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研究生: 謝章廷
Hsieh, Chang-ting
論文名稱: 應用雷達降雨於分佈型水文模式與不確定性分析
Application of Radar Rainfall on Distributed Hydrological Model and Uncertainty Analysis
指導教授: 游保杉
Yu, Pao-shan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 116
中文關鍵詞: 空間分佈雷達降雨分佈型水文模式微基因演算法敏感度分析不確定性分析
外文關鍵詞: Radar rainfall, Spatial distribution, Sensitivity analysis, Distributed hydrological model, Uncertainty analysis, Micro-genetic algorithm
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  • 本研究乃應用雷達降雨資料於分佈型水文模式,以考慮降雨在空間分佈上不均勻之特性,並探討傳統地面雨量站與雷達降雨之雨量空間分佈,對於模式的不確定性影響程度。本研究利用微基因演算法(μGA)針對基隆河五堵上游集水區2005年發生之六場颱洪事件進行模式率定,並採取交叉驗證方式進行比較,發現以雷達降雨資料作為輸入雨量的模擬結果皆優於地面雨量資料的模擬結果。由於僅以六場事件進行參數率定,可能在未來使用上遭遇降雨或者集水區的情況超越模式所率定出之範圍,故需瞭解模式輸出的不確定性。本研究採用拉丁超立方取樣法進行分析,建立模擬歷線的不確定性區間以作為參考。發現驗證場次中,雷達雨量能使大部分觀測流量歷線均能落於其不確定性區間內,其結果優於地面雨量。參數敏感度分析方面,分別採局部與全域敏感度分析進行四個參數Cs(漫地流蓄水時間修正係數)、Cc(渠道流蓄水時間修正係數)、Ch(起始入滲率與臨前條件之修正係數)與Ci(入滲容量與土壤不確定因素修正係數)的敏感度探討,發現局部與全域敏感度最高者皆為參數Cc。因此針對參數Cc與集水區物理特性關係相結合,縮小其搜尋時之邊界,使此參數的搜尋空間具其物理意義。重新率定並進行不確定性分析,結果顯示其不確定性區間有明顯的縮減,且優於原先使用開放性搜尋空間的結果。

    This study is to apply both radar and raingauge rainfall on distributed hydrological model and discuss the uncertainty analysis caused by various type of rainfall inputs. Six historical storm events happened at 2005 in Kee-long River are provided the database for this study. The model parameters were calibrated by using Micro-Genetic Algorithm (μGA). Analysis results from the cross validation indicated that using the radar rainfall as input will have better model performance than using the raingauge rainfall.
    The model in the future will be applied on the storm event, whose characteristic is outside of these six storm events used for model calibration in this work. Uncertainty analysis caused by model calibration parameters is further investigated. The Latin hypercube sampling technique (LHS) was utilized to build uncertainty bounds of estimated hydrograph. The uncertainty analysis results indicated that most of the observed hydrographs can be located in the uncertainty bounds; furthermore the model output using radar rainfall as input is better than traditional raingauge rainfall. The four parameters, overland flow storage parameter (Cs), channel storage parameter (Cc), initial infiltration rate correction parameter (Ch) and infiltration capacity correction parameter (Ci), were further examined by local and global sensitivity analysis. The parameter Cc was found to be most sensitive than the other parameters. For this reason, the searching domain of parameter Cc was reduced by the physical property of basin. The new calibration and uncertainty analysis results indicated the uncertainty bounds are effective reduced and the performance are better than prior results.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 誌 謝 iv 目 錄 v 表目錄 viii 圖目錄 x 第一章 緒 論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 本文組織 5 第二章 研究區域與水文模式之基本理論 7 2-1 流域概述 7 2-1-1 地形構造與地質結構 8 2-1-2 氣象及水文特性 8 2-2 逕流模式之流域特性描述 9 2-3 降水損失 13 2-3-1 修正荷頓公式 14 2-3-2 入滲參數推算 16 2-4 水流基本方程式 17 2-4-1 漫地流演算 17 2-4-2 渠道流演算 20 2-5 員山子分洪演算說明 23 第三章 雷達雨量介紹與空間分佈特性探討 31 3-1 氣象雷達觀測原理與應用 31 3-1-1 散射原理 32 3-1-2 雷達範圍方程式 33 3-1-3 估計降水量 35 3-2 QPESUMS系統 37 3-2-1 功能簡介 37 3-2-2 雷達回波估計雨量方法 39 3-2-3 雷達產品資訊 39 3-2-4 QPESUMS二度分帶坐標格網繪製 40 3-3 降雨空間分佈差異性比較 42 3-3-1 單點雨量特性之比較 42 3-3-2 面雨量特性之比較 45 第四章 水文模式參數率定與驗證 59 4-1基因演算法(Genetic algorithms,GA) 59 4-1-1 基因運算與元素組成 60 4-1-2 微基因演算(Micro-GA,μGA) 64 4-2 模式之率定與驗證 66 4-2-1 雷達雨量與地面雨量率定結果比較 66 4-2-2 交叉驗證結果分析 68 第五章 不確定性與敏感度分析 81 5-1 不確定性分析 82 5-1-1 拉丁超立方取樣法 82 5-1-2 結果分析與討論 82 5-2 敏感度分析 83 5-2-1 局部敏感度分析 83 5-2-2 拉丁超立方取樣法之全域敏感度分析 85 5-3 模式參數之物理特性分析 86 第六章 結論與建議 109 6-1 結論 110 6-2 建議 111 參考文獻 112

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2007-07-11公開
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