优值,同时可以根据需要改变目标值和权重,来取得想要的结果。所以接下来用PEST进行模型的单目标和多目标自动校准,分别取得了较好的结果。本文最后分析了模型的不确定性。水文模型是对环境的仿真,对环境的模拟存在不确定性,模型输入也不是完全精确的,存在随机误差,所以水文模型存在不确定性,不确定度对水文预报和优化决策等有重要影响,因此对HSPF模型分析其不确定性也有实际的意义。本文以青山水库流域为例,通过HSPF模型径流模拟的手动校准、自动校准以及不确定性分析,主要取得以下成果：(1)本文详细研究了HSPF模型的水文机理,包括产流过程和汇流过程；(2)本文以青山水库所在流域的资料为基础,详细介绍了HSPF模型建模方法及数据制作的方法,用ArcGIS对所需地图基础数据进行了处理,用WDMUti1等软件进行了基础水文数据处理；(3)通过参数估计,构建了适用于青山水库的径流模拟模型,并筛选出了径流模拟的敏感性参数,其中敏感性由大到小依次为:INTFW, LZSN, AGWRC, BASETP, IRC, UZSN, LZETP, INFILT。同时介绍了手动校准的一般步骤和方法,并对青山水库流域的数据进行模拟,根据最终的模拟结果,校准期的月径流、日径流、小时径流的纳什系数Ens分别为0.91、0.81和0.74,验证期的分别为0.93、0.87和0.80,说明HSPF软件在青山水库流域有较好的适用性。(4)接下来研究了PEST方法自动校准的原理及使用方法,利用PEST方法对模型进行单目标校准和多目标参数校准,结果表明多目标分析对暴雨的模拟结果更具有现实意义。本文因此将多目标校准结果进行了洪水分析,结果表明在7场洪水中,符合水文预报要求的有6场,最终结果符合水文预报的要求。(5)最后,本文通过使用PEST,基于贝叶斯理论建立了青山水库模型参数和降雨观测相对误差的联合概率分布函数,得到模型参数和降雨误差的后验分布样本,对模型的参数不确定性和预测不确定性进行了研究。
【关键词】：HSPF模型 水文校准 不确定性分析 PEST
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P333
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-22
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 HSPF模型及水文模型不确定性国内外研究进展16-19
• 1.3 研究目标、内容及技术路线19-22
• 2 HSPF模型简介22-32
• 2.1 BASINS系统简介22-24
• 2.2 HSPF模型简介24-30
• 2.3 HSPF模型对空间异质性的处理30
• 2.4 本章总结30-32
• 3 青山水库流域的HSPF模型的建立32-44
• 3.1 青山水库流域概况32-33
• 3.2 建立基础数据库33-39
• 3.3 子流域划分及模型运行39-42
• 3.4 本章总结42-44
• 4 HSPF模型水文过程模拟及结果分析44-58
• 4.1 模型评定标准及初始状态分析44-48
• 4.2 HSPF模型参数敏感性分析原理及结果48-49
• 4.3 参数调节一般方法49-51
• 4.4 手动模拟结果分析51-57
• 4.5 本章总结57-58
• 5 基于PEST的HSPF模型参数自动优化58-78
• 5.1 PEST简介58-60
• 5.2 基于PEST的参数自动校准过程及结果分析60-72
• 5.3 多目标校准后单次暴雨分析评价72-76
• 5.4 本章总结76-78
• 6 基于PEST的HSPF模型不确定性分析78-85
• 6.1 贝叶斯及相关算法(Bayes Equation)简介78-80
• 6.2 线性参数和预测不确定性分析原理80-82
• 6.3 预测过程及结果分析82-84
• 6.4 本章总结84-85
• 7 结论及展望85-88
• 7.1 结论85-86
• 7.2 不足之处及展望86-88
• 参考文献88-93

【参考文献】

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本文编号：892023