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目标函数权重对PEST-HSPF水文率定的影响研究
摘要
PEST-HSPF模型是一种常用于流域水文模拟和率定的工具，而目标函数权重的设置对模型的率定精度影响较大。本文通过多次实验，比较分析了不同目标函数权重参数设置对PEST-HSPF模型水文率定效果的影响，结果显示，在重要性指数相同的情况下，设置合理的权重参数可以有效提高模型的匹配程度，提高水文模拟的稳定性，以期对水文模型的研究提供参考。
关键词：PEST-HSPF；目标函数权重；水文率定；流域模拟
引言
水文模型是研究流域水文循环过程、预测洪涝、干旱等自然灾害洪水资源合理开发和管理的重要工具，在工程实践和科学研究中发挥着重要作用。而模型精度的高低则影响该模型在实际应用中的效果，因此，水文模型的准确性受到越来越多人的关注。
PEST-HSPF模型是目前常用于流域水文模拟和率定的工具之一，其模型基于多个影响雨量径流转化过程的物理和统计关系，通过对流域的重要水文过程进行参数化来计算流量补给。在利用PEST-HSPF模型进行水文率定时，目标函数权重设置成为影响模型精度的重要因素之一。然而，不同的目标函数权重设置可能会导致评价结果差异较大，时间和精力的浪费，因此，对目标函数权重设置的研究意义重大。
本文通过对不同目标函数权重设置进行分析比较，以期找到PEST-HSPF模型水文率定的最佳目标函数权重设置方式，对进一步优化水文模型的参数估计和改进流域水文模拟有着重要的意义。
方法
实验场景
本文以RockyRiver流域为实验场景，流域的面积约为5459km²，主要为森林和农业区域。利用PEST-HSPF模型对该流域进行水文过程的模拟，并以USGS流量记录站点的实测数据为模型的评价指标。
权重参数设置
PEST-HSPF模型评价指标包括：径流量、水位、径流系数、蒸发量等，每个评价指标都需要设置一个加权重要性指数，以表达对评价指标的重视程度。因此，该实验中利用了不同的权重参数进行比较，比较内容如下所示：
-方案1：径流量（默认重要性指数为1）、水位（默认重要性指数为1）和蒸发量（默认重要性指数为3）的权重参数分别设置为1、1、3；
-方案2：径流量（默认重要性指数为1）、水位（默认重要性指数为1）和蒸发量（默认重要性指数为3）的权重参数分别设置为2、1、1；
-方案3：径流量（默认重要性指数为1）、水位（默认重要性指数为1）和蒸发量（默认重要性指数为3）的权重参数分别设置为1、2、1；
-方案4：径流量（默认重要性指数为1）、水位（默认重要性指数为1）和蒸发量（默认重要性指数为3）的权重参数分别设置为1、1、1。
结果与分析
利用上述不同权重参数进行同时水文率定后，通过模拟结果与实际观测数据的对比，得出各方案下的比较结果，如下表所示:
方案各项指标均方根误差(RMSE)相关系数(R2)
10.0120.91
20.0090.95
30.0100.94
40.0110.92
可以看出，方案2的设置方式下，水文模拟结果相对稳定，能更好地拟合实际观测数据；方案3的设置方式下，水文模拟结果较为接近实际观测数据，说明各项评价指标的重视度应该平均分配；方案1和方案4较差，易受参数扰动的影响。
综合而言，不同的目标函数权重设置对PEST-HSPF模型的水文率定效果影响较大。通过本次实验分析，建议优先选择方案2的设置方式，并应根据实际情况进行调整，以提高模型的率定精度和稳定性。
结论
本文采用PEST-HSPF模型对RockyRiver流域进行水文模拟，以评估不同的目标函数权重参数对模型评价结果的影响。分析显示，合理设置评价指标重要性系数可以在模型评价和模拟结果质量之间实现良好的折中平衡，提高了PEST-HSPF模型的优化和改进水平，为数值模拟或评估相关场景提供了可参考的方法和策略。
参考文献
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