不確定性分析對于識別、評估模型計(jì)算過程中主要誤差來源及其對于計(jì)算結(jié)果的影響十分必要。為此,評估了廣義似然不確定性估計(jì)（GLUE）在水動力模型中對大汶河下游大清河流域二維水動力模型計(jì)算結(jié)果不確定性的影響,并利用互信息法分析模型參數(shù)和邊界條件對預(yù)測結(jié)果的敏感性。結(jié)果表明,糙率對于輸出結(jié)果的敏感性最強(qiáng),邊界條件對于輸出結(jié)果的敏感程度稍弱;GLUE方法可有效分析參數(shù)-邊界條件的不確定性,其預(yù)測的不確定性區(qū)間對于實(shí)測值的覆蓋率較高,但模擬精度有待進(jìn)一步提升。 

【文章來源】：水電能源科學(xué). 2020,38(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖２ＧＬＵＥ方法推求參數(shù)及邊界條件后驗(yàn)分布Ｆｉｇ．２ＴｈｅｐｏｓｔｅｒｉｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＧＬＵＥｍｅｔｈｏｄ

?。$#$參數(shù)和邊界取值結(jié)合研究區(qū)域上游戴村壩水文站及下游東平湖黑虎廟水文站的實(shí)測資料，選�。玻埃埃的辏乖拢玻叭眨保矗海埃爸粒乖拢玻等眨玻埃海埃皩�(shí)測洪水流量和水位過程進(jìn)行分析（圖１）。選取糙率、渦粘系數(shù)、上邊界流量過程、下邊界水位過程作為分析對象。通過ＭＩＫＥ２１計(jì)算手冊以及研究區(qū)域水文數(shù)據(jù)來確定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的取值范圍，由于缺乏足夠的先驗(yàn)信息，因此假定參數(shù)和邊界條件服從均勻分布。具體參數(shù)的取值范圍見表１。圖１水位－流量過程線Ｆｉｇ．１Ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｓ表１模型主要參數(shù)及邊界條件取值范圍Ｔａｂ．１Ｖａｌｕｅｒａｎｇｅｏｆｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ編號類別名稱物理意義取值范圍１參數(shù)糙率曼寧系數(shù)０．０１５～０．０４２渦粘系數(shù)動量交換引起附加應(yīng)力０．１～０．９３邊界條件上游流量模型輸入上游流量８０％～１２０％４下游水位模型輸入下游水位８０％～１２０％$#%結(jié)果分析$#%#!參數(shù)與邊界條件敏感性分析以不同的參數(shù)和邊界條件作為自變量，以不同時刻模擬水位為因變量，采用Ｍａｔｌａｂ互信息法，對Ｍａｎｎｉｎｇ系數(shù)、渦粘系數(shù)、邊界入流水位和流量對模擬水位的敏感性進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果見表２。由表２可看出，糙率的Ｕ值為０．５１０６、Ｒ值為０．７９９９，其他參數(shù)的Ｕ值介于０．１０３３～０．２３２６之間，Ｒ值為０．４３２０～０．６０９９。糙率與輸

圖３為ＧＬＵＥ方法計(jì)算水位９０％不確定性區(qū)間。由圖３可看出，９０％置信區(qū)間下對于峰值的覆蓋性最好，水位上升段不確定性水平較低，峰值和下降段存在較高不確定性。在水位變化過程初期，上升段似然目標(biāo)函數(shù)預(yù)報的不確定區(qū)間較窄，無法完全重現(xiàn)初始水位上升階段。這是由于模擬起始階段存在初始水位導(dǎo)致水流流速無法完全重現(xiàn)實(shí)測值，因此導(dǎo)致不同參數(shù)－邊界條件計(jì)算的初始時段水位變化不明顯。圖３ＧＬＵＥ方法計(jì)算水位９０％不確定性區(qū)間Ｆｉｇ．３９０％ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｆＧＬＵＥｍｅｔｈｏｄ其對結(jié)果的不確定性可通過Ｒ和Ｓ表示（式（３）、（４）），Ｒ值趨近于１表明預(yù)測結(jié)果完全覆蓋實(shí)測值，Ｓ值趨近于１表明預(yù)測結(jié)果最大程度的減小了參數(shù)的不確定性。結(jié)合圖３可看出，模擬值與實(shí)測流量過程線趨勢一致，區(qū)間范圍能夠包含９３％～９６％的實(shí)測值。表３為不確定性評價指標(biāo)。由表３可看出，閾值的增加使得計(jì)算所得的不確定區(qū)間寬度減小，預(yù)測不確定區(qū)間范圍覆蓋率有所降低。Ｓ值由０．３７增加至０．５５，表明閾值的增加使參數(shù)－邊界條件的不確定性有所降低。表３不確定性評價指標(biāo)Ｔａｂ．３Ｉｎｄｅｘｅｓｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ閾值Ｂ／ｍＲ／％Ｓ０．５０．５９０９６．８７５０．３７４０．８０．４２５９３．７５００．５５１%結(jié)論ａ．采用ＧＬＵＥ方法計(jì)算得到的模擬結(jié)果９０％不確定區(qū)間基本能夠包含實(shí)測數(shù)據(jù)，覆蓋率可達(dá)９０％

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二維水動力模型參數(shù)和邊界條件不確定性分析[J]. 曹引,冶運(yùn)濤,梁犁麗,趙紅莉,蔣云鐘,王浩,王俊鋒.  水力發(fā)電學(xué)報. 2018(06)
[2]基于GLUE方法的城市雨洪模型參數(shù)不確定性分析[J]. 史蓉,趙剛,龐博,姜其貴,甄婷婷.  水文. 2016(02)
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博士論文
[1]基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)的水文模型不確定性研究[D]. 李明亮.清華大學(xué) 2012



本文編號：3491423