新安江模型参数的局部灵敏度分析

一种新安江模型参数的全局优化方法
辛朋磊
【期刊名称】《南通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(010)001
【摘要】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.【总页数】7页(P49-55)
【作者】辛朋磊
【作者单位】江苏省水文水资源勘测局南通分局,江苏南通,226006
【正文语种】中文
【中图分类】P338
【相关文献】
1.基于Extend FAST方法的新安江模型参数全局敏感性分析 [J], 任启伟;陈洋波;舒晓娟
2.综合误差系数在新安江模型参数全局优化中的应用 [J], 叶金印;姚成;李京兵;李
致家
3.新安江模型参数全局优化研究 [J], 李致家;周轶;哈布·哈其
4.新安江模型参数全局优化——以月潭流域为例 [J], 辛朋磊;李致家;汤嘉辉;吴勇拓
5.新安江模型系统响应参数优化方法在邵武流域的应用 [J], 赵丽平;邢西刚;吴楠;刘云;周艳先
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新安江模型评述宫兴龙1（1.东北农业大学水利学院、黑龙江、哈尔滨 150030）摘要：针对目前对新安江模型构建的机理和使用条件不是十分清楚的情况（目的），本文从新安江模型的面雨量算法的适用性、蓄水容量曲线的选取、产流机制、产流方法、汇流机理和汇流方法等六方面对新安江模型进行深入的分析。

（方法）对目前新安江模型使用情况进行汇总和归纳出新安江使用情况。

（方法）文章介绍了近年来新安江模型在结构、理论方法及应用等方面取得的进展，认为新安江模型是一个不断发展的模型理论体系。

（结论）本文可以为应用新安江模型给提供参考，也为评述水文模型提供了方法。

（意义）关键词：新安江模型；产流；汇流；模型应用英文名称GONG xinglong1（1．School of Water Conservancy and Construction Northeast Agricultural University，Haerbin，150030）Abstract:Key words:1.引言1973年，河海大学赵人俊教授领导的研究组在编制新安江入库1作者简介(小5黑)：姓名（出生年份-），性别，××省××市（县）人，职务，学历。

主要从事××××方面研究。

E-mail：洪水预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的研究成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计了国内第一个完整的流域水文模型—新安江流域水文模型，以下简称新安江模型。

最初研制的是二水源新安江模型，80年代中期，借鉴山坡水文学的概念和国内外产汇流理论的研究成果，提出了三水源新安江模型。

（简要叙述一下模型的构建过程）新安江被水文学家和学者广泛的应用和改进[1]。

（说明模型应用比较广泛、模型非常重要或模型对学科有指导意义等）虽然新安江模型被广泛的使用，但很多学者在应用时新安江模型时，对该模型构建的机理和使用条件认识不是十分清楚，在应用常常出现效果不好情况，针对这种情况本文对新安江模型构建和使用情况进行了一个深入的分析。

一新安江模型基本原理1.1新安江模型原理原华东水利学院（现为河海大学）的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关，而只有用蓄满产流概念才能解释这一现象。

上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著作是1978年出版的《山坡水文学》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一致：传统的超渗流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡面流、壤中流的作用很明显。

20世纪70年代初建立的新安江模型采用蓄满概念是正确的。

但对于湿润地区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程度偏高，效果不好。

80年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。

新安江三水源模型流程图见下图1.1。

图1.1 三水源新安江模型流程图新安江水文模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发，按蓄满产流概念计算降雨产生的总径流量，采用流域蓄水曲线考虑下垫面不均匀对产流面积变化的影响。

在径流成分划分方面，对三水源情况，按“山坡水文学”产流理论用一个具有有限容积和测孔、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流。

在汇流计算方面，单元面积的地面径流汇流一般采用单位线法，壤中水径流和地下水径流的汇流则采用线性水库法。

河网汇流一般采用分段连续演算的Muskingum法或滞时演算法，但它一般不作为新安江模型的主体。

模型中主要参数如表1.1所示。

表1.1 新安江（三水源）模型参数的定义参数含义K蒸散发能力折算系数WM流域蓄水容量UM上层蓄水容量LM下层蓄水容量C深层蒸散发系数IM不透水面积占全流域面积之比B蓄水容量曲线指数SM流域自由水蓄水容量EX自由水蓄水容量曲线指数KI壤中水径流出流系数KG地下水径流出流系数CS地面径流消退系数CI壤中水径流消退系数CG地下水径流消退系数N子河段数KE子河段洪水波传播时间XE子河段流量比重因子概念性模型的结构反应客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征，把模型设计为分散性的，主要是为了考虑降雨分布不均的影响，其次也便于考虑下垫面条件的不同及其变化。

新安江模型在下浒山水库洪水预报中的应用目录1. 内容概括 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的 (3)1.3 研究意义 (4)1.4 研究方法 (6)2. 新安江模型概述 (6)2.1 模型原理 (8)2.2 模型结构 (9)2.3 模型参数 (10)3. 下浒山水库概况 (11)3.1 水库基本信息 (12)3.2 水库流域特征 (13)3.3 水库水文特征 (14)4. 新安江模型在下浒山水库洪水预报中的应用 (14)4.1 数据预处理 (16)4.2 模型建立与校准 (17)4.3 模型应用与验证 (18)5. 结果分析与讨论 (18)5.1 洪水预报结果分析 (19)5.2 结果对比与讨论 (20)5.3 模型优缺点分析 (22)6. 结论与展望 (23)6.1 主要研究成果总结 (24)6.2 研究不足与改进方向 (25)6.3 未来研究方向 (26)1. 内容概括本报告旨在探讨新安江模型在下浒山水库洪水预报中的应用，通过对新安江模型的理论基础、建模过程以及其实际操作步骤的详细介绍，分析了该模型在下浒山水库特定环境下的适用性和预测精度。

报告中首先对下浒山水库的基本情况进行了阐述，包括地理位置、库区面积、流域特征等，为后续模型的应用提供了必要的背景信息。

在内容概括部分，我们简要介绍了新安江模型的基本原理，包括水文要素的模拟、河流动力学的计算以及洪水过程的综合分析。

随后，报告详细描述了新安江模型的构建方法，包括数据的收集与处理、模型的参数化过程以及模型的验证和优化。

接下来，我们将展示如何将新安江模型应用于下浒山水库的洪水预报，分析在不同降雨条件下的预测结果，并与实际水文观测数据进行对比，以评估模型的准确性和可靠性。

此外，报告还将探讨新安江模型的局限性，包括对极端降水事件的模拟能力、对非典型流域情况的适用性，以及可能的数据获取和模型计算精度等问题。

通过这些问题，我们旨在为模型使用者提供改进建议，以提高洪水预报的实用性和准确性。

改进的新安江模型多目标参数优化——以临涣集流域为例陈曦;陈喜;程勤波;张志才;黄日超【摘要】In plain irrigation areas,human exploitation and irrigation have a great impact on local hydrological processes,and material and energy exchange frequently between surface flow and groundwater.In these areas,single-objective calibration methods cannot effectively simulate river discharge and groundwater depth at the same time.Therefore,we established a surface-groundwater coupling model based on Xin′anjiang model combined with a groundwater reservoir,and we built a multi-objective function containing discharge and groundw-ater data.Then we used SCE-UA to calibrate the sensitive parameters selected by MCAT and we compared the results of single-objec-tive and multi-objective calibration.Results showed that the multi-objective calibration method used in this study worked more efficiently than many former ones.It can effectively and accurately simulate discharge and water level simultaneously.The coupling model does well in simulating the hydrological processes in Linhuanji catchment.It can provide reference for surface-groundwater dynamic simulation and water resources assessment in plain irrigation areas.%平原灌区水文过程受人类开采灌溉影响较大,地表水与地下水物质能量交换频繁,单目标率定方法难以同时有效模拟该区流量和地下水埋深过程.对此,在新安江模型基础上加入地下水蓄水库,构建地表-地下水耦合模型,建立包含流量与地下水埋深信息的多目标函数.采用MCAT分析流量和埋深单目标以及多目标下的参数敏感性,用SCE-UA算法率定遴选出的敏感参数,比较单目标和多目标率定结果.结果表明,该多目标参数优化方法显著提高了工作效率,解决了单目标率定中无法同时达到流量与地下水埋深过程模拟高精度的问题.模型在临涣集流域的耦合模拟中取得较好效果,为平原灌区地表水与地下水动态模拟和水资源评价提供参考.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2018(016)001【总页数】8页(P35-41,56)【关键词】地表-地下水耦合模型;地下水蓄水库;临涣集流域;敏感性分析;多目标参数率定【作者】陈曦;陈喜;程勤波;张志才;黄日超【作者单位】河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210098;河海大学水文水资源学院,南京210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210098;河海大学水文水资源学院,南京210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210098;河海大学水文水资源学院,南京210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210098;河海大学水文水资源学院,南京210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210098;河海大学水文水资源学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TV121平原区河川径流-地下水交换频繁，流量与地下水埋深过程模拟是该区的研究重难点。

基于GIS的乌江流域新安江模型参数率定同斌;张亮;曾适;熊金和【摘要】为了使新安江模型的运用更能真实反映流域的基本特征及产汇流机理,利用地理信息系统空间分析的功能,由数字高程模型导出乌江武隆以上流域的流域排水网,并在此基础上提取汇流长度及坡度等地形特征值.在地理信息系统平台上,计算出流域下垫面的植被、土壤、地貌等特征值,并将其与流域模型参数建立相关关系.结果表明,各流域模拟的确定性系数及模拟精度均较高.因此,预报结果更加合理,理论依据也更加可靠.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)006【总页数】4页(P106-108,113)【关键词】地理信息系统;数字高程模型;地形地貌特征值;新安江模型【作者】同斌;张亮;曾适;熊金和【作者单位】长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014【正文语种】中文【中图分类】P334.921 GIS在流域水文模型中的应用以GIS为平台，利用数字高程模型，推求出流域水网并模拟河网，据此由流域分水岭进行单元面积的划分，推求出平均汇流路径长度和坡度等流域下垫面地形特征值［1］。

结合新安江流域水文模型参数物理意义进行参数率定［2］，使流域上新安江模型的运用能更真实地反映流域的基本特征及产汇流机理，从而使预报结果更加合理化，理论依据更加可靠。

因此，GIS的运用可为数字流域模型的建设提供必要的技术和数据保障。

2 乌江武隆以上流域地形特征值的推求2.1 流域自然地理概况乌江是川江南岸最大的支流，集水面积87920km2，河长1030多千米，天然落差2120多米。

乌江水系呈羽状分布，河网密度较大，具名的一级支流 58条。

其中，流域面积大于300km2的有42条，大于1000km2的有16条。

NAM 降雨径流模型的参数全局敏感性分析作者：赵然杭伍谋王兴菊齐真周璐顾士升来源：《人民黄河》2022年第05期摘要∶NAM模型在国内外流域降雨径流模拟中得到广泛应用，参数敏感性分析是模型构建与应用的重要环节，其目的在于定性或定量评估模型参数对模拟结果的影响，确定参数重要程度，识别敏感参数，以提高模型参数率定的效率。

以小清河黄台桥斯面以上321km²流域为例，利用拉丁超立方抽样方法对输入参数进行随机抽样，以此为基础，分别采用偏税相关法和互信息法，对NAM 模型中9个主要参数进行全局敏感性分析，并对两种方法的结果进行对比分析。

结果表明，两种方法得到的参数敏感性次序具有一致性，可以相互验证对洪峰流量影响最大的参数是地表径流临界值和汇流时间常数，对峰现时间影响最大的参数是汇流时间常数，对径流总量影响最大的参数是地表径流临界值。

地下径流临界值、壤中流临界值、壤中流系数、地表蓄水层最大含水量和浅层苦水层最大含水量为不敏感参数，在模型率定时可以根据经验取因定值以提高率定效率。

关键词∶NAM模型;互信息法;倘秩相关法;参数敏感性;小清河文献标志码∶Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.05.009 中图分类号TV121P334*.92引用格式∶赵然杭，伍谋，王兴菊，等.NAM降雨径流模型的参数全局敏感性分析[J].人民黄河，2022，44（5）∶40-45.Global Sensitivity Analysis of NAM Rainfall-Runoff Model Parameters ZHAO Ranhang'，WU Mou'，WANG Xingju'，QI Zhen'，ZHOU La'，GU Shisheng （1.School of Civil Engineering，Shandong University， Jinan 250061， China; 2.Shandong Ptwincial Flod Cortrol and Draught Relief Material Reserve Center， Jinan 250013， China）Abstract： NAM model has been wilely used in rainfall rumoff simulation ofwatershed at home and alroud and and parameler sensitivity analysis is an important part of model building and ayplication， its purpose is to qualitatively or quantitatively evaluate the influenee of model paramekers b the simulativa results， dote mine the importance of parametes andidentify semsitive purametens， so as b impone the eficiney of mode！parameler ealilvation.Taking the 321 km² river hasin above Huangtaintiao section of Xinoqing River as an example， this paper used Latin hy-pewule method to sample the input parameters randomly.On this hasis，partial rank comelation methad and maitml information method were used to analyze the ghhal sensitivity of mine main prameis in thee NAM model and the resuls of the the two medhods were compared and anar lyzed.The results show that the sensitivity order of parameters obtainedl hy the two methods is consisent and ean be verified mutually; the par rameters that have the greatest impact on peak runoff are the eritieal value of surfaxe runoff and the constunt of eonfluenee time; the paramen lers that have the greatest import on prak time ane the constant of eonfluence time; amd the paramekers that have the greatest inpart an toul rumoff are the critical value of surface runoff.The critieal value of undergroumd runoff， the critieal value of soil flow， the coefficient of soil flow， the maximum water conlent of surface aquifer and the maximum twater content of shallow aquifer are insensitive parameters.Fixed values ean be selected axcording to experience in modlel calibration to inerease calibration efficieney.Key words： NAM model; matual information; partiall ramk eornelation; semsitivity analysis; Xianqing RiverNAM模型由丹麦学者Nielsen和Hansen于1973年首次提出口，后经丹麦水力研究所逐步完善，是用干模拟流域范围内由降雨产生的径流过程的集总式概念性水文模型。

新安江模型(三水源)分水源参数区域规律研究
陈志明
【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】1990(000)006
【摘要】1 前言新安江模型(三水源)概念清楚,结构简单,参数有明确的物理意义,是取决于气候及下垫面条件.直接根据流域下垫面条件确定一些模型参数一直是努力的目标之一,关于这方面已有一些研究,如 WM,UM,LM,B,C 地区上数值分布的大概范围等.但对日模型而言很重要的分水源参数 SM,KI,KG 与流域下垫面条件的关系研究得还较少.文献[2]得出植被率越高,酸性花岗岩面积占的比重越大,分水源参数SM 越大的结论,据笔者分析,在影响分水源参数 SM,KI,KG 的下垫面因素中,地质条件往往是主要方面.地质条件对参数的影响往往表现在岩性对参数的影响上,一个流域往往由多种岩性的岩石组成。

【总页数】1页(P133)
【作者】陈志明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P641
【相关文献】
1.三水源新安江模型参数不确定性分析PAM算法 [J], 程春田;李向阳
2.新安江模型（三水源）参数的调试 [J], 孔凡哲
3.遗传算法在三水源新安江模型参数率定中的应用研究 [J], 郭君;董朝霞
4.新安江模型(三水源)参数的检验 [J], 王佩兰;赵人俊
5.率定新安江模型(三水源)产汇流参数 [J], 杨小辉;郭菲菲
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东南大学交通学院桥涵水文资料整理指导老师：****名：***学号：********目录第一章新安江模型 (3)1.1 新安江模型简介 (3)1.2 新安江模型的基本原理 (3)1.3 新安江模型结构 (4)第二章陕北模型 (6)2.1陕北模型简介 (6)2.2 陕北模型结构 ............... .. (7)2.3 模型评述 (8)第一章新安江模型1.1新安江模型简介新安江模型始建于 1973 年，采用蓄满产流的概念，以土壤含水量达到田间持水量后才产流，是个分布式的概念性模型，30 多年来在我国湿润与半湿润地区有广泛应用，并发展改进为三水源的以及其他多水源的模型。

原华东水利学院的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关，而只有用蓄满产流概念才能解释这一现象。

上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著作是1978年出版的《山坡水文学》，它的结论与赵人俊先生的观点基本一致：传统的超渗产流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡面流，壤中流的作用很明显。

20世纪70年代初建立的新安江模型采用蓄满概念是正确的。

但对于湿润地区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程度偏高，效果不好。

80年代初引进吸收了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。

1.2新安江模型的基本原理新安江模型是分散性模型，可用于湿润地区与半湿润地区的湿润季节。

当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。

它把全流域分为许多块单元流域，对每个单元流域作产汇流计算，得出单元流域的出口流量过程。

再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。

把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域的总出流过程。

该模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发，按蓄满产流概念计算降雨产生的总径流量，采用流域蓄水曲线考虑下垫面不均匀对产流面积变化的影响。