综合多源不确定性的洪水概率预报试验

为探究多种不确定性因素综合影响下洪水概率预报的实现方法及其适用性,利用2003—2020年史灌河流域多场次洪水开展模拟试验,在量化降雨输入、模型参数及结构不确定性程度的前提下,基于MCMC(Markov chain Monte Carlo)方法融合各来源不确定性实现洪水概率预报,并分别基于覆盖率、确定性系数指标评估预报结果的可靠性及预报精度。结果表明:综合多源不确定性洪水概率预报的5%~95%置信区间,能够较为稳定也包络预见期内洪水发展变化过程,有效降低误报、漏报的可能性;均值预报结果所提供确定性的预报洪水略优于原始的单一模型预报结果,进一步提高了洪水预报成果的可靠性及参考价值。     

考虑降雨不确定性的洪水概率预报方法

基于流域雨量站网布设的抽站法原理,推导以面雨量计算值为条件的面雨量真值的概率分布,用以描述现有测站数目条件下流域面雨量计算的不确定性。在此基础上,结合确定性预报模型,展开洪水概率预报研究。以淮河黄泥庄流域为研究对象,对该方法进行应用,结果表明:该方法不仅可以实现任一时段流域面雨量真值概率分布的估计,描述面雨量计算的不确定性;同时,通过与水文模型(如新安江模型)耦合,结合Monte-Carlo抽样技术,可以实现预报流量概率分布的估计,从而实现洪水概率预报。     

Nash模型参数不确定性分析及概率洪水预报

针对通常水文预报过程参数的不确定性问题,利用贝叶斯理论,结合自适应采样的马尔可夫链蒙特卡罗方法来研究Nash模型参数的不确定性,并进行概率洪水预报。实例研究表明,该方法能充分利用已知的后验信息获取Nash模型参数的不确定性,得到其后验分布。根据获得的参数后验分布可实现概率洪水预报,同时给出各时刻洪水流量的均值和方差的预报值,为估计各种防洪决策的风险提供了依据。     

贝叶斯概率洪水预报系统

贝叶斯概率洪水预报系统考虑预见期内定量降水预报不确定性和水文模型及参数等水文不确定性,通过全概率公式将两者结合起来得到预报概率密度函数。通过实例研究,结果表明该法为防洪决策提供了可靠的理论依据,实现了预报与决策过程的有机耦合,可显著提高洪水预报精度。     

在洪水预报中的应用与改进

为了实现概率洪水预报,采用贝叶斯预报系统(BFS)中的水文不确定性处理器(HUP),对水文预报的不确定性进行分析.采用新安江模型作为确定性水文模型,以贝叶斯理论为工具,在先验分布和似然函数确定的基础上,最终得到后验分布,从而实现了概率预报.针对预报结果的特点,提出了BFS的改进方案,最后将模型应用于密赛流域.应用结果表明,BFS能够有效地提高预报精度,而改进的BFS能够进一步提高预报精度.     

钻井地质参数的不确定性表征及分析方法

钻井地质参数是钻井工程设计的基础数据,由于地层的复杂性、预测模型的精度以及解释资料的误差等问题,地质参数的解释评价结果误差客观存在,其真值会分布于某区域内。首先提出钻井地质参数不确定性的概率分布和不确定度两种描述方法;然后基于层序地层学、概率统计等相关理论和方法,将同组地层内某段地层作为样本区间,区间内的地质参数作为一组测量样本,建立地质参数不确定性分析及量化描述方法,并基于信息扩散原理确定钻井地质参数的概率分布函数。实例分析表明,建立的钻井地质参数不确定性定量描述及分析结果更切合工程实际。     

水文预报不确定性的研究进展与展望

本文归纳了水文预报不确定性的来源与分类,综述了国内外对水文预报不确定性的研究进展以及相关文献、方法与模型,展望了水文预报不确定性研究的发展前景.水文预报的不确定性始终存在,并制约防洪调度决策的正确性,水文预报结果应该描述为概率的而不是确定的形式,概率水文预报实现了预报与决策的耦合.     

洪水预报误差分布的极大熵法

首先根据实际洪水预报误差出现在有限区域的特点,应用极大熵原理,建立了洪水总量预报误差分布的极大熵模型;通过几个不同流域的计算,得出随着降雨量的增大,产流预报误差趋于一个稳定值的结论. 同时将该模型计算的分布与正态分布进行了比较,结果表明用极大熵法求得的误差概率分布能更好地描述洪水总量预报误差的分布特性,可以根据实际降雨量的大小确定不同的最大不确定性的误差分布,为分析不同量级洪水预报的风险提供依据.     

ECMWF集合预报在淮河蒋家集流域的应用

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合降水预报产品(预见期为10 d),提取淮河蒋家集以上流域的预报数据并进行降尺度处理,驱动洪水预报模型,对2008年8月的一次洪水过程进行模拟预报。为探讨ECMWF集合降水预报驱动洪水预报模型的应用效果,将模拟预报的结果与仅采用地面降水观测数据驱动模型的模拟结果进行对比分析。结果表明:采用ECMWF集合降水预报后,洪水模拟预报精度有明显改进,可使洪水预见期提前48 h;洪水模拟预报流量过程线能刻画洪水预报的不确定性范围,可为防洪减灾提供科学决策依据。     

优选雨量站权重改进降雨输入的洪水预报方法

降雨是驱动水文模型进行洪水预报的重要输入数据,降雨资料短缺给洪水预报工作带来极大挑战．引入边缘雨量站降雨数据,基于随机优选方法,构建优选雨量站权重改进降雨输入的新安江模型,对资料短缺流域进行洪水预测,并在石灰窑以上流域进行试验研究．与泰森多边形权重相比,优选权重改进降雨输入的产流预报精度有显著提高,率定期、验证期产流合格率分别从60%、40%提高至100%、60%,汇流预报精度略有提升;改进降雨输入后的新安江模型的优选参数更符合流域产汇流特征,提升了模型参数的合理性．所提优选雨量站权重改进降雨输入的洪水预报方法,对类似降雨资料短缺流域洪水预报具有重要的参考价值．     

耦合TIGGE降水集合预报的洪水预报

耦合数值降水预报信息的洪水预报延长了预见期,为防洪调度赢得了宝贵的决策时间.但"单一"的降水预报具有较大的不确定性,即基于"单一"的降水预报所做出的调度决策可能不是优化的,甚至可能会出现较大的偏差,因此在洪水预报中引入了降水集合预报信息来考虑相应的降水不确定性.文中以桓仁水库以上流域为试验流域,将欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的降水集合预报数据驱动新安江模型,得到预报径流的区间范围,为决策者提供更多有用的风险信息.计算结果表明,ECMWF降水集合预报可用于洪水预报,且能较好地描述洪水预报的不确定性.根据集合平均降水预报的特点,对集合平均降水数据进行了修正,并将修正后的集合平均数据驱动水文模型,其预报效果有了很大的改善.     

洪水预报误差置信限与误差评定方法研究

在实时洪水预报调度中,洪水预报误差的统计特性和误差置信限对调度风险的确定影响较大,为此,以三花间伊河卢氏流域为例研究了洪水预报误差的统计特性和误差置信限问题,结果表明,洪水预报误差通常具有有偏概率分布的特点,用现行水情预报精度标准及误差置信限评定方法对其进行评定时可能会出现两种不同的结果,但误差置信限评定方法比现行水情预报精度标准更为严格。     

基于性能的重力坝随机地震反应概率特征

基于概率分析方法,对水工重力坝动力反应参数进行了随机描述,提出了重力坝随机地震反应的概率特征分析方法,并得到了其概率分布特征和规律．首先统计分析了国内典型重力坝场区地震危险性资料,得出了场区水平地震加速度与年超越概率的近似关系式,为概率地震反应计算提供了基础;然后,以一定数量的强震波为随机动力输入。以工程中较为关注的动力特征响应量为工程反应参数,按照非线性动力响应分析、不同烈度下动力反应参数最值统计规律和概率分布特征假设检验以及工程反应参数的年超越概率这3个层次进行重力坝的概率地震反应及其概率特征分析．结果表明：在设计关心的地震强度范围内,以水平地震加速度表征的地震危险性曲线近似服从幂指数关系：经检验,选定的重力坝工程反应参数服从对数正态的概率分布特征;计算得到的年超越概率曲线可以合理评估重力坝在地震中发生各种破坏的可能性．     

经验性洪水预报模型在陆浑水库的应用及其与小花间洪水预报模型结果对比

在对陆浑水库经验性洪水预报模型介绍的基础上,根据历史数据及流域地貌信息确定了模型参数,对1975-2011年25场洪水的计算结果与实测值进行了对比,同时对2003-2011年的7场洪水预报结果与黄委水文局小花间洪水预报模型预报结果进行了对比.结果表明:两模型模拟结果精度相差不大,都能满足预报精度要求,7场洪水小花间洪水预报模型模拟结果整体效果稍好,尤其是洪水过程与实测过程比较吻合;经验性洪水预报模拟结果稍差,但误差在可接受范围之内.两个模型都具有一定实用性,建议两模型联合运用,将小花间洪水预报模型的洪水预报结果作为指导水库防洪调度的主要依据,经验模型的预报结果作为参考.     

五强溪水库近坝区洪水预报方法研究

针对五强溪水库近坝区洪水预报难度大、预报精度难以满足实际需求的现状,基于历史暴雨中心分布与流域产汇流特征划分单元流域,采用三水源新安江模型构建入库洪水预报新方案进行参数率定和历史洪水模拟,并综合剖析了洪水预报误差的主要原因。研究结果表明,构建的洪水预报新方案能够取得较高的洪水预报精度,在2021年实时洪水预报作业中取得了良好的应用效果。流域内水利工程泄洪资料的缺失是目前造成洪量及洪峰模拟误差的主要原因。     

基于栅格型新安江模型的中小河流精细化洪水预报

为提高中小河流洪水预报的精细化水平,以栅格型新安江模型（GXM）为基础,考虑沿程水流再分配、库塘坝蓄泄及河道特征对产汇流过程的影响,采用针对性的定量化模拟方法,并基于模型参数与下垫面特征的定量关系,对模型参数空间分布进行推衍。以安徽横江为例,对GXM的精细预报能力进行验证。结果表明：GXM不仅可以实现对屯溪出口断面洪水过程的高精度预报,也可以不经重新率定,实现对流域内部嵌套断面洪水过程的高精度预报;GXM能够预报流量、土壤含水量、流速等不同水文要素的时空分布,可为中小河流洪水防控提供丰富的预报产品。     

船舶结构腐蚀检测及腐蚀模型不确定性分析

针对经典的概率论不能有效地处理检测概率的参数不确定性问题，提出了定量分析检测概率参数不确定性问题的贝叶斯方法，并以威布尔分布形式的检测概率为例，推导了量化参数不确定性的放大系数的计算公式。针对传统的数据分析法及专家判断法不能分析模型不确定性更新问题，基于无损检测信息采用贝叶斯更新方法量化了检测概率分布函数的统计模型不确定性，得到了检测概率统计模型权重的后验概率及相应的分布参数的后验概率密度函数。最后提出了分析船体结构腐蚀多层次模型不确定性问题的全概率模型法，并用算例证明了所提方法的有效性。     

基于模糊聚类和BP神经网络的流域洪水分类预报研究

传统的流域洪水预报大都通过率定一组水文模型参数来寻求一个流域径流形成的一般性或平均化规律,其预报精度需要进一步提高.用模糊聚类ISODATA迭代模型将历史洪水分为若干类型,进行水文预报模型参数的分类调试;并建立BP神经网络分类模型判断实时洪水所属类别,选择其相应类别的模型参数实现流域洪水的分类预报.在辽宁省大伙房水库流域的实际应用表明:此方法不但可以实现洪水实时在线分类而且提高了流域整体洪水预报精度,是一种为水库实时调度提供可靠依据的有效洪水预报方法.     

WRF3.0参数化敏感性及集合预报试验

为了研究WRF模式中的参数化方案对暴雨数值模拟的影响及物理过程集合预报在WRF降水集合预报中的适用性,利用中尺度WRF3.0数值模式,将模式中的物理过程参数化方案进行组合,构造了20个集合预报成员,对2003年7月8、9日发生在江淮地区的一次降水过程进行了集合预报试验。得到:集合成员之间存在一定的不确定性,不确定性随降水量级增大而增大,最终维持在一个较高的水平;通过定量比较发现,对于0.1 mm量级降水和25 mm以上量级降水,积云对流参数化方案对降水的影响要大于行星边界层方案对降水的影响;而对于10 mm量级降水,行星边界层方案对降水的影响要大于积云参数化方案对降水的影响。对20个预报成员进行了集合平均及降水概率预报试验,结果表明,集合平均的结果要比各个成员的稳定、可靠;概率预报能够提供一些有利于降水预报的信息。     

冰雪融水与雨水混合洪水的预报方案

基于NAM融雪径流计算思路,改进了SRM融雪径流模型,使SRM与三水源新安江流域预报模型形成统一整体,构建了冰雪融水与雨水混合洪水预报模型.为进一步提高洪水预报精度,弥补积雪量、气温等相关因子实测资料的不足,考虑运用实测水位(流量)资料进行实时校正.同时运用卫星遥感图及GIS系统工具,结合模型参数调试,实现模型参数的确...