变化环境下水文模型时变参数的识别及函数型式构建
环境激励下模态参数识别方法研究
模态参数是指结构动力特性的基本参数，是描述结构动力特性的基本概念，包括固有频率、阻尼比、振型等。
结构模态参数的准确识别，是进行结构健康监测及故障诊断的重要基础，直接关系到结构安全，因此，开展结构模态参数识别技术研究具有重要的理论意义与工程实用价值。
近年来，利用环境激励已大量应用于土木工程的结构动力特性测试中。
环境激励测试能够在结构的实际工作状态下进行，更真实地了解结构的动力特性和结构性能。
本文将对各种模态识别方法进行分类汇总、论述，并对环境激励下模态参数识别算法有待进一步研究的问题进行了展望。
1频域识别算法1.1峰值拾取法基于结构的频响函数在其固有频率位置处会出现峰值的特征，可以实现对结构的模态参数识别。
由于环境激励下无法得到结构的频响函数，用功率谱密度函数代替结构的频响函数实现模态参数的识别，功率谱由实测的随机振动信号快速傅立叶变化转化得到。
姜蕾蕾[1]将幂指数窗应用于多种结构中，并与其他五种窗函数对比研究，确定能够有效改善傅立叶变换后频谱的质量,从而提高峰值拾取法的频率和阻尼比识别精度,拓宽峰值拾取法对阻尼比的适用范围。
陈涛[2]将测点传递率函数矩阵的第2阶奇异值倒数的均值为模态指示函数，建立基于多参考测点平均的峰值拾取法，准确识别系统的模态频率及振型。
在实际应用中，该方法只需计算少量的局部极值点，识别速度快，适用性广泛，被大量使用在实测实验中。
但由于峰值拾取法对峰值的选择较为敏感，对于峰值存在干扰或者峰值较小的信号，可能导致参数提取不准确，并且输出结果可能受到峰值选择的主观性影响，存在一定的不确定性。
因此，在使用时需要综合考虑实际需求和信号特征，选择合适的峰值。
1.2频域分解法频域分解法是峰值拾取法的优化算法，基本原理是根据振动响应构建谱函数矩阵，通过奇异值分解，将多自由度系统转换为单自由度体系，依靠峰值法选取特征频率，进而对系统进行识别。
频域分解法在20世纪80年代由Prevosto[3]所提出。
使用测绘技术进行水文模型构建的步骤
使用测绘技术进行水文模型构建的步骤水文模型是指用于模拟和预测水文过程的数学模型，它在水资源管理、洪水预警、水环境保护等领域具有重要的应用价值。
测绘技术则是使用测量仪器和技术手段对地表特征进行精确测量的一种方法。
本文将讨论使用测绘技术进行水文模型构建的步骤，以帮助读者了解如何利用测绘技术开展水文模型的研究工作。
第一步：数据采集水文模型的构建需要大量的地理数据，包括地形地貌、水系分布、土地类型、降雨量等。
因此，第一步就是进行数据采集。
测绘技术提供了多种方式来获取这些数据，例如卫星遥感、航空摄影和激光雷达测量等。
其中，卫星遥感可以提供全球范围的地表特征数据，航空摄影可以提供高分辨率的影像数据，激光雷达测量则可以获取地形数据的精确高程信息。
第二步：数据处理与分析获得数据后，接下来需要对数据进行处理与分析。
这一步骤涉及到许多测绘技术中的基本工作，如影像预处理、数据配准、地形数据的插值与提取等。
通过对数据的处理与分析，可以得到各种地理数据的准确表达，为后续的模型构建和分析提供依据。
第三步：模型构建在数据处理与分析的基础上，可以开始进行水文模型的构建。
水文模型可以分为统计模型和物理模型两种类型。
统计模型基于历史数据进行参数拟合，通过统计关系来揭示水文过程的规律。
物理模型基于物理原理和方程来描述水文过程，通过数学模型模拟水文过程。
常用的统计模型包括灰色模型、回归模型等，而物理模型则包括水文模型、水动力模型等。
根据实际需要和研究目标，选择适合的模型进行构建。
第四步：模型参数估计与校验模型构建完成后，需要对模型进行参数估计与校验。
参数估计是指通过对已有数据进行拟合，估计模型中的参数值，使得模型能够对水文过程进行合理的模拟；参数校验是指使用独立数据集对模型进行验证，检验模型的适应性和精度。
参数估计和校验通常会使用到统计方法和评价指标，例如最小二乘法、残差分析、系数相关性等。
第五步：模型优化与应用在参数估计与校验的基础上，可以对模型进行优化，提高模型的预测精度和适应性。
变化环境下水文模拟的几个关键问题和挑战
许崇育，等：变化环境下水文模拟的几个关键问题和挑战
马尔科夫模型和其他形式的时间系列随机模型来实 现对径流预测和模拟
[50]
算主要有等流时线(time-area routing method)或(各种 形式的)单位线(Unit hydrograph)方法计算。格网(子流 域)之间包括河道汇流计算以水力学方法(以圣维南方 程组为代表)或水文学方法(以马斯京根为代表)计算。 只有认识和区分这些产、汇流特性，才能选择合适的 模型。如以新安江模型和 HBV 模型为代表的概念性 蓄满产流模型，它们一般不直接利用下垫面资料，多 个参数需率定，在湿润地区模拟效果一般比较好。但 是参数随时间和空间的转移受到限制影响了无资料 流域模拟效果。以 TOPMODEL 为代表的第一类物理 模型， 它们利用地形数据和坡度(topographic and slope data)，采用变源面积理论，这一类型模型在山区、浅 层土壤效果比平原区好。以 SWAT 为代表的第二类物 理模型，直接利用下垫面的土壤、植被和土地利用类 型等物理参数(soil, vegetation, land use)，产流机制采 用了 SCS-CN 的概念，径流模拟在平原区效果比山区 好，但是 CN 需要调整及其调整的方向和方法还需要 深入研究。所有的水文模型在开发时都有一个基本假 设即水文序列和降雨径流关系的平稳性，如果对于模 型的特性和流域的环境变化没有了解清楚，径流模拟 难以取得理想的结果。
摘
要：本文讨论了环境变化对水文循环和水文过程的影响，回顾了水文模型发展的历史，取得的成
就和存在的问题。重点讨论了环境变化下水文模拟的几个主要问题：1) 水文过程和降雨-径流关系的 非稳定性问题；2) 水文模型在无资料流(区)域的应用问题；3) 水文模型在变尺度(时间和空间)情况下 存在的问题；4) 和水文模型与气候模型耦合的可能性问题。在讨论问题的同时提出作者独到的观点和 想法。 关键词：环境变化；水文模拟；无资料流域；非稳定性；时空尺度耦合
基于HSPF模型水文参数分析
HSPF模型在大数据时代的挑战与机遇
挑战
处理和分析大量数据需要更高效和准确的方法和技术，同时需要解决数据的质量和不确定性问题。
机遇
通过使用大数据技术，可以更全面地了解水文系统的动态变化和影响因素，为水资源管理和决策提供更准确和可 靠的支持。
HSPF模型在物联网中的应用前景
物联网技术可以提供更加实时、精确的水文 数据和监测信息，为HSPF模型的参数分析 和模拟提供更加可靠的输入。
方法
水质指标与模型建立
水质指标
选择关键的水质指标，如温度、pH值、 浊度、总悬浮物等，用于评估水质状况 。
VS
模型建立
根据HSPF模型构建水质预测模型，将水 文参数与水质指标之间建立数学关系。
水质预测模型的应用
数据收集
收集水文和气象数据，如降雨量、径流量、蒸发量等 ，以及水质监测数据。
模型输入
将收集的数据输入到水质预测模型中，为模型的计算 提供基础数据。
02 基于历史水文数据，运用统计分析方法得出的参数，
如均值、标准差等。
过程参数
03
描述水文过程的动力学参数，如汇流时间、延迟时间
等。
水文参数采集技术
遥感技术
利用卫星或无人机搭载的遥感设备，获取大范围 、连续的水文数据。
自动监测站
建立水文自动监测站，实时收集降雨量、水位、 流速等数据。
人工观测
由专业人员使用雨量筒、水位计等设备，定期观 测降雨量、水位等数据。
完整性。
数据清洗
02
对数据进行预处理，如缺失值填充、异常值处理等，提高数据
的质量。
数据转换
03
对数据进行必要的转换，以满足模型输入的要求。
变化环境下流域环境水文过程及其数值模拟——以淮河和新安江流域为例
变化环境下流域环境水文过程及其数值模拟——以淮河和新安江流域为例变化环境下流域环境水文过程及其数值模拟——以淮河和新安江流域为例中文摘要：随着全球气候变化和人类活动的不断发展，流域环境水文过程发生了显著变化。
了解和模拟这些变化过程对于流域管理和水资源规划至关重要。
本文以淮河和新安江流域为例，通过对流域环境水文过程及其数值模拟的探讨，分析了变化环境对水文过程的影响，为流域管理和水资源规划提供了参考。
引言：流域环境水文过程是指流域内水分的循环和转移过程，包括降水、蒸发腾发、径流等。
由于气候变化和人类活动的影响，流域环境水文过程发生了显著变化。
例如，气候变暖导致降水量和蒸发量的增加，进而影响了河流水位和径流量；人类活动的扩张导致土壤固碳能力下降，进而影响了水文过程中的土壤水分储存和蒸发过程。
因此，了解和模拟流域环境水文过程的变化对于流域管理和水资源规划具有重要意义。
一、淮河流域环境水文过程及其数值模拟1.1 淮河流域概况淮河流域位于中国东部，是我国重要的农业生产和生态保护区。
该流域面积广阔，自然条件复杂，受到气候变化和人类活动的影响较大。
1.2 淮河流域环境水文过程的变化近年来，淮河流域的降水量和蒸发量呈现出明显的变化趋势。
降水量的年际变化较大，导致径流量的变化不确定性增加，从而影响了淮河流域的水资源分配和利用。
此外，淮河流域的土地利用变化和生态环境恶化也影响了水文过程，特别是土壤水分储存和蒸发过程。
1.3 数值模拟方法为了研究淮河流域环境水文过程的变化，研究者利用数值模拟方法对流域内的降水、蒸发和径流等过程进行模拟。
数值模拟方法基于流域的水文数据和模型，通过对模型参数的调整和策略的优化，可以模拟出流域内的水文过程及其变化规律。
二、新安江流域环境水文过程及其数值模拟2.1 新安江流域概况新安江流域位于中国华东地区，也是一个重要的农业生产区。
由于地形复杂，新安江流域的水文过程受到气候和地形的共同影响。
2.2 新安江流域环境水文过程的变化和淮河流域一样，新安江流域的水文过程也受到气候变化和人类活动的影响。
水文变异的滑动f识别与检验方法
水文变异的滑动f识别与检验方法水文变异是水文学内常见的重要现象，涵盖了水文变异的观测分析、统计学解释及它的定量的检测技术。
水文变异的检测反映了水文变异的状态，对水资源的管理和开发具有重要价值。
从传统水文变异研究中可以看出，大多数水文变异研究把变异等级分为无变异、轻微变异、中度变异和重度变异。
其中，轻微变异和中度变异是水文现象的重要特点，但是由于传统的水文变异研究的手段较为单一，使得因应这些技术的发展，很难有效的确定出水文变异的显著性。
为了全面解决水文变异的识别问题，在过去的数十年中发展了滑动f识别（slidingf-detection）技术。
此技术主要是基于滑动中心模式（sliding central pattern），以f统计量作为依据，在观测数据中分析出具有显著流变异特征的低频率变异现象。
滑动f检测技术是一种有效的对水文变异监测跨波形变异特征的方法，它基于在一个给定窗口内连续多次衡量出的f值算法，能够有效的检测出水文变异的显著性。
滑动f识别技术的主要流程步骤如下：1.确定检测的窗口：在确定检测的窗口之前，首先要确定正在监测的水文变异特征，这可以根据不同的水文变异类型来调整；2.计算f统计量：在确定的窗口内，计算f统计量；3.直方图分析：分析出各窗口计算出来的f统计量呈现的直方图，从而确定变异指数；4.检测变异显著性：分析f统计量的直方图，从而判断水文变异的显著性，从而对水文变异的研究具有重要的参考价值。
滑动f识别和检验的技术，不但能够更加有效的检测水文变异，而且还有助于为水资源管理和开发提供定量的参考价值。
滑动F测试技术有助于解决长期以来水资源管理存在的困境，并能够有效的支持水资源管理的实施。
海洋水文气象预警系统模型构建与优化
海洋水文气象预警系统模型构建与优化在当今快速发展的社会中，海洋水文气象预警系统的建设变得越来越重要。
随着气候变化的不断加剧和人类活动对海洋环境的影响日益显著，建立一个高效准确的预警系统对于保护海洋生态环境、促进海洋经济发展至关重要。
本文将介绍海洋水文气象预警系统模型的构建与优化方法，以提高预警系统的准确性和效率。
一、海洋水文气象预警系统模型构建1. 数据收集与整理构建一个可靠的海洋水文气象预警系统首先需要大量可靠的数据。
这些数据包括海洋水文数据、气象数据、海洋环境数据等，可以通过传感器、卫星遥感等手段收集。
在数据收集过程中，需要注意数据的准确性和实时性，可以利用数据质量控制方法对数据进行筛选和清洗。
2. 数据建模与分析在得到海洋水文气象数据后，需要对数据进行分析和建模。
常用的方法包括统计分析、时空分析、数据挖掘等。
通过数据模型的建立，可以挖掘数据中的潜在规律和趋势，帮助我们理解和预测海洋水文气象变化。
同时，还可以利用模型来评估不同因素对海洋水文气象的影响程度，为预警系统提供科学依据。
3. 模型验证与优化模型验证是保证预警系统准确性的重要环节。
通过与现有的观测数据进行对比和验证，可以评估模型的准确性和可靠性。
如果模型存在不足之处，可以通过模型优化的方法进行改进。
模型优化的方法包括参数调整、算法改进、模型融合等。
通过优化模型，可以提高预警系统的准确性和预测能力。
二、海洋水文气象预警系统模型优化方法1. 数据同化方法数据同化是指将观测数据与模型数据进行有效融合，提高模型预测的准确性。
常用的数据同化方法包括卡尔曼滤波、变分同化等。
通过数据同化方法，可以将观测数据的精度传递到模型中，提高预警系统的准确性。
2. 多模型融合海洋水文气象预警系统可以建立多个模型，并将它们的预测结果进行融合。
多模型融合可以减小单一模型的不确定性，提高预警系统的稳定性和可靠性。
常用的多模型融合方法包括加权平均法、模型集成法等。
3. 智能优化算法智能优化算法是一类基于自然界生物现象或行为的优化方法，包括遗传算法、粒子群优化算法等。
水文时间序列变点识别的一种稳健方法
水文时间序列变点识别的一种稳健方法
王惠惠
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2008(032)032
【摘要】针对目前水文时间序列变点识别研究中忽略了方法的稳健性,未能充分考虑异常值的影响的不足.提出了利用一种高度稳健的高斯混合密度分解算法来识别水文时间序列中的变点,并以此来研究水文时间序列均值的突变.该方法的核心是根据观测到的资料,通过逐步挖掘服从不同正态分布的时间序列分支,将均值变点的识别问题转化为混合正态密度的聚类问题.从而达到估计变点的位置以及自动获得变点的数目估计的目的.实例计算结果表明,该方法对舍有噪声的时间序列数据,仍能准确识别变点的位置.较好地解决了水文序列变点识别的稳健性问题.
【总页数】2页(P173-174)
【作者】王惠惠
【作者单位】宁夏大学教育科学学院,宁夏,银川,750021
【正文语种】中文
【中图分类】P64
【相关文献】
1.回归模型中变点识别的一种稳健方法 [J], 王惠惠;魏立力
2.短样本多指标动态经济数据变点的一种识别方法 [J], 汪永新
3.时间序列中方差的结构变点的小波识别 [J], 王景乐;刘维奇
4.水文时间序列变点分析的贝叶斯方法 [J], 熊立华;周芬;肖义;郭生练
5.基于遗传算法的水文时间序列变点分析方法 [J], 金菊良;魏一鸣;丁晶
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