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.     

感潮河段洪潮遭遇组合风险研究

洪潮遭遇分析和洪潮组合的合理选取是感潮河段整治规划设计中的重要内容。构建的洪潮遭遇组合的风险分析模型,首先采用Copu la函数构建感潮河段的年最大洪水流量和相应潮位的联合分布以及年最高潮位和相应洪水流量的联合分布,再基于联合分布提出遭遇组合的风险分析模型。并以漠阳江河口段的洪潮遭遇组合分析为实例来研究。结果表明,①以洪为主,50年一遇的设计洪水与下游多年平均潮位相组合的风险率为6.89%,②以潮为主,50年一遇的设计潮位与其上游多年平均洪水相组合的风险率为4.77%。根据洪潮遭遇组合风险模型来确定遭遇组合,可为感潮河段洪潮遭遇组合的合理选取提供科学依据。     

海堤设防标准探讨

调查分析了国内外海堤设防标准，把海堤破坏归结为6种模式，并分析风浪与潮位（流）对各种模式的影响，提出风浪与高潮遭遇概率粗略算法；根据海堤结构特点及其破坏模式，提出一种基于风浪与高潮遭遇概率，综合反映结构功能、使用要求与潜在风险，三层次设防的海堤设计标准，在此基础上提供了一种基于风险理论的海堤优化设计方法。     

考虑风险率模式下的洪潮组合设计方法

防洪(潮)计算中,洪潮组合若以洪为主时,一般选取设计标准洪水与多年平均潮位相组合,当以潮为主时,一般选取设计标准的潮位与多年平均洪水相组合.实际上,按不同的设计标准设计潮位时,河道上游可能发生各种频率的洪水,按不同的设计标准设计洪水时,河道下游也可能发生各种频率的潮位,所以,组合多年平均潮位或多年平均洪水存在一定的风险.为此,构建了洪潮组合风险计算模型,并依据洪潮组合风险提出了洪潮组合设计方法.考虑到各地水文特征的差异性,以深圳市为特例对这种方法进行了分析,为洪潮遭遇组合的合理选取提供科学依据.     

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。     

围海工程堵口水力计算中设计潮型的风险分析方法

围海工程堵口施工所遇到的水力条件复杂,是围海工程面临的主要技术问题.为了保证堵口合龙的成功,必须掌握堵口过程中龙口水力要素的变化规律.但是堵口工程水力计算存在设计潮型计算方法单一、设计潮型标准不统一的问题,为此,本文提出堵口期设计潮型的风险分析方法,并以深圳市赤湾站为例,计算分析了赤湾站不同重现期下的堵口期设计潮型.研究表明:①赤湾站现行典型潮型同倍比放大方法计算的堵口期设计潮型存在风险设计不足的问题;②赤湾站不同重现期下堵口期设计潮位一般差异不大,可统一取20年一遇的设计标准;③风险分析方法具有科学合理性,对围海工程堵口期设计潮型的确定具有指导意义.     

钢筋混凝土梁裂缝分布受保护层厚度影响试验研究

基于河口海岸水动力二维数值计算模拟,建立风暴潮与天文潮耦合作用的数值模型,通过多次台风引起的增水和综合潮位的模拟验证,证实该模型可适用于杭州湾海域,能够准确模拟强潮海湾内风暴潮和综合潮波的传播.应用该模型计算了秦山核电厂处可能最大热带气旋引起的增水,结果表明,过程最大增水随遭遇的天文潮位降低而增大,增幅可达85%,综合高潮位则随遭遇的潮位降低而下降;在平均海平面条件下最大增水比高潮位增水约大50%,也大干我国登陆最强的超强台风引起的增水.分析指出在强潮海区,基准洪水位组合中的可能最大风暴潮增水取发生在高潮位时的最大增水较合理.     

海堤渗压监测因果模型基本结构和因子选择

为揭示海堤渗压规律以及与主要影响因素间的关系，并建立安全监测因果模型、实现对海堤状态的实时监控，以监测数据为基础，对海堤实测渗压、潮位和降雨记录以及存在的因果关系加以分析，确定了海堤渗压因果监测模型的基本结构；采用统计距离比较方法选取合理的初选前期潮位因子，提出反映降雨量和降雨持续作用时间的降雨因子形式，并加入时效因子，以实测数据建立了海堤渗压监控因果模型.结果表明，该因果模型具有良好的拟合、预测效果.     

洪峰流量与水位不同遭遇条件下的防洪设计

采用Archimedean Gumbel-Hougaard copula函数和Kendall分布函数分析洪峰流量和洪峰水位联合分布的重现水平。以西江高要水文站1951-2010年的年最大洪峰流量和相应洪峰水位为例,计算了二者联合分布下的"或"重现期、"且"重现期和Kendall重现期及其最可能的设计值。主要结论如下:(1)洪峰流量和洪峰水位的遭遇条件概率显示存在着多种防洪设计标准;(2)对比"或"联合重现期和"且"重现期,Kendall重现期更准确地反映了Q-H组合的风险率;(3)以出现最大概率原理推算的不同洪峰流量和水位遭遇概率组合的Kendall重现期设计值为多种防洪标准选择与风险管理提供了更多的参考依据。     

海堤非稳定渗流场渗透参数反演分析

针对受到快速涨落潮位作用的海堤进行非稳定渗流有限元分析,在此基础上结合实测渗压序列构建目标函数对海堤的渗透参数进行反演研究.反演中采用分层搜索技术,先由逐步扫描法确定出渗透参数一个合理的小区间,再用一阶梯度优化方法在该小区间上进行迭代优化以获得合适的渗透参数.以反演得到的渗透参数进行海堤非稳定渗流数值模拟,算例表明,计算及反演步骤合理可行,模拟计算得到的渗压结果与实测序列在数值和动态变化规律上都取得了理想的拟合效果.     

Poisson-Gumbel Mixed Compound Distribution and its application

With the development of offshore engineering, the joint probability study for extreme sea environments has been a subject of increasing interest for both mathematicians and engineers. However, the conventional multivariate probability distribution models do not describe the distribution of the occurrences of extreme sea states induced by typhoon, hurricane or winter storm, and thus fail to reflect the probability characteristics of sea environments in all the aspects. Extreme sea environments are typically to be found in storms like typhoon, and the occurrences of such storms in certain sea areas, varying from year to year, may be fitted to a discrete distribution. By compounding the discrete distribution with a bivariate continuous distribution of two extreme sea environments, a new kind of distribution--Bivariate Compound Extreme Value Distribution (BCEVD) is obtained in this note. This study proposes Poisson-Gum- bel Mixed Compound Distribution, one of the particular forms of BCEVD, and gives an example of its application by using it to compute the joint distribution of wind velocities and wave heights and to estimate the 100-year return level, based on the 20-year wind and wave data in the East China Sea. The results show the advantage of PGMCD model in its stable results and simple use.     

嵊山防波堤工程浅水波高变形计算

对所给嵊山附近海域的海图进行处理,画出工程点附近海域的网格(99*85)得到工程点附近海域的水深资料.利用P3分布计算50年一遇的波高作为为初始波高,以高潮累积频率10%和低潮累积频率90%来计算设计高、低水位,采用波向线法并结合水深数据利用VB程序得到由外海向工程点传播的波向线折射图和波浪传播到工程点时的波高。     

规范设计中一般平稳随机载荷过程的组合

给出了规范设计中确定载荷组合系数的一种新方法。不同于FBC模型及泊松模型,载荷用一般的平稳随机过程模拟。利用Grigoriu的非高斯载荷过程的平均上通率的一阶泊松近似,确定单个载荷及组合载荷的特征值,其中组合载荷过程的任一点分布用最大熵原理近似估计。分析了不同载荷之间的相关性对组合系数的影响,对具有不同概率分布类型载荷的组合进行了数值分析。最后该方法应用到波浪载荷与风载荷的组合,数值结果表明了方法的有效性。     

海平面上升对长江口波浪影响的预测与分析

基于MIKE 21SW建立了长江口波浪数学模型,采用实测资料对波浪模型进行了验证,分别模拟当前海平面和海平面上升0.5,1.0,1.5m情景下的不同风向下的波浪分布,比较分析了波浪随海平面上升的变化特征,长江口波浪随海平面上升的一般特征为:波高和周期变化过程与潮位变化过程一致,波高增量高水位时大于低水位;口内波高增量明显小于口外,滩地增量最大,滩地迎风向的波高增量比背风向大;波周期变化特征与有效波高相似,但变幅明显小于波高变幅.     

波浪模型(YW-SWP)在海岸工程中的应用

在缺乏波浪观测资料无法求得深水波要素的情况下,利用岸站观测的风场资料,采用在国际通用的WAM波浪数学模型上建立的YW-SWP模型求得深水波要素.计算结果表明:在同一风场下,利用YW-SWP模型得到的波高与实测值相比,其最大相对误差为7%;而利用海港水文规范、国家堤防工程规范S、MB公式求得的波高与实测值相比,最大相对误差分别为10%,30%,40%.     

沉箱压载坐底模型试验及运动规律

通过物理模型试验,在淤泥质海床上沉箱锚定固位后受波浪、潮流作用的条件下,对沉箱坐底运动状态的稳定性和锚链最大拉力进行了试验研究.试验中考虑了受潮位影响时,沉箱与波浪、水流之间的相互作用关系,并实时记录了沉箱的运动状态.根据试验数据分析,得出在波浪、水流作用时沉箱坐底前后的运动现象与规律,总结了沉箱前锚链的拉力经验公式.试验结果为沉箱注水的工程操作过程提供了参考依据.     

潮流与泥沙输运对黄骅港工程的响应分析

黄骅港的泥沙淤积问题一直是影响通航能力和投资建设的关键因素.黄骅港通过2011年整治工程大大改善了航道的通航能力,并减缓了泥沙的淤积,为港池提供了平稳的水域.基于验证的MIKE 21软件中的潮流和泥沙数学模型,计算分析了2011年工况下港区的潮流场以及泥沙浓度场对工程的响应,并对比分析了有无波浪作用下泥沙浓度场的变化,得出以下结论:防波堤外延把黄骅港分为了两个相对独立的区域,明显的阻流作用迫使潮流携带泥沙沿堤向外海侧搬运;无波浪作用时,港区含沙量在平均值0.02kg·m-3附近变化,有波浪作用时,含沙量大幅上升,近岸区形成高含沙水体;防波堤阻碍高含沙水流跨过航道,提高了航道的使用寿命.     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

潮流数值模拟中紊动粘性系数的研究

从流体运动基本方程出发，对Boussinesq假设的合理性进行了初步探讨，阐述了紊动粘性系数的物理含义及其在数值计算中所起的作用，就一内设正交丁坝的半封闭海域中的平面紊动粘性系数对二维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，平面紊动粘性系数对潮位和平均流速的影响较小；随着紊动粘性系数的增加，丁坝背流侧回波的强度和影响范围均明显增大，就风生流和环岛水流两个理论算例中的垂向紊动粘性系数对三维潮流数值计算结果的影响进行了讨论。结果表明，垂向紊动粘性系数越大，流速分层越不明显，流速的绝对值也越小；垂向紊动粘性系数的梯度变化则对水平流速的垂向分布起着决定性的作用。综合理论分析和数值试验的成果，垂向紊动粘性系数宜采用抛物线分布的结构型式。