[发明专利]一种河流水沙模型的参数优化方法和系统

说明书

本发明实施例提供了一种河流水沙模型的参数优化方法和系统，该方法和系统具体为生成模型计算网格；采集河道的待预测区域的初始场和边界信息，形成待预测区域的信息文件；根据待预测区域的信息文件，离散求解水沙模型；采用拉丁超立方采样方法LHS对水沙模型的多个参数在可行域内进行分层采样，得到多个参数组；基于模型参数组合，求解河流水沙模型，获得每个参数组对应的似然度值；设定似然度阈值，将低于预设阈值的似然度值所对应的参数组予以删除；将剩余的参数组所对应的似然度值进行排序，确定不确定性区间；利用GLUE累积对似然度值进行区域敏感度分析。能够解决了该模型因参数不正确表达而导致其预测精度较差的问题。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种河流水沙模型的参数优化方法和系统。

背景技术

冲积河流过程水沙模型作为模拟预测水沙运动变化和有效分析水沙运动规律的重要手段之一，可以有效服务于河道整治、防洪调度、生态保护、水利工程建设等生产实践活动，一直是国内外学者重点关注和研究的对象。

随着全球气候变化、流域下垫面变化以及大坝修建等自然变异和人类活动改变了天然的来水来沙情势和水沙输移边界条件，由此可能会引发溃坝等极端事件的发生，这进一步会导致活跃的水沙运动和快速的河床变形，从而给科学认知冲积河流过程水沙相互作用机理带来了困难，给模拟预测水沙运动变化带来了更大的挑战。

具体来说，冲积河流水沙模型的发展水平日益成熟，但受模型结构、输入条件及模型参数误差等不确定性因素的影响，导致模型无法准确预测真实水沙的运动状态，这些不确定性因素的存在成为制约河流水沙模型精度提高的主要瓶颈。特别对于河流水沙模型来说，即使有精确的初始数据和输入数据，模型参数的不准确表达也会导致误差的增长，影响河流水沙模型准确预测真实水沙运动状态的能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种河流水沙模型的参数优化方法和系统，以解决河流水沙模型因模型参数不正确表达而导致其预测精度较差的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种河流水沙模型的参数优化方法，包括如下步骤：

基于卫星遥感影像数据和河道的地形高程数据生成计算网格；

采集所述河道的待预测区域的初始场和边界条件信息，并进行排列得到所述待预测区域的信息文件；

根据所述待预测区域的信息文件求解水沙模型；

采用拉丁超立方体采样对所述水沙模型的多个模型参数在可行域内进行分层采样，得到多个参数组；

利用所述模型参数组合，求解河流水沙模型得到每个所述参数组所对应的似然度值；

将所述多个参数组中，低于设定阈值的似然度值所对应的参数组予以删除；

将所述多个参数组中剩余的参数组所对应的似然度值进行排序，确定模型预测的不确定性区间；

利用GLUE累积似然度对模型参数进行区域敏感度分析。

可选的，所述基于卫星遥感影像数据和河道的地形高程数据生成计算网格，包括：

基于卫星遥感影像数据，提取水体边界，生成河道平面三角形网格；

利用河道地形高程数据对所述河道平面三角形网格进行插值运算，得到所述河道平面三角形网格的节点高程。

可选的，所述区域初始场和边界条件信息包括所述河道高程、河宽、上游边界的流量和含沙量、下游边界的水位、多个断面的初始流量场、初始水位场、初始含沙量场、悬沙级配、床沙级配中的部分或全部。

可选的，所述水沙模型为水动力学控制方程、悬移质不平衡输移方程、推移质不平衡输移方程、床面变形方程和挟沙力计算公式中的部分或全部。