第三章 氣象合成模式建立
4.4 模式參數設定
本節說明 GWLF 模式及 NTU_WH 模式中使用之參數取得方式與推估方式，在 GWLF 模式中所使用之參數較少，可由查表或簡單的計算推估得到，而在 NTU_WH 模 式中，除了需水集水區之土壤資料之外，有些參數需進行檢定驗證，因此在 NTU_WH 模式中以歷史流量與模擬流量之最大 Nash-Sutcliffe 模式效率係數為目標函數，以各參 數之範圍為限制是建立優選模式，並以模擬退火法(Simulated Annealing)優選所需參數。
4.4.1 GWLF 模 式 參 數 說 明
GWLF 模式所需之參數為退水係數、CN2 值、生長季節決定與日照時數設定。CN2 值可由土壤類型及土地利用情形，由附錄1 之表 1 至 5 中查詢得到，然而，在一個集水
區內，並不會只單一土壤類型及單一土地利用型態，因此需先找出不同土地利用之 CN2 (4-31)計算出集水區之 CN2 值後，配合臨前土壤水分含量，則可利用式(4-4)至式(4-6)求 出 CN 值。
表 4-2 NTU_WH 模式所需參數
參數 決定方法
土壤初始含水量 依據土壤初始條件設定。
凋萎點含水量 依據土壤類型，由附錄1 表 7 中查詢。
田間含水量 飽和水力傳導係數
土壤飽和含水量 依據土壤類型，由附錄 1 表 7 中查詢，但表格中土壤飽和 含水量為一範圍，因此需透過參數檢定求得，但檢定值應 落於範圍內。
吸力水頭(suction head)
含水層厚度 含水層厚度為根層深度，模式中預設為100 公分。
CN 值 由附錄1 表 1 以至表 5 查詢，透過式(4-32)求出集水區之 CN2 值，再由式(4-4)至式(4-6)決定 CN 值。
退水係數 由GWLF 模式推估退水係數方法求得。
Qlag 待檢定之參數。
ratio
PC
由於模式分為日時間尺度及小時時間尺度兩種不同時間尺度，因此在進行參數優選 時先以日雨量及日流量優選孔隙率、吸力水頭、Qlag及PCratio，當日時間尺度之參數確 定後，再進行小時時間尺度之模式參數優選，而在小時時間尺度之模式參數優選時，由 於土壤之孔隙率及吸力水頭並不會因為不同時間尺度而有不同，因此僅針對Qlag及
ratio
PC 兩參數進行優選。
研究中以模擬退火法(Simulated Annealing)進行，模擬退火法為 Metropolis(1953)於 1953 年模仿物體從高溫狀態下退火結晶的過程提出之模擬退火法之理論，Metropolis 認 為在結晶過程中，每一次結晶出來之形體，都是以前一次之結晶為基準改變而成，故每 一時期之狀態，皆與前一時期有關之現象，Kirkpatrick 等人(1983)將模擬退火法應用在 大尺度組合優選之問題上，其後模擬退火法陸續地被應用於不同領域之優化求解問題上。
相對應於物理的退火過程，解的集合就好像是固體的型態，最佳解之搜尋，也就是固體 重新結晶成最穩定的型態，在高溫狀態下固體內的粒子擁有高活性，隨意重組型態，便
如同演算搜尋解初期設定系統處於高溫狀態，其解集合內欲最佳化之參數擁有高度的可
優選之目標函數為模擬之逐旬流量與實際逐旬流量之 Nash-Sutcliffe 模式效率係數 (Nash–Sutcliffe model efficiency coefficient)，Nash-Sutcliffe 模式效率係數為 Nash 與 Sutcliffe(1970)提出之評估模式效率之係數，其計算方式如式(4-33)：
Nash-Sutcliffe 模式效率係數越接近 1 表示模擬值與實際值越接近，因此以最大之 Nash-Sutcliffe 模式效率係數為目標函數值(式(4-34))進行優選，在限制式的設定上則以參 實際流量比較之 Nash-Sutcliffe 模式效率係數再與目前解比較，如鄰近解較目前解為佳 則無條件移到此鄰近解，然如鄰近解較目前解為差，則由移步機率決定是否移步至鄰近 解，移步機率決定方式以式(4-35)計算。