非平稳性条件下设计洪水地区组成分析

针对非平稳性条件下不同区域洪水间组合设计值计算难题，采用Copula函数构建了可综合考虑不同区域洪水边缘分布非平稳性和洪水间相依结构非平稳性的变参数Copula模型，分析了不同区域洪水间联合分布规律随时间的演变特征。基于等可靠度法和条件期望组合法，提出了变化环境下设计洪水地区组成分析方法，实现了非平稳性条件下不同区域洪水组合设计值的计算。以寸滩站和宜昌站年最大15 d洪量系列为例，分析了两站洪量及其区间洪量的变化特征。结果表明，寸滩站和宜昌站的洪量系列均具有减少趋势，两站洪量的联合分布随时间变化，指定重现期对应的宜昌站、寸滩站及寸滩—宜昌区间洪水设计值随使用年限的增加而减小。     

基于TVM的西北江三角洲地区非一致性洪水频率分析

为探讨非一致性洪水频率分析方法,选取1960-2009年西北江三角洲主要控制水文站马口站和三水站逐年最大日流量序列,运用基于时变矩(TVM)的方法,研究了西北江三角洲地区非一致性洪水频率分析问题,就指定设计流量下重现期变化和指定重现期下设计流量变化进行分析,揭示了变化环境背景下设计洪水的响应规律,并与传统水文频率分析方法结果进行对比,结果表明:1 TVM方法考虑到水文序列特征参数随时间发生变化,能较好反映变化环境下水文要素特征值的非一致性特征;2西北江三角洲马口站和三水站指定流量标准下重现期越来越短,而指定重现期标准下设计流量值越来越大,这一现象与近年来该地区极端水文事件频发的事实相符。     

洪峰流量与水位不同遭遇条件下的防洪设计

采用Archimedean Gumbel-Hougaard copula函数和Kendall分布函数分析洪峰流量和洪峰水位联合分布的重现水平。以西江高要水文站1951-2010年的年最大洪峰流量和相应洪峰水位为例,计算了二者联合分布下的"或"重现期、"且"重现期和Kendall重现期及其最可能的设计值。主要结论如下:(1)洪峰流量和洪峰水位的遭遇条件概率显示存在着多种防洪设计标准;(2)对比"或"联合重现期和"且"重现期,Kendall重现期更准确地反映了Q-H组合的风险率;(3)以出现最大概率原理推算的不同洪峰流量和水位遭遇概率组合的Kendall重现期设计值为多种防洪标准选择与风险管理提供了更多的参考依据。     

洪水峰量联合分布的4种重现水平对比

基于Archimedean copula函数、Kendall和生存Kendall函数对比分析洪峰和洪量联合分布的四种重现水平。以增江麒麟咀水文站年最大洪峰与相应的洪量样本为例,择优选用Gumbel-Hougaard copula计算洪水峰量联合分布的"或"重现期、"且"重现期,Kendall重现期和生存Kendall重现期及其最可能的设计洪水值。对比不同的洪水重现期发现:(1)相对于"或"联合重现期,Kendall重现期能更准确地反映洪水峰量联合分布的风险率;(2)相对于"且"联合重现期,生存Kendall重现期可更准确地反映洪水峰量同时超阈值的风险率;(3)按目前有关规范设计要求的单变量洪水要素设计值已达安全标准,按两变量"或"重现期和两变量洪水同频率设计值推算的洪水设计值偏高,以最大可能概率推算的两变量洪水要素的Kendall重现期和生存Kendall重现期设计值可为防洪工程安全与风险管理提供新的选择。     

汛期洪水的二变量联合分布与应用

为在气候变化下更好地描述流域汛期洪水的概率变化特性,达到防洪和洪水资源化的统筹安排,考虑水文事件的相依性和多元化,采用Copula函数理论,结合第Ⅰ型Gumbel分布,研究淮河蚌埠站以上流域1915年到2008年的汛期洪水。研究结果表明:汛期洪量和洪峰的理论联合概率与实测资料联合频率拟合很好;同时探索了洪水联合分析的实际应用:一方面根据联合分布提出"等效水文情景"的概念,以更好地体现水文事件的不确定性和水文变量组合的概率等效性;另一方面论证联合重现期可作为单变量重现期的区间估计,为二元分析的洪水量级划分和洪水的联合风险分析以及工程设计提供一条新思路。     

基于Copula函数的韩江流域干支流洪水遭遇分析

韩江流域在广东省的经济社会发展中占有十分重要的地位,洪水特征的研究对韩江流域内的防洪与洪水规律的认识具有重要的意义。为此,利用Copula函数对韩江流域三大水文站1959-2000年的日流量进行分析,其中洪水特征由年最大日平均流量表示,然后对其进行了联合分布、量级组合遭遇概率和条件概率分析。主要结论为:1相同重现期洪水遭遇组合,潮安与横山遭遇的概率大于潮安与溪口,潮安与溪口遭遇的概率大于横山与溪口;2梅江的洪量占潮安站的比重比汀江大;3利用三大水文站的联合分布,获得了水文站之间不同流量条件下的概率,以及特定联合重现期和同现重现期下,不同水文站最大日流量的可能组合。     

基于Copula函数的广西洪涝灾情预测模型

基于Copula函数理论,利用广西1950—2013年的洪涝灾情数据,研究洪涝灾害的受灾人口、农作物受灾面积和直接经济损失的分布状况并进行拟合优度检验,建立了Gumbel-Hougaard Copula三变量的联合分布.通过计算和对比单变量重现期的设计值和三变量重现期下的设计值,发现采用三变量的联合重现期预测洪涝灾情会更好.并且,洪涝灾情重现期和降水重现期大致相符.最后将基于Copula函数的广西洪涝灾情预测模型与GM(1,1)灾情预测模型相对比,结果表明前者能更好地反映洪涝灾情的发生情况.     

基于Archimedean Copula模型的风浪联合分布第二重现期

为了较准确获得海洋结构在设计环境荷载重现期下承受的风浪荷载,简述了Archimedean Copula函数的定义及特征,定义了样本的重现期安全域概念;对常用的几种重现期和基于Archimedean Copula函数C-测度的第二重现期进行了对比分析;首次将第二重现期应用于风浪联合分布的重现期分析中,经实际数据验证,第二重现期定义严格,计算结果更接近荷载效应实际重现期.     

基于Copula函数的深圳河流域降雨潮位组合风险分析

在全球气候变化背景下,降水和潮位变化是滨海城市洪涝灾害的主要原因. 定量评估滨海城市降雨潮位组合风险率,对于滨海城市洪涝灾害的防治具有十分重要的现实意义. 本文基于深圳站53 a最大日降水量与赤湾站相应最高潮位数据,通过K-S检验、C-vM检验、AIC准则和BIC准则进行边缘分布函数优选,采用Archimedean Copula函数,定量评估了深圳河流域不同重现期下降水和潮位的双阈值组合风险率和单域值组合风险率. 结果表明:深圳河流域降水序列和潮位序列的最优边缘分布函数分别为GEV和Lognormal分布;降水和潮位之间呈现较弱的正相关性; Clayton Copula函数对于深圳河流域雨潮遭遇联合分布特征拟合效果最好;随着降水和潮位重现期的增大,深圳河流域的双阈值组合风险率和单域值组合风险率均呈减小趋势,但二者之间的差距逐渐增大;对于降水和潮位重现期不同时的特定组合风险率,若降水重现期较大,则潮位重现期较小,反之亦然.      

基于Copula函数的黄海波高周期联合统计分析

为研究黄海中部海域波浪的年极值波高与年极值周期联合分布,基于黄海海域3个位置点1999—2018年SWAN后报波浪数据,采用5种单变量分布拟合年极值波高和年极值周期,通过拟合优度评价得到各位置点年极值波高和年极值周期的最优单变量分布,利用Copula函数理论建立了年极值波高和年极值周期联合分布函数,并与单变量分布波高和周期设计值进行了对比分析。结果表明:黄海中部海域波高周期联合分布可能存在区域性特征；波高周期联合分布得到的波高、周期设计值较同设计频率下的单变量分布设计值高；相同波高和周期设计频率下,单变量重现期最大,条件重现期次之,联合重现期最小。     

基于安全裕度理论的太湖流域北部城市排涝与区域防洪标准衔接研究

提出了基于水位安全裕度理论的太湖流域北部城市排涝与区域防洪标准衔接方法,剖析现状城市排涝与区域防洪标准的衔接性,并通过不同标准组合方案的试算,分析了区域和城市防洪排涝标准变化对关键断面出入水量的影响,并基于水位安全裕度评估方法提出了相衔接的城市排涝标准与区域防洪标准设计组合。研究结果表明：现状太湖流域北部区域防洪与城市排涝标准基本具备抵御50年一遇洪水的能力,但城市、区域层面防洪排涝能力与需求表现出不衔接,表现为城市内部水位远低于防洪设计水位,而区域水位则接近甚至超出防洪设计水位,防洪能力略显不足;不同区域防洪标准提升导致的外排格局变化特征具有显著差异,武澄锡虞区、阳澄淀泖区防洪能力提升通过扩大向长江泄洪实现,湖西区则通过扩大向太湖泄洪实现;限制城市大包围外排水量对缓解城市外部区域防洪压力的效果有限;太湖流域北部50年一遇区域防洪标准与20年一遇城市排涝标准是相衔接的标准设计组合。     

Copula熵方法及其在三变量洪水频率计算中的应用

为解决传统Copula方法在进行联合概率分布拟合过程中要先进行函数类型选择的问题,将Copula函数和最大熵原理进行耦合,通过求解具有最大熵的Copula方程,求得二维联合分布函数,即Copula熵方法。用求得的Copula函数对洪水事件的3个相关变量(洪峰流量、洪水总量和洪水历时)进行两两配对的二维联合分布拟合,并利用Gibbs采样方法和Copula函数实现三变量洪水事件的随机模拟。以淮河鲁台子水文站的实测洪水资料为研究对象,进行实例分析,并通过拟合优度的计算,证明Copula熵方法对多维相关变量概率拟合的有效性以及Gibbs采样方法在三变量洪水事件模拟过程中的有效性。     

珠江三角洲洪水位重现期变化研究

针对近年来珠江三角洲大洪水频频发生,洪水重现期发生变化的情况,它采用GEV分布模型对珠江三角洲35个潮位站50年左右的极端高水位值进行频率分析,在此基础上将50年左右的时间序列分成若干时间段,通过Monte-Carlo模拟随机方法在每个时间段里建立概率密度函数曲线以及水位与洪水重现期关系的函数曲线,进一步研究洪水重现期随时间的变化规律并分析其机理。结果表明：珠江三角洲中部腹地洪水重现期水位明显有增大的趋势,而上游以及口门区变化则不大,产生这种变化的一个重要原因是上部地区大规模的挖沙活动对河道及周边环境带来负面影响。     

基于水文模型的缺资料流域设计洪水计算

从流域降雨径流物理机制出发，选取不同水文气象分区的4个缺资料小流域，基于暴雨衰减公式进行设计降雨过程计算，结合流域下垫面特征推求模型参数，构建流域水文模型实现设计洪水计算，并将水文模型法计算结果与推理公式法进行比较。结果表明：水文模型法得到的设计洪水与推理公式法相似(洪峰、洪量相对误差均不超过30%);水文模型法考虑了土壤下渗能力随着降雨过程的变化情况和流域内各点汇流过程的不确定性；水文模型参数的时空分布不均匀性更加符合流域实际的产汇流规律，提升了复杂情况下设计洪水计算的可靠性。     

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。     

尾矿库内外联合合并防洪安全研究

在梯级尾矿库、截河尾矿库中,存在独立防洪和联合合并防洪两种情况。联合合并排洪系统水力计算目前主要采用无压流,有压流状态下的水力计算尚未形成理论公式。针对这种现状,对独立排洪与联合合并排洪系统进行了比较,结果表明,对于隧洞及覆盖层较薄的排水管,联合合并排洪系统投资低。根据实际液体的恒定总流能量方程与水流的连续性条件,推导了联合合并排洪有压流状态下的水力计算公式,提出合并点位置的选择要求,给出了截河尾矿库联合合并排洪系统有压流状态下的调洪演算算例。成果可以应用于现有梯级尾矿库、截河尾矿库联合合并防洪安全分析与复核,也可以用于新建梯级尾矿库、截河尾矿库联合合并排洪系统的设计与优化。     

水文频率分析中的多项式正态变换方法研究

采用多项式正态变换(聊盯)方法，把偏态分布转换为正态分布，推求指定频率下正态分布的设计值(分位数)，然后通过一一变换转换成原偏态分布对应频率的设计值．以P．Ⅲ型分布为例，用Monte-Carlo法进行模拟分析，并对PNT法的统计性能与线性矩(L广M)法的统计性能进行了比较．结果表明，PNT法的精度略差于L-M,g-ej精度．由于PNT法本质上是非参数估计方法，不需要假设水文变量的分布线型，因此该法理论上是一种较为可行的水文极值分析方法．     

洪水频率计算的比较研究

本文以武江流域犁市（二）站的洪水历年为研究对象,详细论证Gumbel-Logistic的计算该流域洪水频率的可行性。并讨论了不同的洪水特征量组合下的洪水重现期,揭示了武江流域洪水的重现期。其中,2006年洪峰流量为8800m3/s的洪水,其重现期为131年。并与与P-III型分布模型计算出的599年的重现期相比较,两种方法得出武江流域犁市(二)站2006年洪水重现期的差值达468年。导致偏差的主要原因是由于,Gumbel-Logistic模型为二元变量模型,比单变量输入的P-III分布模型能更全面的反映洪水重现期。