基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析

宋晓猛; 孔凡哲; 占车生; 韩继伟

doi:CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

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基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析

宋晓猛, 孔凡哲, 占车生, 韩继伟

文章导航 > 水科学进展 > 2012 > 23(5): 642-649

宋晓猛, 孔凡哲, 占车生, 韩继伟. 基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析[J]. 水科学进展, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

引用本文:

宋晓猛, 孔凡哲, 占车生, 韩继伟. 基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析[J]. 水科学进展, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

SONG Xiao-meng, KONG Fan-zhe, ZHAN Che-sheng, HAN Ji-wei. Sensitivity analysis of hydrological model parameters using a statistical theory approach[J]. Advances in Water Science, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

Citation:

SONG Xiao-meng, KONG Fan-zhe, ZHAN Che-sheng, HAN Ji-wei. Sensitivity analysis of hydrological model parameters using a statistical theory approach[J]. Advances in Water Science, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析

doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

1.
中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏徐州 221116;
2.
南京水利科学研究院, 江苏南京 210029;
3.
中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室, 北京 100101

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(40901023);中国科学院"一三五"战略科技计划重点项目(2012ZD003)

详细信息

作者简介:
宋晓猛(1987- ),男,江苏徐州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:wenqingsxm@126.com

通讯作者:
占车生,E-mail:zhancs2006@gmail.com

中图分类号: P333.6

Sensitivity analysis of hydrological model parameters using a statistical theory approach

1.
School of Resource and Earth Science, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China;
2.
Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China;
3.
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.40901023)

摘要: 参数敏感性分析是模型不确定性量化的重要环节,有助于有效识别关键参数,减少参数的不确定性影响,进而提高参数优化效率。利用Morris筛选方法定性识别相对重要参数,耦合方差分解的Sobol方法和统计理论的响应曲面模型构建一种新的定量敏感性分析方法——RSMSobol方法。以长江支流沿渡河流域的日降雨径流过程模拟为例,系统分析4种不同目标函数响应条件下新安江模型的参数敏感性。结果表明Morris方法和RSMSobol方法的集成应用极大地提高了全局敏感性分析的效率,Morris定性筛选结果为定量评估减少了模型参数维数,采用代理模型技术的RSMSobol方法减少了模型的计算消耗。
- 新安江模型 /
- 敏感性分析 /
- RSMSobol方法 /
- 响应曲面方法 /
- Morris方法
Abstract: The sensitivity analysis is a key step in model uncertainty quantification. And it can identify the dominant parameters, reduce the model uncertainty, and enhance the model optimization efficiency. In order to make quantitative global sensitivity analysis (GSA) more tractable, the Morris screening method is used to qualitatively assess a model first. Then, the response surface methodology (RSM) based on the statistical theory will be applied to construct a surrogate model, and to integrate with the variance-based Sobol' method to establishing a new method, named as the RSMSobol method. The new method is tested on the Yanduhe basin using the Xinanjiang model with daily precipitation data and hydrographs. The sensitivity analysis is conducted for four different objective functions. The results demonstrate that the new integrated qualitative and quantitative method can improve the efficiency of the sensitivity analysis, in which the Morris qualitative method can decrease the number of parameters by 50% for the next round of the quantitative analysis. The RSMSobol method can improve the computational cost.
- Xinanjiang model /
- sensitivity analysis /
- RSMSobol method /
- response surface model /
- Morris screening method

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[2]	闫宝伟, 李正坤, 段美壮, 江慧宁, 刘昱. 基于Erlang分布蓄水容量曲线的流域产流模型 . 水科学进展, 2021, 32(1): 120-126. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.01.012
[3]	陈华, 霍苒, 曾强, 杨无双, 陈杰, 郭生练, 许崇育. 雨量站网布设对水文模型不确定性影响的比较 . 水科学进展, 2019, 30(1): 34-44. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.01.004
[4]	王卫光, 李进兴, 魏建德, 邵全喜, 邓超, 余钟波. 基于蒸散发数据同化的径流过程模拟 . 水科学进展, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002
[5]	李致家, 梁珂, 阚光远, 李巧玲, 姚成, 张珂. 新安江模型中河网汇流参数Cs的一种计算方法 . 水科学进展, 2016, 27(5): 652-661. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.002
[6]	包为民, 阙家骏, 赖善证, 司伟. 洪水预报自由水蓄量动态系统响应修正方法 . 水科学进展, 2015, 26(3): 365-371. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.03.008
[7]	钟强, 陈启刚, 曹列凯, 李丹勋, 王兴奎. 高坝泄洪水面曲面及流速场的原型测量方法 . 水科学进展, 2015, 26(6): 829-836. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.06.009
[8]	俞双恩, 王宁, 于智恒, 王君. DRAINMOD-S模型参数的全局灵敏度分析 . 水科学进展, 2015, 26(2): 271-278. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.018
[9]	张小琴, 刘可新, 包为民, 李佳佳, 赖善证. 产流误差比例系数的系统响应修正方法 . 水科学进展, 2014, 25(6): 789-796.
[10]	司伟, 包为民, 瞿思敏. 洪水预报产流误差的动态系统响应曲线修正方法 . 水科学进展, 2013, 24(4): 497-503.
[11]	李一平, 唐春燕, 余钟波, Acharya Kumud. 大型浅水湖泊水动力模型不确定性和敏感性分析 . 水科学进展, 2012, 23(2): 271-277. doi: CNKI: 32.1309.P.20120224.2002.009
[12]	阚光远, 刘志雨, 李致家, 姚成, 周赛. 新安江产流模型与改进的BP汇流模型耦合应用 . 水科学进展, 2012, 23(1): 21-28. doi: CNKI:32.1309.P.20120104.2012.004
[13]	王国庆, 张建云, 刘九夫, 金君良, 刘翠善. 中国不同气候区河川径流对气候变化的敏感性 . 水科学进展, 2011, 22(3): 307-314.
[14]	刘金涛, 梁忠民. 坡地径流入渗机制对水文模拟的影响分析 . 水科学进展, 2009, 20(4): 467-472.
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基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析

doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

1. 中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏徐州 221116;

2. 南京水利科学研究院, 江苏南京 210029;

3. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室, 北京 100101

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(40901023);中国科学院"一三五"战略科技计划重点项目(2012ZD003)

作者简介:
宋晓猛(1987- ),男,江苏徐州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:wenqingsxm@126.com

通讯作者: 占车生,E-mail:zhancs2006@gmail.com

收稿日期: 2011-09-20
修回日期: 2012-06-14
刊出日期: 2012-09-25

中图分类号: P333.6

关键词:

摘要: 参数敏感性分析是模型不确定性量化的重要环节,有助于有效识别关键参数,减少参数的不确定性影响,进而提高参数优化效率。利用Morris筛选方法定性识别相对重要参数,耦合方差分解的Sobol方法和统计理论的响应曲面模型构建一种新的定量敏感性分析方法——RSMSobol方法。以长江支流沿渡河流域的日降雨径流过程模拟为例,系统分析4种不同目标函数响应条件下新安江模型的参数敏感性。结果表明Morris方法和RSMSobol方法的集成应用极大地提高了全局敏感性分析的效率,Morris定性筛选结果为定量评估减少了模型参数维数,采用代理模型技术的RSMSobol方法减少了模型的计算消耗。

English Abstract

Sensitivity analysis of hydrological model parameters using a statistical theory approach

1. School of Resource and Earth Science, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China;

2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China;

3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.40901023)

Received Date: 2011-09-20
Rev Recd Date: 2012-06-14
Publish Date: 2012-09-25

Keywords:

Abstract: The sensitivity analysis is a key step in model uncertainty quantification. And it can identify the dominant parameters, reduce the model uncertainty, and enhance the model optimization efficiency. In order to make quantitative global sensitivity analysis (GSA) more tractable, the Morris screening method is used to qualitatively assess a model first. Then, the response surface methodology (RSM) based on the statistical theory will be applied to construct a surrogate model, and to integrate with the variance-based Sobol' method to establishing a new method, named as the RSMSobol method. The new method is tested on the Yanduhe basin using the Xinanjiang model with daily precipitation data and hydrographs. The sensitivity analysis is conducted for four different objective functions. The results demonstrate that the new integrated qualitative and quantitative method can improve the efficiency of the sensitivity analysis, in which the Morris qualitative method can decrease the number of parameters by 50% for the next round of the quantitative analysis. The RSMSobol method can improve the computational cost.

宋晓猛, 孔凡哲, 占车生, 韩继伟. 基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析[J]. 水科学进展, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

引用本文:

宋晓猛, 孔凡哲, 占车生, 韩继伟. 基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析[J]. 水科学进展, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

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基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析

doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

作者简介: 宋晓猛(1987- ),男,江苏徐州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:wenqingsxm@126.com

通讯作者: 占车生,E-mail:zhancs2006@gmail.com

Sensitivity analysis of hydrological model parameters using a statistical theory approach

计量

出版历程

基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析

doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003

1. 中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏徐州 221116; 2. 南京水利科学研究院, 江苏南京 210029; 3. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室, 北京 100101

作者简介: 宋晓猛(1987- ),男,江苏徐州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:wenqingsxm@126.com

通讯作者: 占车生,E-mail:zhancs2006@gmail.com

English Abstract

Sensitivity analysis of hydrological model parameters using a statistical theory approach

1. School of Resource and Earth Science, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China; 2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China; 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

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作者简介:
宋晓猛(1987- ),男,江苏徐州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:wenqingsxm@126.com

通讯作者:
占车生,E-mail:zhancs2006@gmail.com

1. 中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏徐州 221116;

2. 南京水利科学研究院, 江苏南京 210029;

3. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室, 北京 100101

作者简介:
宋晓猛(1987- ),男,江苏徐州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:wenqingsxm@126.com

1. School of Resource and Earth Science, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China;

2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China;

3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China