[发明专利]一种基于InfoWorks ICM水质模型的参数自率定方法

说明书

本发明涉及一种基于InfoWorks ICM水质模型的参数自率定方法，首先基于ICMExchange平台，采用Ruby编程语言，开发3个ICM模型的API程序，包括水质参数批导入程序；多网络并行程序；结果批导出程序；接着采用MATLAB编程语言，设计率定目标函数与终止准则，结合参数灵敏度分析，借助遗传优化算法进行调参，最终使参数收敛至更小区间内，实现对区域水质的高精度模拟。本发明提高了InfoWorks ICM水质模型对各研究水体的应用效果及效率，能够更准确、有效地模拟水质指标。

技术领域

本发明涉及城市水文模型技术领域，特别是一种基于InfoWorks ICM水质模型的参数自率定方法。

背景技术

InfoWorks ICM模型实现了城市排水管网系统模型与河道湖泊模型的整合，可更为真实地模拟地下排水管网系统与地表受纳水体之间的相互作用。它在一个独立模拟引擎内，完整地将城市排水管网及河道的一维水力模型同城市流域二维洪涝淹没模型结合在一起。在众多数字水文模型中，由于InfoWorks ICM在模拟评估排水系统对于水量水质的控制效果上的准确性、模型建立及方案比选上的可操作性、结果表现形式的多样性等优点，被越来越多的业内人士所关注，在我国科学研究和实际工程领域的应用也愈发广泛。

目前，大多数设计及研究人员在使用InfoWorks ICM建模时，受制于我国本土水质模拟研究起步较晚，基础数据相对缺乏，因此建模过程中各水质模型参数均直接采用模型默认值，忽略了外来模型在我国应用的局限性，缺乏对模型内在机理的分析和参数率定优选的方法，进而导致了InfoWorks ICM模拟结果的不稳定性，给使用InfoWorks ICM模型指导城市水环境管理的工作带来了极大的困难和不便。如何对模型参数进行准确的率定，克服外来模型的水土不服问题，成为模型能否准确反应水质变化规律的关键所在。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于InfoWorks ICM水质模型的参数自率定方法，提高了InfoWorks ICM水质模型对各研究水体的应用效果及效率，能够更准确、有效地模拟水质指标。

本发明采用以下方案实现：一种基于InfoWorks ICM水质模型的参数自率定方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取区域基本数据，以InfoWorks ICM模型为平台构建区域水力水质模型；

步骤S2：指定水质模型中所需要率定的参数组及个数，结合实测数据设定各参数的取值范围及其参数灵敏度，同时划定最小变动步长，生成数组参数取值序列；

步骤S3：将数组参数取值序列导入InfoWorks ICM生成水质网络模型并驱动运行；

步骤S4：构建参数优化计算的适应度函数与终止准则，批量导出模拟结果并计算不同迭代次数各结果适应度值；若适应度值满足终止准则循环停止，则进入步骤S5，否则返回步骤S3，迭代循环继续；

步骤S5：将实测水质指标结果与最优模拟结果进行拟合度评价。

进一步地，步骤S2中，水质模型中需要率定的参数为InfoWorks ICM水质模型地表污染编辑器中的12个参数。具体的，所述指定水质模型中所需要率定的参数组包括降雨侵蚀力因子、污染物效能因子、地表累积因子、衰变因子、沉积物平均粒径、沉积物组分密度、线性累积率；其个数分别为：所述降雨侵蚀力因子有三个，分别为C₁、C₂、C₃；污染物效能因子有四个，分别为A₁、A₂、A₃、A₄；地表累积因子有一个Ps；衰变因子有一个，为K₁；沉积物平均粒径有一个，为D₅₀；沉积物组分密度包括一个，为S；线性累积率有一个，为M。