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。     

下垫面变化对洪水影响的水文模型分析

滦河流域下游冷口站以上流域下垫面条件发生了明显的变化,导致洪峰和洪量均有减小的趋势.根据冷口站以上流域水文气象及下垫面特征,结合流域的超渗-蓄满产流机制,建立了考虑下垫面条件的流域水文模型,并对模型进行了参数率定和模型验证,结果表明模型具有一定的精度.利用该模型分别模拟了1980年前后下垫面条件下的若干场次洪水,经过对比分析,下垫面变化导致洪峰平均减小16.9%,洪量平均减小9.9%,且洪峰和洪量减小程度随洪量的增加而减小,通过模拟1980年前后土地利用条件下的各场次洪水,分析了土地利用变化和水土保持工程分别对洪峰和洪量的影响程度,结果表明冷口站以上流域洪峰和洪量的减小主要是由水土保持工程引起的.     

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。     

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。     

不同类型洪水过程线的随机模拟

针对传统洪水模型常常忽略洪水过程线形状的问题,本文提出了一种可以用于模拟不同类型洪水过程线的随机模型.该模型用三维Copula函数构建了洪量、洪峰和洪水历时3个洪水特征量间的联合概率分布函数,并对洪水过程线形状进行了无量纲的分类和随机模拟,最后将洪水特征量和无量纲的洪水过程线形状进行融合形成完整的洪水过程线.以浙江省双塔底和金华两站为例,分析论证了该模型的可行性和实用性.结果表明,该模型切实可用,不仅考虑了洪水特征量间的相依性,而且考虑了洪水过程线形状的随机性对工程规划的潜在影响,模拟结果更符合水文现象的内在规律和满足工程规划的实际需求.     

广西境内西江流域洪水特性分析

为减少西江流域灾害性洪水给广西工农业生产及人民生命财产带来的损失,针对多年实测洪水资料,从洪水年内分布特性、洪水组成、干支流洪水遭遇等方面对广西境内西江流域洪水特性进行全面分析。分析成果表明,柳江洪水发生时间与干流基本相应,桂江洪水发生时间较早,郁江洪水发生时间晚于干流;柳江对形成干流洪水的贡献很大,郁江和桂江对干流大洪水的形成作用有限;柳江与红水河洪水遭遇可能性很大,年最大洪峰流量、7 d洪量、15 d洪量遭遇的概率分别为34.1%、47.7%和52.3%,且遭遇洪水的量级也较大,3 d洪量为50~100亿m3,7 d洪量为100~200亿m3。郁江与干流洪水遭遇概率较低,桂江洪水基本不与干流遭遇且遭遇洪水的量级很小,年最大洪峰流量、7 d洪量、15 d洪量遭遇的概率仅为4.5%、9.1%和15.9%。     

柘林水库坝址洪水与入库洪水系列分析

柘林水库的设计洪水以建库前历史坝址洪水为依据而设计,为了编制水库调度方案,需统一分析坝址洪水和入库洪水系列.为此,首先整理坝址洪水和入库洪水的基本资料,然后推算建库前及建库后的坝址洪水系列,最后建立洪峰与洪量系列之间的相关关系.计算和分析结果表明:柘林水库入库洪水洪峰流量增大系数为1.113,1 d洪量增大系数为1.0...     

基于磁场强度检测的悬索桥缆索锈蚀风险概率计算方法

为了分析和评定服役期内悬索桥缆索结构的锈蚀状态以及屈曲破坏风险概率,开展缆索结构的加速腐蚀试验,通过拟合得到磁场总强度与腐蚀失重率的关系。在已有的抗力概率模型和荷载概率模型研究的基础上,剔除次要因素,通过极限状态方程建立缆索结构锈蚀屈曲破坏风险概率计算方法。文章以某大跨径悬索桥为背景,根据三轴磁场强度检测结果,判断缆索结构的锈蚀状况,通过现场检测数据建立悬索桥有限元模型,计算缆索的抗力概率模型、荷载概率模型,从而得到悬索桥在当前缆索系统锈蚀状态下的破坏率。结果表明：随着试样腐蚀率的增加,磁场总强度呈现下降趋势,且其测值越离散。锈蚀评定方法能够较好的拟合磁场总强度和腐蚀失重率的关系。基于现场锈蚀评定和有限元模拟建立的悬索桥缆索结构锈蚀风险概率计算方法切实可行。     

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.     

北方高校校园雨水径流控制与景观设计

以高校校园雨水管控和景观融入为目标,利用暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)模拟北方校园夏季雨水径流过程,对比分析不同低影响开发(low impact development,LID)设施布设前后对高校径流、洪峰流量削减控制效果,并探讨校园雨水生态景观构建的策略.以东北...     

三门峡-小浪底区间分布式水文模型构建

依据从DEM中提取的汇流网、水流路径长度和坡度等流域特征,建立了适合于黄河三门峡—小浪底区间水文过程的松散耦合型分布式水文模型．该模型用Horton下渗曲线进行单元网格的产流计算,用各产流单元的汇流时间和线性水库相结合的方法模拟洪水过程中的洪峰平移和坦化现象．对研究区域11场洪水过程的模拟结果显示,该模型基本上能将洪水总量、洪峰流量和峰现时间的误差控制在许可误差内。     

流域分布式水文模拟中的模型网格尺度效应

分布式水文模型建模过程中,DEM网格大小选择非常重要．以美国伊利诺伊河流域为例,分析了DHSVM模型DEM在多尺度下（100m×100m、200m×200m和500m×500m）的洪峰、洪量、地表、地下径流等水文要素和参数敏感性的响应．结果发现,网格大小对汇流影响较大,网格划分越大,洪峰流量增加,峰现时间提前,地表径流占总径流比例越大,网格水量滞蓄作用越大．研究还发现,模型参数在不同尺度下的敏感性也不相同,其中侧向传导率的参数尺度效应较大．为了得到合理的模拟效果,模型应用过程中需要考虑网格大小的影响,选择合适的网格尺度．     

降雨历时和重现期对洪涝风险的敏感性和转移——以济南市大寺河流域起步区段大桥分区为例

为研究降雨历时和重现期对洪涝风险的敏感性和转移影响,构建了3种降雨历时和7种重现期的芝加哥降雨雨型,并建立了相应的MIKE FLOOD耦合模型,模拟了21种降雨情景下的洪涝过程;基于模拟结果,分别从洪涝空间分布、水动力特性等方面开展分析。结果表明：（1）1风险级主要位于城镇道路,5风险级主要分布于耕地、绿地和林地等径流系数较低的用地处。（2）各风险级积水总量峰值和积水总峰值均随降雨历时和降雨重现期的增加而增加,且对低重现期和短降雨历时更为敏感。（3）各洪涝等级的积水峰值面积随洪涝等级的增大逐渐增大,均随降雨历时增加而增加,增幅整体上为增长趋势。2风险级的积水峰值面积对重现期的变化敏感性最强,5风险级的积水峰值面积对重现期的变化敏感性最低。1、2风险级的积水面积峰值对短降雨历时更敏感,3、4、5风险级的积水面积峰值对长降雨历时更敏感。（4）当降雨历时相同时,随着重现期的增加,只发生无风险等级向有风险等级和从高等级向低等级转移的过程。随着降雨重现期的增大,研究区主要发生无风险到5级、5级到4级两个转移过程,且对低重现期的变化更敏感。本研究可为雨洪管理研究提供科学参考。     

基于Holtan产流的分布式水文模型

基于GIS与DEM技术,构建基于Holtan产流的分布式水文模型(Grid-Holtan模型)。模型以栅格为计算单元,栅格产流采用基于Holtan下渗方法的超渗产流计算,坡面汇流和河道汇流均采用逐栅格的一维扩散波水流演算模型模拟。将Grid-Holtan模型、陕北模型与新安江模型应用于半干旱的沁河孔家坡流域。结果表明,Grid-Holtan模型、陕北模型的模拟效果好于新安江模型,GridHoltan模型洪峰模拟效果更好。     

既有工业建筑屋面雨水低影响开发典型技术及效果

既有工业建筑屋面与普通屋面相比,单体屋面面积普遍较大,造成雨水径流总量大,洪峰流量高,且由于屋面材料及生产类型的不同产生了不同的雨水水质污染。基于此,研究分析了适用于工业建筑屋面雨水的低影响开发典型技术,包括绿色屋顶、雨水花园和屋面雨水收集等。总结了典型技术对径流总量、洪峰延迟及雨水水质净化等方面的控制效果,并进行了适用性评价,为既有工业建筑进行低影响开发提供了技术支撑。     

华北地区分布式蓄超空间动态组合TOKASIDE-D模型研究

为探究我国华北地区由于下垫面和降水时空分布不均匀产生的地下水超采严重和产流机制混合多变(蓄满与超渗产流随着时间和空间发生交替主导)等问题的解决办法,在基于物理基础的分布式模型TOKASIDE的基础上,通过降雨和土壤含水量之间的判定关系,动态识别蓄满产流和超渗产流网格,构建分布式蓄超空间动态组合模型(TOKASIDE-D),并选择华北地区的北辛店流域进行验证和分析。结果表明,与原模型相比,TOKASIDE-D模型在北辛店流域的洪水模拟精度有较为明显的提升,径流深误差合格率由44%提升至56%,洪峰误差合格率由44%提升至78%;TOKASIDE-D模型能够准确捕捉降雨、土壤含水量等动态因子对产流模式的控制效应。     

岔上水文站水文特牲分析

根据岔上水文站流域地理概况，研究了其历年大断面的变化情况，探讨了其水位与流量的关系，分析了其流域降水、洪峰流量、年径流组成及降水径流关系等。     

岔上水文站水文特性分析

根据岔上水文站流域地理概况,研究了其历年大断面的变化情况,探讨了其水位与流量的关系,分析了其流域降水、洪峰流量、年径流组成及降水径流关系等。     

CASC2D模型与GSSHA模型在栾川流域的径流模拟

为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同模型结构对于径流模拟的影响,选取栾川流域为研究对象,在采用相同的DEM、土地覆盖以及土壤资料的前提下,利用基于超渗产流机制的CASC2D模型以及在其模型结构基础上改Green-Ampt方程为理查德方程计算下渗并增加地下水径流的GSSHA模型对1964—2000年间的8场洪水进行径流模拟。结果表明,GSSHA模型在栾川流域获得较好的模拟效果,除峰现时差外,GSSHA模型在洪峰、径流深模拟以及确定性系数方面均比CASC2D模型有较大提升。