[发明专利]一种地下水模型输出不确定性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型输出不确定性分析方法，具体涉及一种对地下水模型输出不确定性分析方法。

背景技术

随着数值模拟方法及计算机技术的发展，地下水模型已经成为地下水资源管理与规划的基本工具。地下水系统是一个复杂、开放的巨系统，它受到水文、气象、地质条件及人类活动的影响。由于观测资料的限制，当利用地下水模型进行数值模拟时，模拟结果往往与实际观测存在偏差，即地下水模型的不确定性，从而影响地下水模拟的可靠性。因此，为了降低地下水模拟与预测的风险，地下水模型的不确定性分析成为当前国内外研究的热点。

目前，地下水模型不确定性分析的方法主要有：①参数不确定性分析方法，对由模型参数、边界条件等导致的不确定性进行分析，对模型输入参数的后验概率分布进行反演，并对模型的输出进行预测（Beven, K., Freer, J., 2001. Equifinality, data assimilation, and uncertainty estimation in mechanistic modeling of complex environmental systems using the GLUE methodology. J Hydrol, 249(1-4): 11-29; Hassan, A.E., et al, 2008. Uncertainty assessment of a stochastic groundwater flow model using GLUE analysis. J Hydrol, 362(1-2): 89-109）；②概念模型不确定性分析方法，考虑模型结构的不确定性，综合多个概念模型的结果进行不确定性预测（Rojas, R., et al, 2008, Conceptual model uncertainty in groundwater modeling: Combining generalized likelihood uncertainty estimation and Bayesian model averaging, Water Resour Res, 44(12); Ye, M., et al, 2010, A Model-Averaging Method for Assessing Groundwater Conceptual Model Uncertainty, Ground Water, 48(5), 716-728）；③模型输出的敏感性分析方法，对模型的输出（如水位、浓度）进行敏感性分析，识别地下水模型的不确定性因子（Mishra, S., et al, 2009, Global Sensitivity Analysis Techniques for Probabilistic Ground Water Modeling. Ground Water, 47(5): 730-747）。这些方法被广泛应用于地下水数值模拟领域，且受到水文学者们的认同。尽管如此，这些方法不能对地下水模型输出的概率分布特征及其影响因子进行分析。模型输出的概率分布特征作为模型不确定性的最终表现形式，决定了模型模拟及预测的准确性和精确性。并且，模型输出概率分布的影响因素能够更好的理解地下水模拟不确定性的产生及来源。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够更好地理解模型不确定性的来源，识别地下水模型的关键不确定性因子，从而控制不确定性产生的地下水模型输出不确定性分析方法。

技术方案：本发明所述的地下水模型输出不确定性分析方法，包括以下步骤：

频率分析：

（1）在地下水模型输出变量的频率分析过程中，选用正态、对数正态、gamma-2，对数gamma-2、p-III、对数p-III及均匀分布作为备选的概率密度函数；

（2）根据最大熵原理（Principle of Maximum Entropy, POME），对正态、对数正态、gamma-2，对数gamma-2、p-III、对数p-III及均匀分布函数进行参数估计；

（3）选择Chi-squared检验，为地下水模型输出变量选择合适的概率密度函数；

敏感性分析：

（4）选择逐步回归分析方法，对地下水模型输出变量的概率分布特征与模型输入变量进行线性相关分析；

（5）选择互熵分析方法，对下水模型输出变量的概率分布特征与模型输入变量的相关关系进行分析。