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水 利 学 报

２０２５年 ３月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ３期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０３ － ０３８７ － １１

基于 ＭＤＵＰＬＥＸ － ＬＳＴＭ 的非一致条件下的水库出流模拟

余昕鹏，吴书悦，赵建世
（清华大学 水利水电工程系，北京 １０００８４）

摘要：对于建有水库的流域开展水文模拟时，合理模拟水库出流过程对于流域径流的准确模拟至关重要。在气候
水文条件和人类活动非一致的状况下，如何合理模拟水库出流过程有待深入探索和研究。本文以黄河上游的多年
调节水库龙羊峡水库和 年 调 节 水 库 刘 家 峡 水 库 为 研 究 对 象，提 出 了 耦 合 确 定 性 数 据 集 划 分 算 法 与 机 器 学 习 的
ＭＤＵＰＬＥＸ － ＬＳＴＭ水库调度模拟方法。结果表明，ＭＤＵＰＬＥＸ － ＬＳＴＭ 能够学习历史时期不同水文情势下的水库实
际调度规律，采用该方法模拟龙羊峡和刘家峡两座水库的日尺度出流过程，ＮＳＥ分别达到 ０．８４和 ０．７３，模拟精度
高，且在率定、测试、验证集上的模拟精度非常接近，鲁棒性高。
关键词：水库出流模拟；机器学习；ＬＳＴＭ；ＭＤＵＰＬＥＸ；水库调度；黄河上游
中图分类号：ＴＶ６９１
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２８６
１ 研究背景

水库蓄水和径流调节对陆地水文循环产生了深远的影响。２０世纪全球建造的水库库容总量约在
３
７０００至 １００００ｋｍ 之间 ［１］ ，约占每年向全球海洋输水量的六分之一 ［２］ 。截至 ２０２３年底，我国已建成
各类水库约 ９．４９万座，其中大型水库 ８３６座（数据来源：２０２３年全国水利发展统计公报）。水库调度
改变了河道水量的时空分配，也对陆地海洋水循环过程产生了影响 ［３］ 。对于建有水库的河流流域开展
水文模拟时，考虑水库调度的影响能够显著提升水文模拟的精度，也有助于探究气候变化和人类活动
对水循环和生态环境的影响。目前，在流域径流过程模拟领域，仍缺少通用且可靠的水库出流建模
方法。
在对水库出流、降雨径流等水文过程进行建模时，需要对模型进行校准。已有研究通常是用率定
集数据进行模型参数估计，再用验证集数据评估模型的性能，因此模型性能的评估结果可能取决于率
定集和验证集的数据分配 ［４］ 。以往构建水文模拟模型时，通常选择时间上连续的两段数据分别作为率
定集和验证集，模型在验证集上的性能往往与率定集不一致 ［５］ ，模型的鲁棒性有待提高。Ｇｕｏ等 ［６］ 研
究揭示了产生这一现象的原因，不同时间段的气象水文条件可能存在较大差异，因此率定集和验证集
的数据统计分布并不一致。
为避免存在这种问题，一些不遵从时间连续准则的数据划分算法被尝试运用在水文模型构建中，
如确定性 ＤＵＰＬＥＸ算法 ［７］ 、随机 ＳＢＳＳ － Ｎ方法 ［８］ 、随机 ＳＢＳＳ － Ｐ算法 ［９］ 等，但这些算法不能完全改
善模型在率定集和验证集上的表现差异。而 Ｚｈｅｎｇ等 ［９］ 提 出了 一种 确定 性数 据分 配 算 法 ＭＤＵＰＬＥＸ
（ＭｏｄｉｆｉｅｄＤＵＰＬＥＸ），该方法能够保证率定集和验证集的数据统计分 布一 致。测试 结 果 表明，基于

收稿日期：２０２４ － ０５ － １４；网络首发日期：２０２５ － ０２ － １３
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２５０２１３．１３４５．００１
基金项目：国家自然科学基金项目（黄河水科学研究联合基金）（Ｕ２２４３２１５）；河南省黄河流域生态环境保护与修复重点实验室开
放基金项目（ ＬＹＢＥＰＲ２０２４０４）
作者简介：余昕鹏（ ２００２ － ），博士生，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙｘｐ２３＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：吴书悦（１９９３ － ），博士，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｔｈｕｗｓｙ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ

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