时间分数圣维南方程通过模型比较和现场数据揭示了水文仪减速的物理基础
Hui Wei1,2, Song Wei3,4, Qi Wang5,6
1School of Mathematics and Computing Science, Guilin University of Electronic Technology, Guilin, 541004, China.
新型分数顺序圣维南方程 (FSVEs) 有效地模拟河流水力学,改善峰值衰减和尾部模拟. 这些代理模型为复杂的河流网络提供实用,准确的升级,在更少的数据中超越传统方法和机器学习.
科学领域:
- 水文学和流体动力学 流体动力学
- 计算数学 计算数学 计算数学
- 环境工程 环境工程
背景情况:
- 传统的河流水力学模型与复杂的因素和水文图表作斗争.
- 分数圣维纳特方程 (SVEs) 提供了节的升级,但缺乏物理解释和实际应用.
- 需要先进的建模技术来准确模拟河流流动力学.
研究的目的:
- 引入新的分数顺序圣维南方程 (FSVEs) 进行增强的河流流量模拟.
- 开发和评估三种FSVE模型:恒定,温和和可变的时间分数SVE (CtFSVE,TtFSVE,VtFSVE).
- 评估FSVEs在捕捉峰值衰减和尾部等水文图表特征方面的性能.
主要方法:
- 开发了基于分数计算的三个时间分数SVE模型 (CtFSVE, TtFSVE, VtFSVE).
- 进行了数值实验来分析分数导数顺序对水文图特征的影响.
- 通过使用真实世界水文图数据验证的FSVEs,并与LSTM和DDCM比较性能.
主要成果:
- 较低的时间分数导数值导致更强的流量保留,延迟的峰值和明显的尾巴.
- 与LSTM和DDCM相比,CtFSVE在用最小的数据捕捉复杂的动态方面表现出卓越的性能.
- 在现实数据上,FSVEs的预测准确度很高,对于复杂的河流网络来说非常实用.
结论:
- 分数级圣维南方程是复杂河流系统中表面流量升级的有效代理模型.
- FSVEs为传统模型提供了实用和准确的替代方案,需要参数校准,但在复杂的场景中表现优于它们.
- 开发的分数引擎在没有详细的异质性映射的情况下模拟河流水力学方面具有前景.
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