变化环境下洪峰-洪量组合设计值计算方法研究

针对平稳性条件下洪峰-洪量组合设计值计算方法不适用于变化环境下非平稳性情形这一难题,基于时变Copula函数,构建了可综合考虑洪峰-洪量边缘分布非平稳性和变量间相关结构非平稳性的时变动态Copula多维联合分布模型,分析了洪峰-洪量联合分布规律随时间的非平稳性演变特征;基于等可靠度法和条件期望组合法,提出了变化环境下非平稳性洪峰-洪量组合设计值计算方法,实现了变化环境下指定重现期对应洪峰-洪量期望组合设计值的推求。以黄龙滩站洪峰和年最大7 d洪量系列为例进行了实例分析,结果表明,洪峰-洪量联合分布规律随时间变化显著,指定重现期对应洪峰-洪量设计值的期望组合受工程使用年限影响,随使用年限的增加呈减小趋势。     

三峡大坝建设前后对长江上游径流联合分布影响的分析

以三峡工程蓄水运行的2003年为分界点,利用长江上游流域寸滩、武隆、宜昌3站1951—2016年的月径流资料,利用Copula函数,定量分析了三峡水库蓄水前后对长江上游多站径流的联合分布的影响.研究结果表明:1)三峡水库建设前后,无论2个还是3个站的径流联合分布均发生了变化.其中,寸滩–宜昌2站联合分布没有变化,但分布函数的参数略有减小;武隆–宜昌的联合分布从Gaussian Copula转变为Gumble Copula型;寸滩–武隆–宜昌的3站联合分布由Gumble Copula变成Gaussian Copula型. 2)三峡建库后,在相同的概率水平下,3站对应的径流量均比建库前明显减少;在相同重现期下,3站对应的径流量同样比建库前明显减少,其中,宜昌站径流减小率最大,寸滩次之,武隆最小.这表明三峡建库后,对坝下宜昌站径流的影响高于三峡大坝上游的寸滩、武隆2站.     

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。     

洪水联合风险分析方法的探讨

洪水总是表现为多特征属性,针对传统单变量洪水分析的片面性,同时考虑洪峰和洪量对防洪风险的影响,从概率论角度出来,采用秩相关系数和Copula函数理论,构造洪水联合风险概率模型,模型不仅能够避免计算条件概率的复杂性,并且很好地表示了洪峰和洪量的复杂关系;采用随机模拟的方法,通过联合风险概率模型进行随机抽样计算,得出联合洪水风险概率与单变量洪水风险概率的3种不同关系,论证洪水风险分析综合考虑洪峰和洪量的必要性．     

线性矩法在长江中下游区域水文频率计算中的应用

对长江中下游地区宜昌、沙市、螺山、汉口及大通5个水文站的年最大洪量序列，采用美国学者Hosking等于1997年提出的以线性矩（L-moment）为基础的区域水文频率分析方法进行频率计算，结果表明：由此5个站点组成的区域可认为是水文频率计算的一致区，可采用指标洪水法对各站进行频率计算；区域统一的分布线型选择的结果是Wakeby分布，而传统的极值分布、GLO、GPA、对数正态分布、P－Ⅲ分布等均不合适。     

广东西江北江洪水联合概率分布研究

 基于Copula函数分析了由思贤滘连通的广东西江水文站 马口和北江水文站 三水构成的两个样本的洪水联合概率分布特征,获得如下结论：经过优选的马口、三水洪水边缘分布可分别由P-III型和GEV表示;拟合优度检验指标表明二者的最优连接函数均为Archimedean copula类的Gumbel-Hougaard Copula;重现期介于10~500 a之间的马口、三水洪水边缘分布与联合分布的洪水设计值相对差值大约介于0.6%~1.5%之间;基于条件概率计算的两站相同设计频率洪水的遭遇概率都大于88%。     

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。     

混合分布在非一致性洪水频率分析的应用

大清河流域由于兴建防洪工程,改变了原天然河道的洪水径流关系,使得用于大型水库防洪调度的入库洪水序列失去了一致性.本文以龙门水库的年洪峰序列、固定时段的年最大洪量序列(1日、3日和6日)为例,首先对此4个洪水序列采用水文变异诊断系统进行变异分析,识别非一致性洪水序列的变异点.并在2个分布组成的混合分布假设下,研究非一致性洪水序列的频率计算问题,用模拟退火算法对混合分布进行参数估计,并将混合分布给出的设计洪水与不考虑变异情况的设计洪水以及1985年水利部规划总院(WRHPDGI)审定的设计洪水进行了比较分析.结果表明,相比不考虑变异情况的设计洪水值,考虑变异情况下的不同设计标准的设计洪水值均有不同程度的减小,且变异的程度均较明显,说明大清河流域下垫面和人类活动的变化导致入库洪水减少的现象较明显,进行设计洪水的校核和修订很有必要.     

基于Copula函数的暴雨潮位组合分析

基于1959—2010年滁河中下游暴雨资料及南京下关站潮位资料,采用Copula函数建立不同重现期下滁河中下游年最大1 d、3 d、7 d暴雨与其相应时间段长江最高潮位的联合分布函数,计算超过某一设计值的暴雨与各个量级潮位、超过某一设计值的潮位与各个量级雨量的遭遇概率。计算结果与南京市城市防洪规划中的结论相近,表明计算方法合理可行,可为暴雨潮位组合计算提供参考。     

宜昌站洪峰流量过程神经网络预测模型研究

以长江上游寸滩-宜昌河段为研究对象,建立了考虑区间降雨的河道洪水预报BP神经网络模型,论证了应用人工神经网络模型进行洪水预报的可行性。以1982年至1986年的洪水预报作为仿真,表明该模型能较好地反映区间降雨的影响,对大中小各种洪水过程都能进行准确预报。     

基于GH Copula的韩江水文干旱联合概率分布研究

利用韩江流域水口站、溪口站、潮安站3个站1956-2011年的月径流数据,计算6个月尺度的径流干旱指数SDI作为水文干旱分析指标,并根据游程理论提取干旱历时和干旱程度2个变量的要素值,采用两变量联合概率分布方法对韩江流域的干旱特征进行分析。通过比较各分布的拟合指标优选P-III分布为干旱历时边缘分布,Weilbull分布作为干旱程度边缘分布。由GH Copula函数构造联合分布推求干旱历时和干旱程度的联合重现期和同现重现期的设计值。考虑干旱历时和干旱程度的不同组合,可以求得各干旱历时或干旱程度下的条件概率。计算结果表明,梅江流域遭遇干旱的风险较汀江以及韩江流域下游更大。     

洪水风险分析的簇生过程模型

对较小的洪水作风险分析时，由流量过程线截取得到的点过程现实呈现成丛性。为了适应这一特点，试图利用族生点过程模型进行洪水风险分析，在本中选用了Neyman-Scott过程模型，并把它用于长江宜晶水站1963－1984年的（阈值Qb＝45000m^3/s)较小洪水风险分析。     

瓦屋山水电站长期优化调度模型研究

中小型水电站水库合理调度不但是水电站经济效益的一种有力保障,而且是防洪抗汛中确保中下游安全的控制运行方法。通过建立水电站水库优化调度模型,利用优化设计方法,计算源头单一水库的最优调度方案,从而确保水库工程安全,有效利用防洪库容拦蓄洪水,削减洪峰,减免洪水灾害,保证水电站的长期经济发展,充分发挥水库的综合效益。     

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。     

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。