汉江洪水频率计算不确定性分析(Ⅰ):流量测量阶段的不确定性

洪水频率分析中的不确定性是影响设计洪水精度的主要因素,为了更全面的评价洪水频率分析中的不确定性,提高计算结果精度,使用NUSAP方法对流量测量阶段的不确定性进行了评价.首先,从总体上阐述了NUSAP方法的原理和评价机制,提出了适用于洪水频率分析领域的Ped igree矩阵,然后结合该矩阵将NUSAP方法应用于流量测量不确定性评价.结果证明NUSAP方法在对流量测量进行不确定性评价时是有效的,可以考虑进一步应用于整个洪水频率分析阶段.     

基于贝叶斯理论的水文频率参数估计不确定性分析——以P-Ⅲ型分布为例

水文序列受到多重不确定性因素的影响,直接关系到水文频率参数估计结果的精度及可靠性.本文将贝叶斯方法与适线法耦合起来,用于分析水文频率参数估计结果的不确定性,采用基于自适应采样算法的马尔科夫链蒙特卡洛方法(AM-MCMC)求解贝叶斯公式,以P-Ⅲ型分布为例,通过实测序列加以验证,从不确定性角度定量分析了序列长度和历史洪水信息对参数估计结果的影响.将贝叶斯方法估计结果与几种常用方法所得结果进行了对比,相比于传统的确定性方法,贝叶斯方法不仅能应用于P-Ⅲ型分布的参数估计而且可对结果进行不确定性分析,从而可进一步提高水文分析计算的可靠性.     

考虑参数和线型不确定性的水文设计值估计的贝叶斯方法

根据贝叶斯理论,分别对只考虑参数估计或线型选择不确定性、以及同时考虑这2种不确定性情况下的水文频率计算问题进行研究,提出设计值估计及其不确定性评价方法,并提供了分析示例.研究结果表明,对给定的样本条件,仅考虑参数估计或线型选择不确定性的设计值估计方法,都不能对水文频率分析计算的不确定性做出完整描述,应采用同时考虑这2种不确定性的分析方法.提出的基于贝叶斯理论的水文频率分析方法,不仅可以提供设计值的各种点估计,还可以定量评价水文频率分析结果的不确定性.     

气候变化对衢州水文站洪水频率分析的影响

以衢州水文站为研究对象,针对衢州水文站的年最大值序列,选择广义极值分布作为该站洪水频率分析的分布函数,使用30a滑动平均法对线性矩估计所得分布函数参数的变化趋势进行分析,通过研究气候变化对衢州水文站洪水频率分析统计参数的影响来研究水文流量序列对气候变化的敏感程度.研究结果表明,气候变化对频率分析分布曲线的参数有较大影响,从而影响最终设计洪水的数值.     

基于广义Pareto分布的洪水序列频率分析

广义Pareto分布是超定量洪水频率分析的常用线型,其阈值的合理选择是关键。对洪水序列超阈值分布的阈值选择和超定量样本的适用性检验两个方面深入讨论,为设计洪水提供更优的频率分析方法。基于广东省曹江流域大拜水文站1968～2013年日流量的洪水序列数据,采用不同的抽样方法,检验不同洪水超定量的泊松分布、广义极值分布和超定量样本分布的拟合优度指标。将择优的GPD、GEV和P-Ⅲ型模型推算的洪水重现水平做了对比分析。获得以下结论:大拜站洪水序列GPD模型属于重尾分布;洪水GPD阈值的选择可以参考经验平均超过函数图,而最佳阈值应采用多种指标综合确定;三种概率分布的拟合优度结果显示,构建的大拜站洪水GPD模型精度与GEV和P-Ⅲ型相比较高;GPD的参数估计方法对洪水重现水平的计算结果有较大影响。     

线性矩法在P-型参数估计中的应用

线性矩法(L-Moment)是在常规矩的基础上发展起来的估计洪水频率曲线参数值的一种新方法。为讨论它在洪水频率分析计算中的应用,就其在P-型分布下参数估计的算法,与传统参数估计方法在统计性能方面的差异进行分析计算。大量统计试验结果表明,线性矩法不偏性能最好且具有良好的有效性,不失为一种优良的参数估计方法。     

无资料小流域设计洪水不确定性研究

 针对小流域降雨资料不足甚至无降雨资料的情况,研究了在不同雨型（主雨位偏前、偏中和偏后）下,使用2种暴雨频率计算方法（地区综合法和L－矩法）,计算不同重现期设计暴雨和设计洪水的不确定性。结果表明L－矩法的计算结果不确定性小,更稳定,而地区综合法偏保守;不同雨型下的设计洪峰和洪水历时变化较小,但峰现时间相差较大,会极大地影响调洪结果。     

水文极值计算及其不确定性

水文极值计算是水资源系统工程风险分析和计算的难点和关键问题之一.现代极值理论可以用来描述和研究洪水、干旱、海浪和风速等极限现象,是水文极限分析的工具之一.介绍了现代极值理论的基本思想和方法,着重分析了传统频率分析法和现代极值理论进行水文极限分析的优劣势.同时研究应用超阈值(POT)方法建立了水文统计极值估算模型,并对水文极值估算的不确定性和该模型对阈值选取的敏感性进行了分析.最后通过一个洪水算例演示和验证了所建立的模型的实用性和可操作性.研究成果表明,现代极值理论物理统计意义较强,其计算结果具有良好的可靠性,是水文分析的有效方法之一.介绍的不确定和敏感性分析方法则可以为工程设计和管理提供有效的决策依据.     

基于多重不确定性因素的施工导流风险分析

通过分析施工洪水过程中的洪峰流量、洪量和历时的不确定性及导流建筑物的水力参数的不确定性,确定施工洪水过程和导流建筑物泄流能力的模拟计算模型。运用Monte-Carlo方法模拟计算施工导流系统渡讯各时段的状态参数,得到上游围堰堰前水位的分布函数,在此基础上确定导流系统的风险。     

P-Ⅲ分布参数估计方法的研究

本文以参数、设计值及概率不偏性和有效性为评价标准,着重对现行3种主要的P-Ⅲ型分布参数估计方法:概率权重矩法(PWM),绝对值准则适线法及本文提出的可以考虑历史洪水的权函数法,进行了统计试验综合比较研究.比较时对历史洪水的抽样不仅考虑了我国目前广泛使用的个数模型,而且还使用了门限模型.大量计算结果表明:PWM法及绝对值准则适线法是P-Ⅲ型分布参数估计较优良的方法.     

AR模型参数的抗差估计研究

实时校正一般以实测洪水流量为校正依据.研究实测洪水流量过程出现异常值时,采用抗差递推最小二乘法代替传统递推最小二乘法估计AR模型参数,能获得更稳健的参数结果.将闽江七里街流域的洪水资料人工生成异常值,对采用抗差递推最小二乘法和传统递推最小二乘法所得的校正结果进行比较,结果表明抗差递推最小二乘法具有更强的容差能力,是一种稳健的参数估计方法.     

随机模拟中模型与参数不确定性影响的分析

以长江支流乌江武隆站所建立的洪水随机模型为原型,应用统计试验方法初步研究了随机模拟中模型及参数不确定性对推求设计防洪库容精度的影响,所考虑的模型有解集模型及季节性ＡＲ（Ｉ）模型,模型参数估计有矩法及概率重矩法,样本容量ｎ＝３０,１００两种,设计防加容精度采用不偏性及有效性两种指标,根据１６个试验方案结果,对不同的模型、参数估计方法及样本容量对设计防洪库容精度的影响作了分析,得出一些初步结论。     

Wiener过程性能退化产品可靠性评估新Bayes方法

针对Wiener过程性能退化产品的可靠性评估问题,通过分析先验分布和损失函数两个因素,提出一种新的Bayes方法.假定Wiener过程参数服从共轭先验分布,对求解参数的后验分布进行理论分析;基于平方损失、绝对损失、0-1损失3种损失函数,分别求得Bayes估计结果;对航空发动机可靠性评估进行了实例分析.相对于已有方法,该方法在求解参数的后验分布时具有更广泛的适用性,并且运算过程更简单.对于民航发动机可靠性评估这一特定应用,3种损失函数中选取绝对损失函数时参数估计的拟合程度最优.     

基于贝叶斯方法的太湖沉积物多环芳烃的生态风险评价

多环芳烃是一类具有高毒性的持久性有机污染物,沉积物是多环芳烃的主要环境归宿.在化学物质的概率生态风险评价中多应用经典频率理论,但在小样本情况下用频率代表概率进行统计推断,其精度和可信度值得商榷.为提高小样本情况下生态风险评价中参数估计的准确性及可靠性,以贝叶斯方法为基础构建模型以估计暴露分布及效应各参数,并定义了暴露分布与效应分布的联合概率为生态风险,利用参数估计产生的模拟样本结合蒙特卡罗方法估算了风险,以提高统计推断效果.将此方法应用于太湖沉积物多环芳烃的联合生态风险评价中,研究结果揭示,其生态风险在可信水平为90%的可信区间为0.24%~9.69%.风险评价的不确定性分析及敏感性分析结果表明,效应分布参数是风险估计的主要不确定性来源.     

基于Copula-Glue的水文模型参数的不确定性

 利用现行的Copula函数来描述模型参数之间的相关性,提出基于Copula Glue的水文模型参数不确定性估计方法。选取采样次数为10 000、50 000和100 000,阈值为0.5、0.6和0.7的6种组合,进行了模型参数的不确定性模拟,并与Glue方法的模拟结果进行了对 比。结果表明基于Copula Glue的水文模型参数不确定性估计方法用联合分布代替单独的参数的分布,能够很好地考虑参数之间的 相关性,在同样的采样次数下能够生成更多有效的参数组合,从而更加全面地估计参数的不确定性。     

关于洪水预报模型的不确定性分析

本文对洪水预报模型的不确定性分析的来源做了具体分析,同时对不确定性分析的方法也做了详细的阐述,并对具体步骤进行了说明,通过以上的分析和方法,综合考虑各种不确定性对洪水预报的影响,可以在一定程度上减少预报误差,提高洪水预报精度。     

岩土热响应试验不确定性研究及敏感性分析

针对岩土热响应试验数据处理中的不确定性问题,开发了柱热源传热模型数值反演解与信赖域反射优化算法相结合的地下岩土热物性参数估计程序.该程序能够有效地避免求解过程陷入局部最优解,并为后续不确定性研究提供底层模型.对地埋管进出水温度、热传输功率、地下原始温度等模型输入参数的不确定性通过查阅文献、理论思考和基于专业经验的假设进行合理量化,采用Monte Carlo方法进行模拟,将热响应试验的模型输入参数不确定性传播到输出参数评估结果中,得到了地下岩土导热系数与钻孔热阻之间的二元联合分布,并使用Copula函数进行复现.最后对传热模型中影响温度输出的可变参数进行Lasso敏感性分析,证明导热系数与热阻的影响最大.     

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。     

信号相位匹配原理的正弦信号参数的最小二乘估计

根据信号相位匹配原理,提出了一种正弦信号频率、振幅和相位参数的最小二乘估计方法.推导了利用单传感器接收信号的参数估计的最小二乘估计计算公式,给出了已知频带内的未知频率,振幅和相位的信号参数估计的搜索算法.分析了最小二乘法使用的方程数、信噪比和采样频率确定后FFT的序列长度对参数估计精度的影响.理论和仿真结果说明,该方法不仅能降低估计频率带宽以外的噪声,而且还可降低被估计频率信号带宽内的噪声,提高了低信噪比时的信号参数估计精度.该算法简单、快速,具有工程应用前景.     

基于群居蜘蛛优化算法的自适应数值积分皮尔逊-Ⅲ型曲线参数估计

伽马函数数值积分确定皮尔逊-Ⅲ型曲线的相关参数,关键在于横向坐标方向上积分的计算,核心在于合理选择步长以保证计算精度.为了能够更好地提高数值积分的计算精度,利用绝对误差公式确定基本步长函数,推导了较为完善的变步长积分函数,采用该函数能够快速计算出水文序列在皮尔逊-Ⅲ型分布下所对应的频率值.该方法和群居蜘蛛优化适线法相结合,依据横向离差平方和最小的适线准则,用于估计一般洪水和特大洪水序列的水文频率曲线参数.实例验证结果表明:该方法得到的皮尔逊-Ⅲ型理论频率曲线与传统的矩法和权函数法相比对经验点据拟合效果较好,精度较高,在水利工程设计中有较大的应用价值.