水文预报中系统响应汇流模型的应用研究.pdf

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1、第45卷第7期人民长江Vo1．45，No．720l4年4月YangtzeRiverApr．，2014文章编号：1001—4179(2014)07—0077—04水文预报中系统响应汇流模型的应用研究殷志远，杨芳2，彭涛(1．中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室，湖北武汉430074；2．湖北省气象信息与技术保障中心，湖北武汉430074)摘要：将伽马非正交函数族和勒让德正交函数族作为系统响应函数，以此建立地面径流汇流预报模型，同时，为进一步比较模型计算结果的优劣，还选用了纳西瞬时单位线；r-流模型与之进行对比分析，并对王英水库

2、2005年的4次洪水过程进行了预报试验。结果表明，选择的3种；r-流模型中，纳西瞬时单位线汇流模型的试验效果最好，其次是伽马函数族汇流模型，最后是勒让德函数族汇流模型，其平均确定性系数分别为85．54％，83．86％，80．97％。关键词：响应函数；汇流模型；正交多项式；洪水预报中图法分类号：TVl22文献标志码：A水文系统响应汇流模型是近20a来系统理论在研究所提供的2005年AREM(AdvancedRegional一水文学领域的应用而发展起来的一种研究和处理水文coordinateModel，有限区域卵坐标暴雨数值预报模式实际问题的方

3、法，它的特色在于应用系统分析的原理系统)模式0～60h逐时降水预报产品。考虑到王英和方法建立可以定量描述水文过程的数学模型，对于水库所处地理位置属于南方湿润地区，产流模型的计研究和处理部分缺乏水文信息，以及需考虑各种随机算采用新安江三水源流域产流模型。性、模糊性等不确定性因素干扰的水文实际问题提供2研究方法了一种新的途径¨。鉴于系统模型在处理宏观问题上的优势，本文分别选取了伽马非正交函数族和勒让系统响应函数是用一个卷积方程来代表系统运算德正交函数族建立流域汇流模型，并与纳西瞬时单位的。线概念性模型进行比较，将这些模型应用到实践中，进Y=x,

4、h(1)一步分析系统模型与概念性模型的差异。如果对于一个有限存储的因果连续系统，卷积分方程记为1研究对象与数据资料tY=一hdr(2)王英水库位于湖北省阳新县三溪河上游主干王英JO河上，坝址距阳新县城关30km，距三溪镇5km。坝址线性系统响应函数识别问题，就是在已知输入、输控制流域面积243km，多年平均降雨量为1423．9出函数z、Y的前提下，求解未知的系统响应函数h。mm，多年平均径流深866mm，多年平均径流量为2．49在汇流预报中时，代表的就是时段产流量，Y代表的亿m。模型计算过程中使用的资料主要包括：王英水就是预报流量。库管理局

5、提供的2003～2005年流域雨量站时段(1h)为便于方程的求解，需要将其离散化。这里利用降雨资料和时段(1h)水位资料；中国气象局武汉暴雨线性组合运算的可交换性，将输人、输出、响应函数三收稿日期：2013—11一l1基金项目：国家自然科学基金项目(41205086)作者简介：殷志远，男，工程师，主要从事水文气象预报研究。E—mail：yzy87888073@126．tom78人民长江者的逼近问题简化为利用输入、输出资料直接对响应段流域地下净雨深；．厂为流／域／面积；lKSS为自由水壤中函数作逼近的问题。照此思路，原卷积方程可转化为流出流系

6、数；KG为自由水地下径流出流系数。k1S=本文在参数率定方面选用了Rosenbrock方法和Y=‘h(i)(3)遗传算法两种优选方法对模型参数进行优选和率定。1+—l1+假定响应函数可用有限的任意给定的一族函数Rosenbrock方法又称为转轴法，这种方法的特点()(i=0，1，⋯，m)的线性组合去逼近就是设法顺着“山谷”求函数的极小点。Rosenbrock方法每次迭代包括探测阶段和构造搜索方向两部分内h()=’0()，=0，1，⋯，n一1(4)容。在探测阶段，从一点出发，依次沿n个单位正交方将式(4)代入式(3)得向进行探测移动，一轮探测

7、之后，再从第一个方向继续kmrtk探测。经过若干轮探测移动，完成一个探测阶段，然Y=∑[∑ni(川u=∑ni∑(J．)“J=oi=oI=u，=0后，构造一组新的单位正交方向，称之为转轴，在下一(5)次迭代中，将沿这些方向进行探测。本文主要将该方式中，k∈[0，N一1]，为输出函数区间；∈[0，N—法用来优选产流模型除分水源外的参数和纳西瞬时单I]，为响应函数区间。位线汇流模型的参数。响应函数逼近法识别，可以由式(4)中函数族遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化()的不同选择而派生出不同的算法。过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索方法

8、，它由于正交多项式族的线性组合具有能够逼近任意最早由美国密执安大学的Holland教授提出。遗函数的性质，我们可以根据这一性质采用不同的正交传算法中，将n维决策向量X=[，：，⋯