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。     

东江流域枯水径流的频率分析

将线性矩法应用于东江流域由13个子流域所组成的研究区域。线性矩法具有良好的参数估计性能。利用广泛应用于枯水研究中的概率点据相关系数检验法,采用5种有效的统计特征量较为深入地分析了6种常用的三参数分布函数,即GEV、GLO、LN 3、GPA、P 3和LP 3分布的区域频率特性。概率点据相关系数检验法和四阶线性矩检验法的计算结果表明,当采用三参数对数正态分布(LN 3)作为研究区域上的枯水频率分布线型时,这5种统计特征量均为最优。因此,建议采用LN 3分布来确定东江流域年最小七日设计枯水流量。     

基于线性矩法的东江流域区域枯水频率分析

线性矩法是在概率权重法基础上发展起来的一类分布函数参数确定方法．以年最小七日平均流量作为枯水径流的统计特征量，在水文站点一致性分析、水文相似区鉴别的基础上，以常见的5种三参数分布函数：Generalized Pareto分布（GPA）、Generalized Extreme-Value分布（GEV）、Generalized Logistic分布（GLO）、LogNormal分布（LN3）和Pearson type Ⅲ（PⅢ）为研究对象进行东江流域区域枯水频率分析．分析结果表明，LN3为最适合东江流域的区域枯水分布．将实测枯水流量与采用区域化方法所得到的枯水模拟结果进行对比分析，结果表明区域化所得到的模拟精度较高，可以满足实际需要．     

基于Copula函数和SPEI的广东北江流域干旱频率分析

选取广东北江流域18测站近50年日均温、日降水数据,计算出标准化降水蒸散指数(SPEI),通过游程理论确定干旱历时、烈度、烈度峰值等干旱变量;选用11种概率分布函数对干旱烈度和烈度峰值进行拟合,采用线性矩法估计参数,通过Kolmogorov-Smirnov方法进行拟合优度检验,确定出最佳的概率分布函数,并在此基础上对干旱变量10年一遇设计值进行空间分析。通过Genest-Rivest方法及尾部相关性分析,本文选取具有上尾相关性的GH Copula作为干旱变量的联接函数,并采用相关性指标法估计参数;进而对流域干旱变量联合概率分布进行研究,以期为分析区域水量平衡及防灾减害的干旱风险管理提供科学依据。     

基于Z指数的雅鲁藏布江流域径流丰枯变化及其特征分析

雅鲁藏布江流域地处青藏高原,近年来受极端天气影响,该流域的径流演变过程以及水文循环过程各要素之间的响应关系已成为目前研究的热点问题。本文利用雅鲁藏布江流域5个水文站60a(1956—2015年)年、月流量资料,对各站流量进行趋势分析及突变检验,并对径流演变的主要驱动因子进行相关性分析;正态化处理各站实测流量计算出流量的丰枯指数Z,将丰枯指数Z划分为7个等级,并对Z指数进行突变检验。结果显示,年平均流量除奴各沙和唐加站为减少趋势,其他3站为增加趋势,且近十几年来雅江流域水枯现象有缓解或有向平水或丰水方向发展的微弱趋势;通过分析月尺度径流丰枯等级发现,多数站点冬、春季水量偏丰,且各站Z指数在7月份有增加趋势,而8月份却为减少的趋势。本文对于认识雅鲁藏布江流域气候与水文特征以及雅鲁藏布江流域防洪抗旱的预警预报具有重要的指导作用。     

基于Copula淮河流域水文干旱频率分析及影响研究

选用游程理论识别水文干旱特征变量,基于马尔科夫蒙特卡洛等方法选出最适合的概率分布函数,分析淮河流域干旱历时和干旱烈度的联合频率特征,并对引起水文干旱特征频率变化的原因及影响进行分析,研究结果表明:1)淮河干流上游的干旱次数大于干流中游,干流上游的干旱历时小于干旱中游。淮河支流的干旱次数和干旱历时介于干流上、中游之间,其中淮河南岸的史灌河流域干旱发生次数高于其他2条支流。淠史杭灌区水利工程等导致蒋家集的干旱历时和干旱烈度相关性较低。2)广义帕累托和广义极值分布函数是干旱历时和干旱烈度拟合最优单变量分布函数,Joe Copula是干旱特征拟合最优的多变量Copula函数。在重现期小于30a一遇的干旱历时从长到短依次呈现干流下游、支流、干旱上游,随着重现期的增加,淮河北岸阜阳的干旱历时增加趋势最显著,其次是蚌埠站和班台站。干旱烈度与流域面积呈显著负相关。3)干流站点的联合重现期要大于支流,支流站点在遭遇长干旱历时或强的干旱烈度的干旱事件的概率要大于干流。干流站点的同现重现期却小于支流站点,这反映了干流在遭遇长干旱历时且强干旱烈度的干旱事件的概率要大于支流,干流上游站点与干流下游站点存在同样的规律。     

变化环境下渭河流域径流丰枯遭遇变化特征及其影响因素分析

以渭河流域为研究对象,采用有序聚类与滑动t检验法诊断渭河干流(咸阳站)、泾河(张家山站)与北洛河(状头站)1960-2010年径流变异情况,引入Copula函数分析不同水文区径流丰枯遭遇特征。结果表明:咸阳站径流于1969年、1993年变异,张家山站于1996年变异,状头站于1994年变异;变异点前后,各水文区相同设计频率下径流量显著减小,干流减小趋势最为显著;不同水文区径流丰枯遭遇概率变化显著,1960—1993年径流丰枯同步遭遇概率远大于丰枯异步,1994—2010年,除张家山-状头径流遭遇组合外,径流丰枯同步遭遇概率远小于丰枯异步,不同组合遭遇概率趋向均匀化;流域内不利于调水概率显著减小,持续且剧烈的人类活动对径流的改变是造成该现象的主因。     

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。     

基于Copula的澜沧江流域气象干旱风险分析

基于云南省澜沧江流域9个气象站点在1953—2015年逐月降水、蒸散发序列,构建标准化降水蒸散发指数SPEI,采用游程理论分离干旱特征变量,利用Copula函数建立联合分布函数,分析干旱发生概率及其重现期.结果表明:1)当发生相同程度历时、强度的干旱事件时,澜沧江流域北部区域的发生频率高于南部;2)不同地区的联合重现期等值线变化趋势不同,实际重现期介于联合重现期与同现重现期之间,联合重现期与同现重现期的值可作为预测实际重现期的区间范围;3)通过重现期确定不同程度干旱对应的区间范围;4)流域内轻微干旱风险概率为5.50%～11.05%、中度干旱风险概率为17.43%～39.31%、重度干旱风险概率为12.89%～17.83%、特大干旱风险概率为7.20%～14.00%.研究结果可为澜沧江流域干旱风险应对提供有益参考.     

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。     

基于合作博弈的东江流域用水不确定性研究

为进行变化环境下区域部门未来用水的不确定性研究,引入经济学中的合作博弈理论,在考虑各用水部门组成的用水联盟机会收益的前提下,依据国家用水总量控制指标,以广东省东江流域及其各分区为例,建立了基于合作博弈的各用水户用水分解模型并对其求解,给出了研究区2020年生产、生活和生态用水的合作博弈核心,即未来流域各用水户基于用水总量控制的用水量合理分配区间。东江流域2020年生产、生活和生态用水控制量区间分别为42.61~62.89亿m~3,25.2~42.06亿m~3和0.46~9.31亿m~3。通过各用水户用水量控制指标集的确定,为用水总量控制下流域未来用水管理目标提供了重要参考。     

基于线性矩法的珠江三角洲区域洪水频率分析

采用线性矩法及珠江三角洲19个水位站近50a的年最高实测洪水位,在水文站点一致性分析及水文相似区鉴别的基础上,进行区域洪水频率计算及空间特征分析.结果表明:整个珠江三角洲可划分为3个水文相似区,其形成动力机制各不相同;3个水文相似区和非相似区的最佳分布函数各自不同;整个区域的洪水频率分布自上游(内河地区)到下游(沿海地区)逐渐减小,证明外海地区比上中游等其他地区面临更大的洪涝灾害威胁.     

黄河上游汛期水量丰枯的气候因子分析

利用EOF、相关、合成等分析方法,对兰州以上黄河上游五测站的月平均流量、东半球的500hPa高度距平场及太平洋海温场资料进行了分析。结果表明：典型丰（枯）同期和前期500hPa高度距平场有着明显的差异,主要反映在极涡、西太平洋副高、中高纬西风带低槽等系统的强度和位置上;该流域流量的丰枯与太平洋海温距平场的分布关系密切,典型丰（枯）年前期（前一年9月至当年的2月）和同期太平洋海温场距平场的分布亦存在很大的差异。     

基于新安江水文模型的东江流域枯水径流模拟

为了探讨新安江流域水文模型模拟流域枯水径流的可行性及精度,采用该模型对东江流域中的4个子流域进行日径流过程模拟.在采用常规的评价指标对模拟结果进行初步分析的基础上,以描述枯水径流特点的枯水特征值,例如连续多日最小平均流量、基流分割结果、枯水期模拟结果和流量历时曲线等为研究对象,探讨该模型模拟枯水径流的能力.4个子流域的研究结果表明,不论对于常规的评价指标,还是枯水特征值,用新安江流域水文模型来模拟枯水期的流量均能达到较高的精度,因此可采用该模型进行东江流域枯水径流的预测.     

基于不同气候变化情景的东江流域水资源量预测研究

采用半分布式水文模型HSPF,结合1978-1998年东江流域实测气象数据和5个气候模式在3种RCP气候情景(RCP8.5,RCP4.5,RCP2.6)下基准期(1960-2000年)和未来时期(2020-2070年)降水、蒸发情景模拟结果,在对东江流域径流模拟检验基础上,对2020-2070年东江流域水资源量做了深入分析。结果表明,HSPF模型能很好模拟东江流域年、月径流以及洪水期径流变化,博罗站的NASH系数均超过0.81,PBIAS低于10%,RSR低于0.45;所选取气候模式能很好的反映研究流域气象数据在年内分布情况。对未来气候和东江流域水资源量模拟结果表明:1 2020-2070年不同气候变化情景下东江流域降水及蒸发量在RCP2.6和RCP4.5情景下均呈上升趋势,而在RCP8.5情景下,东江流域蒸发量则呈现下降趋势;2未来东江流域多年月均径流量呈增加趋势;3未来东江流域不同频率下的洪水和枯水流量均呈不同程度的增长。相对于基准期,未来时期的洪水天数呈增长趋势,洪水灾害有加剧态势。     

应用边际成本确定丰枯电价的理论分析

根据我国电价现状,利用微观经济学基本原理,分析平均成本和边际成本两种定价制的优缺点,阐明边际成本定价的科学性。同时,论证了边际成本制订丰枯电价的合理性,为电价的科学决策提供理论依据。     

区域降雨的丰枯特性及其补偿特性分析

利用天津市北三河境内18个雨量站、1960--2005年共46年的年降雨量资料,依次对北运河、潮白河、蓟运河流域的年降雨进行了丰枯判别、连丰、连枯概率和稳定概率计算,并利用Kriging插值模型和集对理论对各流域间的降雨补偿特性进行了分析．结果表明：连续两年出现平水年的概率为最大;北运河流域的丰枯交替比其他流域频繁;北三河系各流域间的降雨量基本是正相关的,即遭遇的机会较多,存在一定的丰枯同步性,即自产水不利于补偿调节,易产生区域性的洪涝灾害和干旱缺水问题．     

东江流域土地利用变化对径流的影响分析

将流域水文模型HSPF与元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)土地利用预测模型结合,定量评价了东江流域未来土地利用变化的径流响应;并且模拟分析了不同降雨情景下土地利用变化的水文响应。结果表明:HSPF模型可以较好的模拟东江流域的月径流过程,可用于东江流域长期水文变化的评价与研究;未来土地利用变化引起的总径流的改变较小但是地表径流的变化较显著;未来土地利用变化情景下高、低流量值都有所增长,随着城镇建设用地面积比例的进一步增加高流量值随之增长而低流量减少;随着降雨量的增加,径流对于未来土地利用变化的响应程度减弱,降雨量减少,未来土地利用变化的水文效应增强;总的来说,4种降雨情景下未来土地利用变化对总径流的影响都不大,但是对地表径流有较显著的影响。研究过程和结果可为东江流域水资源规划及相关管理决策提供参考。     

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。