水文频率曲线绘制的Matlab程序设计

基于目估适线法,选用皮尔逊Ⅲ型频率曲线作为水文频率分布线型,在Matlab平台上编写三个M文件,分别实现海森频率格纸的绘制、频率曲线参数x軃、Cv的求解以及水文频率曲线的绘制。通过多次的适配,找到与实测水文资料配合较好的理想曲线的参数作为设计值并估算指定的水文特征值。并以某一水文测站24年的年径流实测资料为基础,检验了方法的正确性。为水文学中相关计算以及水文频率曲线的绘制提供了一种新的实现方法。     

基于并行交叉遗传粒子群算法的水文频率参数估计

针对水文频率参数估计问题,提出了基于并行交叉遗传粒子群算法的水文频率优化适线方法.该方法从初始种群的产生和编码、算法的执行方式和数据融合,以及其中的PSO算法的惯性权重三个方面对传统算法进行了改进.为了验证该算法的性能,分别采用矩法、权函数法、概率权重矩法、线性矩法、GA、PSO和文中所提出的算法,对某水文站的年径流量进行了研究分析,得到了各个方法对应的水文频率曲线,实验结果表明:文中提出的并行交叉遗传粒子群算法较其它6种方法,可以得到更小的离差平方和,该算法得到的水文频率曲线可以很好地拟合实测数据.     

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.     

皮尔逊-Ⅲ型频率曲线可视化程序开发

皮尔逊-Ⅲ型分布是我国水利水电工程水文计算规范中推荐采用的分布,现行广泛采用的是适线法。本文介绍了适线法的基本原理,利用Microsoft Visual Studio 2008软件平台开发了频率曲线可视化程序,可对一个系列的水文资料进行适线,以多种方式保存结果,计算速度快,可视化程度高,具有良好的精度、较强通用性,有一定的应用价值和教学意义。     

提高频率分析成果可靠性的有效途径—雨洪参数协调方法的探讨

目前水文界承认不同时段长度雨洪参数协调,是一条提高分析成果质量的有效途径,但在实际的频率分析中,目前尚无统一的参数协调准则.本文通过统计试验途径,对几种可行的协调方案作了比较.建议选用简便易行,适于规范化的“交点控制法”,在此基础上又提出一种更为合理的“高点综合法”.它除了具有上述优点外,还可以在协调过程中,考虑当地的雨量-历时-频率关系,综合多种历时雨量的资料系列进行适线,扩大了频率分析所依据的信息量,提高成果的精度,统计试验成果也表明这是一种有前途的方法.     

Excel绘制水文计算海森机率格纸的方法

在水文频率计算适线法中常用到海森机率格纸一种特殊的坐标系统,用Excel软件常规的图表绘制方法无法制作,本文介绍了利用Excel软件丰富的内置函数和强大的图表功能绘制海森机率格纸的方法。该方法操作简单、计算快捷、出图美观,在水文频率计算中有较高的实用价值。     

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.     

水文频率分析中的一种贝叶斯方法

在贝叶斯框架下将年洪峰分布参数θ＝ＣＳ／ＣＶ选作为随机变量，在对θ的地区分布进行一定概化的基础上给出了自区域信息估计θ先验分布的一种主观贝叶斯方法。同时对Ｐ－Ⅲ型总体下的贝叶斯频率计算问题进行了统计试验研究。结果表明，提高先验分布的估计精度会降低贝叶斯方法估计Ｘｐ的抽样误差，当样本容量较小时效果更明显。这对水文频率分析中使用贝叶斯方法具有一定的参考价值。     

基于河流出水量的区域水文干旱特征及其水文频率分析——以黔中水利枢纽工程区为例

为了加强区域水文干旱预测预报系统,对区域水文干旱特征变化规律作进一步分析,基于河流出水量这一视角,以黔中水利工程区1960—2016年的逐月径流数据为基础,通过河流出水量估算,采用径流距平百分率及P-Ⅲ(PearsonⅢ)型曲线、适线法等水文频率分析法进行水文干旱特征研究。结果表明:近57年来,黔中水利工程区河流年出水量波动较大,1989年达到历史极低值,出水量总体呈递减趋势;水文干旱主要发生于黔中地区的中部区域,进入21世纪之后区域水文干旱发生得较为频繁,主要以中旱为主,各干旱程度的频率趋势依次为:轻旱中旱重旱特旱;根据P-Ⅲ型水文频率数学模型,河流出水量最小1个月低于52.70 m~3/s,最小3个月低于169.36 m~3/s,最小5个月低于313.90 m~3/s,最小7个月低于543.48 m~3/s时区域内发生20年一遇(P=95%)的水文干旱。     

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.     

天津市设计暴雨方法比较及公式修正

设计暴雨是防洪设施建设的安全标准之一,由于气候改变,水文循环过程随之改变,降雨强度及规律也相应发生改变,因此有必要对设计暴雨进行进一步研究.以天津市为研究对象,采用52年P-Ⅲ型的降雨资料作为样本;采用年最大值法、年多个样法进行选样,采用耿贝尔分布、广义极值分布、指数分布和P-Ⅲ型分布对设计暴雨进行理论频率分析,以回归分析中的决定系数作为评价指标.通过频率适线分析得出暴雨强度-历时-重现期关系曲线,并采用高斯-牛顿迭代法对暴雨强度公式进行求解,以绝对标准差及相对标准差作为暴雨强度公式评价指标.结果表明P-Ⅲ型曲线更为适用,而目前使用的设计暴雨强度小于根据52年降雨资料得出的设计暴雨强度.因此,随着数据的积累对设计暴雨进行修正是非常必要的.     

浅析水量平衡分析计算在水文资料整编中的应用

水量平衡分析计算广泛应用于水文工作中,该方法应用于水文资料整编综合合理性检查,对发现测验及资料整编中的问题,进而分析和找出产生问题的原因,提高水文资料质量有重要作用.本文结合工作实际,阐述了运用该方法建立水量平衡方程,在水文资料整编中进行水量资料合理性检查的工作思路和方法,对开展水文资料整编工作有指导和促进意义.     

遗传优化电子适线法推算最大设计洪峰流量

从充分利用实测资料信息、增强参数估计方法的精确性和减少人为因素影响等方面,提出了遗传优化适线法优选P-Ⅲ型分布参数,进而进行了最大设计洪峰流量推算.通过具体实测水文资料检验了该法的正确性,从而为最大设计洪峰流量的推算提供了一种简易通用、适应性强、降低了人为因素影响且精度较高的有效方法.     

描述水文频率曲线的一种新的数学模型

水文频率曲线的绘制常用的两种方法是“求矩适线法”及“三点适线法”，除此以外，还可以用其它的方法，其中，用一元多次函数直接描述水文频率曲线，具有简单、实用的特点，其数学模型为Qp=α0 α1p α2p^2 …… αnP^n,n为奇数，一般取5或7即可。通过实例确定了系数α0、α1…αn的值，求出了指定频率的流量，并与“求矩适线法”进行了比较，“一元多次函数法”在多数情况下优于“求矩适线法”，能满足水文分析的精度要求，当频率过小时(如小于0．5％)，“一元多次函数法”误差较大。     

PWM法在水文线型假设检验中的应用

本文简述了目前水文计算中水文随机变量如洪峰，洪量等的概率分布函数的型式选择的理论和方法。在此基础上计算了当线型选为Ｐｅａｒｓｏｎ－Ⅲ型，以概率权重矩法估计其中参数时五个常用统计量的临界值表，同时用该表对僵５０个站点洪峰系列的分布线型进行了假设检验，并将检验结果与用适线法估计参数时的检验结果进行了对比，结果表明；采用Ｐ－Ⅲ型分布描述我国的洪峰系列是适合的。     

外秦淮河堤防水文失事风险分析

结合南京市外秦淮河堤防整治工程,放弃传统的堤防潮位频率曲线线型,采用频率统计分析的方法确定了外秦淮河堤防潮位频率曲线的线型为反高斯分布;根据该堤防现行洪水设计标准推求了反高斯分布参数λ和μ.基于推求的洪水位频率曲线,将堤防水文失事风险分为洪水漫溢风险和洪水漫顶风险.考虑洪水漫顶事件对堤防水文失事风险的贡献权重,分别建立了堤防洪水漫溢和洪水漫顶失事概率计算模型,求出外秦淮河堤防水文失事风险率为0.374%,能满足工程防洪要求.     

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.     

基于小波分析和模糊神经网络的水文预测

提出一种基于小波—模糊神经网络的水文时间序列预测方法．利用小波分析具有“数学显微镜”的特点，分析水文时间序列的频率构成；通过模糊逻辑和神经网络两种理论的融合，对各频率分量进行预测，最后合成预测结果．对浙江源口水库10年间入库水量时间序列的预测实践，验证了方法的有效性。     

采用广义极值分布的公路桥梁车辆荷载效应极值预测

为改善对汽车荷载效应样本的统计拟合,建立随机变量的均值、偏差系数、变差系数与广义极值分布的形状参数、尺度参数、位置参数的一一对应关系.采用广义极值分布适线法拟合车辆荷载效应区间最大值样本的概率分布.首先,以矩法计算样本均值和变差系数,假定偏差系数,计算广义极值分布的形状参数、尺度参数和位置参数;然后,将样本点和理论频率曲线绘制到海森机率格纸上,按照理论频率曲线与实测数据拟合得最好的原则选定统计参数,并确定汽车荷载效应样本的理论频率曲线;最后,采用经典极值理论建立设计基准期荷载效应最大值分布.采用某公路一个车道39周的动态称重系统(WIM)数据,建立车辆荷载效应模型,并与最大似然法结果进行比较.结果表明:文中方法更能反映样本分布曲线尾部特征,且实际最大基准期车辆荷载效应远大于现行公路-Ⅰ级汽车荷载效应.     

数据稀缺条件下水文频率分布模拟及应用

传统水文频率分析往往需要大量样本以保证分布的拟合效果,而我国仍有部分站点水文数据记录较少,因此本文提出小样本算法：将Jackknife方法、Bootstrap方法与水文频率分析中传统参数估计方法相结合,得到新的参数估计值,以增强传统水文频率分布的拟合效果.为验证小样本算法的优越性,以泾河流域为例,将8个站点的年最大日降水量作为原样本,利用小样本算法对不同样本量的样本进行多次再抽样,将多组再抽样样本分别进行分布的拟合,得到小样本算法的参数估计值,并通过Kolmogorov-Smirnov检验和RMSE检验结果,验证小样本算法对传统参数估计方法的改进效果.结果表明：1）在小样本情况下,该算法明显优于传统方法的拟合效果,尤其部分站点的Bootstrap方法,使用较少样本量时达到了使用较多样本量的拟合效果;2）随着样本量的减少,某些站点的传统方法所求分布不能通过检验,而小样本算法可以得到较好的结果.