基于遗传算法率定参数的岩溶水文模型的应用和的研究——以贵州普定后寨河流域为例.pdfVIP

基于遗传算法率定参数的岩溶水文模型的应用与研究 基于遗传算法率定参数的岩溶水文 模型的应用与研究 ——以贵州普定后寨河流域为例 尚晓三 王栋 (南京大学水科学系南京210093) 摘要本文依据岩溶地区产汇流过程的特点，采用蓄满产流方武描述岩溶地区的产流过程；根据湿润地区的研 究经验，采用稳定入渗法划分径流过程；将改进水箱模型用于模拟单元流域的调蓄过程，并采用遗传算法率定和 优化模型的参数，迸而建立了基于遗传算法率定参数的岩溶水文模壁。以后寨河流域老黑潭测站不同时段 系数和确定性系数)及多个统计参数(最大值、蕞小值和均值)综合分析预报结果，评价所建模型的可行性和 有效性，为合理而准确模拟预报岩落地区水文过程及确定模型参数提供了一定的参考和依据。 关键词 岩溶地区 后寨河流域 老黑j覃测站 遗传算法 岩溶水文模型 1引言 后寨河流域位于贵州普定县城以南。是我国岩溶地区发育的典型区域之一，流域内不同时代的碳酸盐岩 层广为分布，出露面积高达95％，为峰林洼地地貌组合类型；该流域属于亚热带季风气候区，温湿多雨， 该区域的水文过程有着重要的实际意义。 岩溶地区系一个特殊的自然地理区，含水介质不均匀，有其特殊的羔水转化关系及径流形成过程，致使 常用的以均匀介质为基础的动力学理论和方法建立起来的水文模型难以在岩溶地区应用…。为描述岩溶地 区特殊的水文过程。国内一些研究定性分析岩溶地区的水文过程，从宏观的角度分析岩溶地区水文过程形成 的机理口“训；在国外WilliamB．White…o分析总结了岩溶水文的发展历程和面临的问题，有利于更加全面地 岩溶地区水文过程。 鉴于岩溶地区水文过程的复杂性，现有水文模型难以一一描述和计算，研究人员逐步改进和简化模型， 采用了很多模型来模拟及预报这一过程，这些模型可分为经验(或黑箱模型)、概念性模型¨,3．6．7．12,13J和分 布式水文模型¨“”J，模型从系统的角度或物理机制上描述和分析岩溶地区的产汇流过程，探讨了这几类模 型在岩溶地区的应用状况，推动了岩溶地区产汇流过程研究的发展，为以后的研究提供了一定的参考和 依据。 在前人研究的基础上，本文依据产流原理，结合研究地区的岩溶地貌和气候状况，将其概化为蓄满产流 方式，采用双层蒸发模型计算蒸发量；根据湿润地区和半湿润地区的研究经验，采用稳定入渗方法划分水 源；根据前人对岩溶径流划分的经验”一’L“，结合研究区不同水源汇流特点，不同水源间相互转化和补给量 所受调蓄作用有所不同。采用改进水箱模型¨’7—1(TankModel)模拟流域的汇流过程，建立了系统概念性 岩溶水文模型。因概念性模型参数率定一直是个难题，但现有测量方法和手段难以测定，故率定参数一直是 边形法)、GA(遗传算法)等¨…。其中前两种方法容易陷于局部最优，一t不利于到达全局最优点。WangQJet al¨列首次将遗传算法应用于流域水文模型(新安江模型)，并取得较好效果。由于其简单通用，鲁棒性强等 特点，因而在水文模型参数率定中应用广泛¨”…，故本文也采用遗传算法来率定和优化模型参数，进而建 立了基于遗传算法率定参数的岩溶地区水文模型，并将其应用于后寨河流域，分别以流域老黑潭测站不同时 果，进而评价模型的有效性和合理性。 2岩溶水文模型 本次研究采用蓄满产流方式计算岩溶地区的产流量，以稳定下渗法将径流划分为快速裂隙流、慢速裂隙 第四篇 水文水资源新方法新技术 流和坡面流，并将改进的水箱模型应用于流域汇流调蓄，建立了岩溶水文模型模拟及预报后寨河流域的产汇 流过程，并采用了遗传算法率定模型的参数，进而建立了基于遗传算法率定参数的岩溶水文模型。 2．1产流模型 后寨河流域气候湿润，土层较薄，甚至基岩风化溶蚀裂隙带直接出露于地表，包气带内入渗能力强，其 内蓄水量常保持田间出水量。表层带之上覆盖土层，其孔隙度大，蓄水量大。表层带埋藏在土层之下，分别 给予不同的蓄水容量，蒸散发计算应将其概化为双层蒸发模型计算。表层带缺水量不大，易为一般雨量所满 足，在土壤湿度满足田闯持水量以前不产流，所有的降雨都被土壤吸收为张力水，在土壤湿度满足田问持水 量以后，所有的降雨(减去同期的蒸发)都形成产流，故采用蓄满产流方式计算产流量。 2．2汇流模型