场次洪水流域水文预报模型参数自动率定研究及应用

论文摘要

概念性水文模型广泛的应用于洪水预报和水资源管理等众多领域,为防汛、抗旱和水资源利用等重大决策提供了重要依据。模型的参数往往是难以确定的,需要进行参数率定。以往主要采用是人工率定的方法,此种方法十分依赖于人的经验,而且费时费力。采用自动率定方式可以有效避免这些缺点,然而参数率定是一类高维非线性及其复杂的优化问题,并且伴随着多目标决策问题,模型率定工作仍然十分困难。为此,本文基于我国应用十分广泛的概念性水文模型——三水源新安江模型,重点研究了模型的参数率定方法以及洪水预报参数率定系统的设计问题,得到了比较满意的结果。本文主要研究了以下几个内容:（1）本文根据双牌水库历史资料对2000—2007年的45场洪水进行了场次洪水径流还原分割。还原考虑到双牌上游的涔天河水库的流量演进过程以及上一场洪水的退水流量过程。采用34场洪水进行参数率定并且用11场洪水进行了结果检验。选用了洪峰、峰时、洪量作为参水率定的评价标准,引入多目标模糊优选方法来处理多目标决策问题。（2）分别采用SCE-UA、PSO和APPSO算法对新安江模型参数进行率定,并且比较了两种算法各自的优缺点,并且对不同洪峰流量的洪水预报合格率进行了统计。率定结果显示洪峰和洪量的合格率达到了甲级预报标准,1小时峰时合格率达到了乙级以上预报标准,流量大于1000的洪水的三项合格率均达到了甲级预报标准。表明两种算法是有效的新安江模型参数优选方法。（3）通过对双牌流域特性以及洪水预报调度作业需求的研究和分析,开发完成了基于WEB的“双牌水电站一小时洪水预报参数率定系统”,该系统技术先进可靠,安全性高,界面友好,实现了Internet环境下的参数率定,系统已在双牌水库投入运行,取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及其背景
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 相关背景
• 1.2 课题的发展过程及现状
• 1.2.1 水文模型的发展过程
• 1.2.2 率定方法的发展过程
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 技术路线及研究内容
• 1.4.1 技术路线
• 1.4.2 研究内容
• 2 流域水文模型的基本结构
• 2.1 流域水文模型
• 2.1.1 水文模型的分类
• 2.1.2 几种著名的水文模型
• 2.2 三水源新安江模型
• 2.2.1 模型的发展过程
• 2.2.2 模型结构
• 2.2.3 三水源新安江模型参数
• 3 参数自动率定算法研究
• 3.1 参数率定
• 3.1.1 常用的率定技术
• 3.1.2 参数率定的主要问题
• 3.2 SCE-UA算法
• 3.2.1 算法发展历史
• 3.2.2 算法流程
• 3.3 粒子群算法
• 3.3.1 算法发展历史
• 3.3.2 PSO基本原理
• 4 流域水文模型参数率定研究
• 4.1 湖南双牌水库流域概况
• 4.2 模型资料还原方法
• 4.3 洪水预报的精度评定指标
• 4.3.1 误差指标
• 4.3.2 预报项目精度评定
• 4.3.3 多目标模糊优选
• 4.4 试验设计
• 4.4.1 初始条件
• 4.4.2 SCE-UA率定结果
• 4.4.3 PSO率定结果
• 4.4.4 PSO算法的异步并行化研究
• 4.4.5 结果分析
• 5 双牌水电站一小时洪水预报参数率定系统的实现与应用
• 5.1 C/S结构与B/S结构
• 5.2 集成系统结构设计
• 5.2.1 系统开发的技术原则
• 5.2.2 系统总体设计
• 5.2.3 面向对象的程序设计
• 5.2.4 异常处理
• 5.2.5 系统数据库特点
• 5.2.6 数据库表信息分类
• 5.2.7 技术特点
• 5.3 主要功能模块
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢