城市降雨径流水文模拟的参数局部灵敏度及其稳定性分析.docx

城市降雨径流水文模拟的参数局部灵敏度及其稳定性分析
城市降雨径流水文模拟的参数局部灵敏度及其稳定性分析
摘要：
城市降雨径流水文模拟是城市排水规划设计的重要组成部分，模型参数的灵敏度和稳定性对模拟精度具有重要影响。本文以城市降雨径流水文模型SWMM为基础，通过敏感性分析和稳定性分析，研究模型参数对径流结果的影响，并提出优化参数的建议，以提升模型的精度和可靠性。
关键词：
城市降雨径流；水文模拟；参数灵敏度；稳定性分析
一、引言
城市降雨径流水文模拟是城市排水规划设计的重要组成部分，能够预测城市雨水的流量和流向，为城市排水设施的规划和设计提供科学依据。在城市雨水管理中，适当的模型参数选择和调整是确保模型精度和可信度的关键之一。因此，本文针对城市降雨径流模型SWMM，研究模型参数的局部灵敏度和稳定性，以提高模型的精度和可靠性。
二、相关理论
SWMM模型中的参数主要包括表面粗糙度、面积和宽度比、汇水面积系数等，这些参数的变化对径流模拟结果产生影响。为了研究这些参数的影响程度，通常采用参数敏感性分析方法进行计算。参数敏感性分析又可分为全局灵敏度和局部灵敏度两种方法，全局灵敏度可以反映参数对模型整体输出的影响，局部灵敏度可以更细致地分析单个参数对模型输出的影响。
稳定性分析是指模型在不同时间段、不同输入数据下的模拟结果的稳定性。参数稳定性分析可以反映不同参数对模型精度影响的稳定性。如果某一参数在模拟中被认为很关键，但是在稳定性分析中发现其影响是不稳定的，就需要采用其他策略来提高模型的精度。
三、研究方法
本文选取SWMM模型为基础，采用敏感性分析和稳定性分析两种方法研究其参数的影响程度和稳定性。具体过程包括以下几个步骤：
1.定义模型参数和变量
例如：表面粗糙度、面积和宽度比、汇水面积系数、径流深度等。
2.确定参数变化范围和随机分布规律
例如：从参数初始值开始，增加或减小10%、20%等一定比例的变化范围，根据正态随机分布、均匀随机分布、拉丁超立方随机分布等方法确定参数的变化规律。
3.进行参数敏感性分析
例如：采用蒙特卡罗方法、Sobol方法、Morris方法等计算单个参数的敏感度、全局灵敏度。
4.进行稳定性分析
例如：采用模拟退火算法、遗传算法、聚类算法等方法，比较模型在不同时间段和不同输入数据下的稳定性。
5.分析参数影响和提出建议
根据敏感性分析和稳定性分析的结果，分析模型参数对径流模拟的影响程度和稳定性，提出优化模型参数的建议。
四、结果分析与建议
本文采用敏感性分析和稳定性分析方法研究了SWMM模型的参数对径流模拟的影响和稳定性。分析结果显示，SWMM模型中，表面粗糙度、面积和宽度比、汇水面积系数等参数对径流模拟具有较大的敏感性，但其影响稳定性差别较大。例如，汇水面积系数在敏感性分析中被认为是影响径流模拟最显著的参数之一，但在稳定性分析中，其对模拟结果影响并不稳定，因此建议在整体提高模型精度的同时，需要对汇水面积系数进行定期的更新和调整。
五、结论
本文以SWMM模型为基础，分析了城市降雨径流水文模型的参数对径流模拟的影响和稳定性，提出了优化参数的建议。通过敏感性分析和稳定性分析的方法，可以更好地评估模型精度和可靠性，为城市水文计算提供科学依据。