流域水环境多模型耦合模拟系统的不确定性分析研究

发布时间：2020-03-24 14:11

【摘要】：自20世纪20年代S-P模型诞生以来,流域非点源模型、水体水动力学模型和水质模型等各类水环境模型取得了突飞猛进的发展并得到了日益广泛的应用。随着计算机技术和信息技术的发展,近年来,由多模型集成的耦合模拟系统作为流域水环境管理的重要工具,受到越来越多的研究者和管理者的重视。然而,虽然针对单一模型的不确定性分析问题已有广泛的探讨,但对于多模型耦合模拟系统的不确定性问题尚缺乏研究者的关注。不确定性问题已成为多模型耦合模拟系统在流域水环境管理中应用所面临的最大挑战。针对流域水环境多模型耦合模拟系统的不确定性问题,本研究集成了多种技术手段,识别了多模型耦合模拟系统不确定性问题的具体内容,构建了流域水环境多模型耦合模拟系统不确定性分析的方法学,并以福建龙津溪流域为案例对方法学进行了实证研究。本研究以贝叶斯概率理论为基础,以改良的Morris筛选法和基于Sobol序列采样的GLUE算法为核心方法,以参数灵敏度分析和参数可识别性为主要分析手段,同时提出不确定性输入、模拟差异度、模拟涵盖率和不确定度等概念,构建了一个完整的流域水环境多模型耦合模拟系统的不确定性分析方法框架,并基于框架提出了具体的技术路线,用以解决流域水环境多模型耦合模拟系统的不确定性分析的理论问题和技术难点。在福建龙津溪流域的数据支持下,本研究以SWMM、EFDC、WASP模型为基础,设计了集成方案,并通过二次开发的方式实现了SEW耦合模拟系统的集成。针对SEW耦合模拟系统的不确定性分析研究结果表明,SEW耦合模拟系统的结构合理;耦合作用对耦合模拟系统的结构特征、模拟准确性和模拟输出不确定性存在不同程度的影响;时间划分方式的改变并没有对耦合系统模拟的准确性或不确定性产生显著的影响;空间划分方式的改变会影响耦合模拟系统的结构特征、模拟准确性以及模拟不确定性,但并不会对不确定性的传递过程产生显著的影响。对SEW耦合模拟系统的不确定性分析结果,验证了本研究所建立的方法学的可行性和有效性。对不确定性分析结果的总结和归纳可以为多模型耦合模拟系统在流域水环境管理中的应用提供指导。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X143

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