分布式水文模型中模块分解和组合的理论的研究.pdfVIP

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 分布式水文模型中模块分解与组合的理论研究 邓 斌 蒋昌波 阮宏勋 胡世雄 长沙理工大学水利工程学院 湖南长沙 湖南省水沙科学与水灾害防治重点实验室 湖南长沙 上海交通大学电子信息与电气工程学院 上海 美国宾夕法尼亚州立 大学 摘要 本文以已有的分布式水文模型为基础 利用形式概念分析 方法 识别模型中描述 主要水文过程的基本方程 通过组合这些方程产生新概念 并形成概念格层次结构 采用 图直观反映了新概 念的层次结构 以此来指导设计者开发具有定制功能的模块化水文模型 本研究力图实现模块的即插即用功能 文中以分布式水文模型中的地表产流过程为案例 描述了关联规则挖掘的全过程及其优化组合 验证了该方法的 可行性 关键词 模块化 分布式水文模型 互操作 形式概念分析 概念格 中图分类号 文献标识码 研究背景 面对变化条件下复杂的水循环问题 从科学研究和水资源管理上都需要研制结构和参数比较复杂 的分布式水文模型 然而 受水文模拟目的的差异性 水文尺度以及水文数据等因素的影响 分布式水 文模型在开发和应用过程中面临很多挑战 如何相互借用已有模型的模块 即互操作 并组装成新的 模型是其中的主要挑战之一 在开发新一代分布式水文模型过程中 目前有许多思路 和 认为 现有的以物理 为基础的分布式模拟方法将会被以更明确辨识模拟过程局限性的方法所代替 这种方法是在不确定性 框架下进行的研究 因此 在开发新一代分布式水文模型时要考虑众多的模型和需要功能强大的计算 机 同时 在讨论分布式水文模型的未来发展时 提出了 模型空间 的概念 提议 用分布式水文物理模型替代 蓝本 也就是说将选择合适模型的方法作为今后分布式水文模型的 蓝 本 之一 此外 许多已有的水文过程模型都是一个闭合的整体 它具有的整体结构很难插入一个新的 功能模块 根据水文学的基本原理 模型的内在等价性和计算机软件技术及其研究问题 允许用户选择 相应模块 组装成新的模型 从而实现模型的定制功能 这种模型只集成与模型中特殊问题相关的部分 过程 或称为互操作模型 近些年来 关于互操作性的概念在环境模型中使用的越来越多 最理想的是互操作模型允许 单个模型系统跨越边界条件使用其他功能模块 对于基于过程的水文模型 在模型中实现的某个功能 可能只是执行了一个方程或一组方程 多个模型可能应用同一个方程或同一组方程 即通用方程 模 型之间通用方程主要是在技术和语义上涉及到互操作 从技术上讲 基于组件建模等工具可以有效地 把方程组打包 然后独立地开发成可以即插即用的组件 这些组件可以组装在一起来创建定制化模 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金资助项目 教育部新世纪优秀人才支持计划 作者简介 邓斌 男 湖南衡阳人 硕士生 主要从事水动力数值模型及分布式水文模型开发与研究工作 型 语义上的互操作能确保这样的组合是有意义的 其作用也是至关重要的 它改变了传统单一水 文模型的发展模式 新一代的分布式水文模型应当与地理信息系统 相结合 具有强大的模拟能力和广泛的专业扩 展性 最终形成一个以数据库为基础 ? 遥感? 全球定位系统? 专家系统? 决策支持 系统 为技术支撑的 集成资源管理与决策功能的模块化开放构架的分布式水文模拟系统 目前 基于模块化的分布式水文模型模拟系统在国际上处于快速发展阶段 在国内近年来也开展了许多工作 美国地质调查局