(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211077047.9 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 中国科学院地理科 学与资源研究所 地址 100101 北京市朝阳区大屯路甲1 1号 申请人 中国水利水电科 学研究院 (72)发明人 翟晓燕　张永勇　 (74)专利代理 机构 北京国林贸知识产权代理有 限公司 1 1001 专利代理师 李瑾　李连生 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟 误差量化方法 (57)摘要 本发明涉及一种考虑过程间作用的流域水 循环多过程模拟误差量化方法， 包括以下步骤： 步骤1、 构建流域水循环多过程耦合模型； 步骤2、 面向不同过程的参数敏感性 分析； 步骤3、 面向不 同过程的参数全局自动优选； 步骤4、 基于重构实 测数据集确定 单一过程模拟集； 步骤5、 基于重构 实测数据集确定多过程模拟集； 步骤6、 优化确定 面向不同过程的参数后验分布； 步骤7、 确定不同 过程模拟误差区间。 本发明全面考虑了流域水循 环系统多过程模拟的综合误差， 提供了单一过 程、 多过程以及过程交互作用下的模拟误差区 间， 可根据流域管理需求选择任一种误差区间。 本发明独立于流域水循环多 过程耦合模型， 为流 域水循环多过程模拟误差 评估提供了通用方法。 权利要求书4页 说明书8页 附图3页 CN 115358086 A 2022.11.18 CN 115358086 A 1.一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法， 所述水循环多过程包 括水量过程及水量相关过程， 所述水量相关过程包括水质过程、 水生态过程中至少一个过 程， 过程间作用为水量过程与水量相关过程之间的交 互作用， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1)构建流域水循环多过程耦合模型： 收集研究区实测降雨、 实测蒸发和实测水循 环多过程的数据资料， 为不同过程选择模拟算法构建流域水循环多过程耦合模型， 确定各 水循环过程相关的模型参数及其取值范围； 所述不同过程包括水循环多过程和单一过程， 所述单一过程 为水量过程或者任意 一个水量相关过程； 步骤2)面向不同过程的参数敏感性分析： 构建流域水循环多过程耦合模型面向不同过 程的目标函数， 采用参数敏感性分析方法确定不同过程目标函数下的敏感性参数及其取值 范围； 步骤3)面向不同过程的参数全局自动优选： 针对不同过程目标函数， 采用参数全局自 动优选方法对步骤2)确定的敏感性参数进 行全局参数自动优选， 分别确定各单一过程和多 过程模拟的最优参数和相应的最优 模拟过程、 模拟误差； 步骤4)基于重构实测数据集确定单一过程模拟集： 通过步骤3)中各单一过程模拟误差 的频率分布和最优模拟过程重构包含随机误差的实测数据集， 通过参数全局自动优选得到 相应的单一过程参数集和模拟过程集， 结合随机误差确定各单一过程目标函数下的模拟过 程集； 单一过程参数集为水量参数集或者任意一个水量相关过程参数集， 单一模拟过程集 为水量模拟过程 集或者任意 一个水量相关过程模拟过程 集； 步骤5)基于重构实测数据集确定多过程模拟集： 通过步骤3)中水量相关过程模拟误差 的频率分布重构包含随机误差的实测数据集， 结合步骤4)中水量参数集， 通过参数全局自 动优选得到相应的参数集和模拟过程集， 结合随机误差确定多过程目标函数下的模拟过程 集； 步骤6)优化确定面向不同过程的参数后验分布： 根据步骤4)和步骤5)中优化确定的不 同过程目标函数 下的参数集， 分别确定不同过程目标函数 下的参数后验分布； 步骤7)确定不同过程模拟误差区间： 根据步骤4)和步骤5)中不同过程目标函数下的模 拟过程集， 分别确定指定显著性水平下各单一过程、 多过程和过程交互作用下 的模拟误差 区间。 2.根据权利要求1所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法， 其特征在于： 步骤1)中构建流 域水循环多过程耦合模型的具体过程 为： 1‑1、 收集研究区实测降雨、 实测蒸发和 实测水循环多过程数据资料， 其中实测水循环 多过程数据资料包括流量、 水位、 溶解氧浓度、 高锰酸盐浓度、 氨氮浓度、 总氮浓度、 总磷浓 度、 泥沙负荷、 生物多样性 香农指数、 物种丰度指数中的一种或多种； 1‑2、 进行子流 域划分和流 域属性特 征提取； 1‑3、 针对不同过程， 选择不同过程模拟算法构建流域水循环多过程耦合模型， 确定各 水循环过程相关的模型参数及其取值范围。 3.根据权利要求1所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法， 其特征在于： 步骤2)中面向不同过程的参数 敏感性分析的具体过程 为： 2‑1、 采用均方根误差构建流域水循环多过程耦合模型面向单一过程和多过程的目标 函数， 单一过程目标函数包括单一过程模拟误差最小， 以及水量模拟最优后水量相关过程权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115358086 A 2模拟误差最小， 分别如式(1)和式(2)所示； 多过程目标函数为多个水循环过程模拟误差最 小， 如式(3)所示； 式中： RMSE1为单一过程模拟误差； Si(para)为第i时刻单一过程模拟值； O1i为第i时刻单 一过程实测值； para为单一过程相关的参数组合； P为 参数空间； t为实测序列长度； 式中： RMSE2为水量模拟最优后水量相关过程模拟误差； Si(c)为第i时刻水量相关过程 模拟值； O2i为第i时刻水量相关过程实测值； p为水量参数组合， p∈H； 为水量过程模拟误 差最小时的水量参数取值； c为水量相关过程参数组合； H为水量参数空间； D为水量相关过 程参数空间； 式中： RMSE3为水量过程模拟误差； RMSE4为水量相关过程模拟误差； Si(p)为第i时刻水 量过程模拟值； O3i为第i时刻水量过程实测值； 2‑2、 针对各单一过程目标函数， 采用参数敏感性分析方法确定流域水循环单一过程模 拟的敏感性 参数及其取值范围； 2‑3、 针对多过程目标函数， 采用参数敏感性分析方法确定流域水循环多过程模拟的敏 感性参数及其取值范围。 4.根据权利要求3所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法， 其特征在于： 步骤3)中面向不同过程的参数全局自动优选的具体过程 为： 3‑1、 针对单一过程目标函数OBJ1， 采用参数全局自动优选方法对步骤2 ‑2确定的单一 过程模拟敏感性参数进行自动优选， 确定流域水循环各单一过程模拟的最优参数和相应的 最优模拟过程、 模拟误差； 单一过程模拟的最优参数包括水量最优参数和水量相关过程最 优参数； 3‑2、 针对单一过程目标函数OBJ2， 水量参数取值为步骤3 ‑1确定的水量最优参数， 采用 参数全局自动优选方法对步骤2 ‑2确定的水量相关过程模拟敏感性参数进行自动优选， 确 定流域水量相关过程模拟的最优参数和相应的最优 模拟过程、 模拟误差； 3‑3、 针对多过程目标函数OBJ3， 采用参数全局自动优选方法对步骤2 ‑3确定的多过程 模拟敏感性参数进行自动优选， 确定流域水循环多过程模拟的最优参数和相应的最优模拟 过程、 模拟误差 。 5.根据权利要求4所述一种考虑过程间作用的流域水循环多过程模拟误差量化方法， 其特征在于： 步骤4)中基于 重构实测数据集确定单一过程模拟集的具体过程 为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115358086 A 3