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《大连理工大学》 2006年
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水文模型参数优选及不确定性分析方法研究

李向阳  
【摘要】:概念性流域水文模型广泛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问题提供了重要依据。然而,由于水文过程的复杂性、历史水文资料误差及水文模型结构误差等因素的存在,给流域水文模型参数优选及水文预报带来很大的不确定性。系统地开展流域水文预报模型参数优选及不确定性问题研究,对于提高我国水文预报的水平和改进预报精度、减少洪涝灾害损失以及合理有效利用水资源等具有重要的现实意义和科学价值。为此,本文对我国应用得非常广泛的概念性流域水文模型——三水源新安江模型进行研究,重点探讨了三水源新安江模型参数优选、参数不确定性分析、不确定性预报以及洪水预报系统设计等问题,主要研究成果概述如下: (1) 提出了水文模型模糊多目标SCE-UA(FMOSCE-UA)参数优选方法。该方法结合SCE-UA算法和Pareto排序的优点,采用模糊多目标优选的方式,综合考虑了洪峰流量、水量平衡、峰现时间以及流量过程均方误差等水文过程的不同特征要素,使得优选的参数更能反映流域水文特征。以双牌水库为例,采用其30场历史洪水进行参数率定,并以另外11场历史洪水对结果进行校核,结果表明FMOSCE-UA优于标准SCEUA算法,优选参数可应用于实际洪水预报。 (2) 针对国内应用较为广泛的事件型流域水文模型——三水源新安江模型参数优选过程中出现的不确定性问题,提出了并行自适应Metropolis(Parallel Adaptive Metropolis,简称PAM)算法,并对模型参数不确定性进行分析。该方法以并行计算的方式,在贝叶斯理论框架下通过自适应Markov链Monte Carlo(MCMC)抽样方法求解得到模型各参数后验分布,显著提高了算法的计算速度和求解质量。参数后验分布结果为区间预报提供了条件,实例研究表明,以该结果进行不确定预报是可行的,其预报区间较好的反映了与模型参数不确定性相关的洪水预报不确定性范围。 (3) 建立了基于BP神经网络的贝叶斯概率水文预报模型(BFS)。该模型采用BP神经网络定义流量先验分布及似然函数模型,并通过Markov链Monte Carlo(MCMC)方法求解得到流量后验分布及其统计参数。基于BP神经网络的BFS克服了Krzysztofowicz等提出的线性—正态模型的局限性,能够适用于各种非线性复杂分布的预报变量的预测。通过对双牌水库历史洪水的研究结果表明,基于BP神经网络的BFS不仅显著提高了预报精度,而且为防洪决策提供了更多的信息,使得预报人员在决策中能考虑预报的不确定性,定量的估计各种决策的风险和后果。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:P334.92

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢景新;非线性多步预测与优化方法及其在水文预报中的应用[D];大连理工大学;2006年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 唐笑慧;富立;范耀祖;;基于蒙特卡洛方法的惯性元件误差模型分析[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
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5 周峥;葛耀君;;缆索承重桥梁颤振的风险分析和决策[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2007年
6 陈德伟;张磊;周雄伟;李欣然;;施工误差对大跨径斜拉桥在施工过程中极限承载力影响的研究[A];第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2008年
7 胡超芳;李少远;;两步交互式模糊多目标满意优化方法[A];第四届中国不确定系统年会论文集[C];2006年
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9 任庆荣;陈庆;张利华;;UML在过程管理系统设计中的应用[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年
10 柳崇健;刘英;;我国水文气象学与水资源学的若干新进展[A];大气科学发展战略——中国气象学会第25次全国会员代表大会暨学术年会论文集[C];2002年
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1 袁飞;考虑植被影响的水文过程模拟研究[D];河海大学;2006年
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2 郭太英;基于DEM的分布式水文模型的研究与应用[D];大连理工大学;2005年
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4 熊雪峰;基于遗传算法的装载机工作装置优化设计应用研究[D];西北农林科技大学;2001年
5 潘越;基于遗传算法的矿山水仓清理机工作装置的优化设计[D];太原理工大学;2003年
6 陈大春;新疆焉耆盆地地表水、地下水联合调度应用研究[D];新疆农业大学;2000年
7 郭勇;核事故应急中的贝叶斯决策模型及其实现[D];广西师范大学;2000年
8 王义民;安康水库洪水调度系统的研究与开发[D];西安理工大学;2001年
9 乔云峰;黄土中水盐运动实验研究[D];西安理工大学;2001年
10 张春香;可维修系统的可靠性研究[D];燕山大学;2001年
【同被引文献】
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1 满明俊;罗剑朝;;陕西省退耕还林工程生态效益评价[J];安徽农业科学;2006年18期
2 王书功,康尔泗,李新;分布式水文模型的进展及展望[J];冰川冻土;2004年01期
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3 王玲;基于人工神经网络的水文过程模拟研究[D];河海大学;2002年
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6 钟一文;智能优化方法及其应用研究[D];浙江大学;2005年
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8 申满斌;浑水水质模型研究及其在三峡库区岸边水质模拟中的应用[D];清华大学;2005年
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10 王盛萍;典型小流域土地利用与气候变异的生态水文响应研究[D];北京林业大学;2007年
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1 赵建刚;人工神经网络在水文实时校正中应用的探索[D];四川大学;2002年
2 艾艳;短期降水预报BP神经网络预报方法研究[D];郑州大学;2004年
3 欧剑;飞来峡~石角河道洪水演进方法研究[D];河海大学;2004年
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10 任磊;关于拟贝叶斯理论的研究[D];西南交通大学;2006年
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1 王文川;水电系统中预报与调度的混合智能方法研究及应用[D];大连理工大学;2008年
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10 郝树青;贯通式潜孔锤反循环取心(取样)钻进孔底流场模拟与实验研究[D];吉林大学;2007年
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1 余豪;基于气象水文耦合模型的洪水预报与洪水优化调度方法及应用研究[D];大连理工大学;2013年
2 秦保华;洪水预报决策统一应用平台的研究与开发[D];西安理工大学;2005年
3 李渭新;水情自动测报系统的研究与应用[D];四川大学;2002年
4 王猛;石佛寺水库洪水预报及其实时修正方法研究[D];大连理工大学;2012年
5 董小涛;洪水预报模型在北方半干旱地区应用研究[D];河海大学;2005年
6 刘强;三峡水库洪水预报研究及其系统开发与应用[D];华中科技大学;2010年
7 詹云军;湖北省洪水预报系统研究及应用开发[D];中国地质大学;2003年
8 易建军;秦淮河流域洪水预报与调度模型研究[D];河海大学;2005年
9 张晓宇;水城水库洪水预报研究[D];昆明理工大学;2003年
10 魏立和;北运河洪水预报模型研究[D];天津大学;2004年
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