基于Copula函数的河南省干旱特征分析

基于河南省及周边26个站点降水资料,采用降水距平百分率识别干旱事件,统计了干旱历时和干旱烈度两个干旱特征变量,利用四种Copula函数建立了干旱历时和干旱烈度的联合分布,选取拟合度最优的Copula函数,通过空间插值法得到河南省干旱联合重现期空间分布,分析了干旱重现期的空间分布特征。结果表明,干旱联合重现期低值(干旱风险高)区在河南省南部,如南阳、信阳一带;干旱联合重现期高值(干旱风险低)区分布在河南省西部,如三门峡、栾川等地区。     

秦淮河流域不同频率降雨联合概率分析

秦淮河流域汛期雨量丰沛,洪水的特性受一日降雨量和多日降雨量影响,单考虑某一时段的降雨量不能全面反映流域洪灾的风险。选取P-Ⅲ型分布分别作为最大1日面雨量的边际分布,两参数对数正态分布作为最大3日面雨量、最大7日面雨量边际分布。在此基础上利用Gumbel Copula函数建立秦淮河流域最大1日面雨量、最大3日面雨量联合分布模型,利用Clayton Copula函数建立最大1日面雨量、最大7日面雨量联合分布模型,并计算了二维联合分布下的暴雨设计值和重现期。结果表明,两变量联合重现期小于同现重现期,基于二维Copula函数联合分布计算的暴雨设计值大于单变量分布计算的暴雨设计值,为秦淮河流域的防洪防涝提供了参考。     

基于Copula函数的水库汛期分期设计

鉴于水库汛期分期设计是充分利用水库洪水资源的重要手段,以红枫水库为例,在实测系列洪水中加入历史特大洪水,采用超定量方法取样,用混合Von Mises分布拟合洪水发生时间,建立了基于二维Frank Copula函数的洪水发生时间与量级的联合分布,推求分期设计洪水,进而进行了调洪计算,确定了水库汛期分期方式为汛前期(5月1日~5月31日)、主汛期(6月1日~7月31日)、汛末期(8月1日~9月30日),并在满足防洪标准的前提下,确定了各分期汛限水位分别为1 239.1、1 236.5、1 239.6m。     

基于Copula函数的柘林水库设计洪水频率分析

针对传统设计洪水频率分析采用单变量方法且不考虑变量间相关关系的问题,以江西省柘林水库坝址洪水为研究对象,采用Frank Copula函数构建洪峰与5d洪量的二元联合分布,并引入联合重现期的概念。结果表明,柘林水库坝址洪水主要受洪峰和洪量控制,峰量间存在良好的相关性;两变量方法推求的峰量联合设计值均大于单变量方法,各特征量的重现期均高于设计标准。可见Copula函数拟合度较高,计算所得频率设计值更符合洪水事件的内在规律以及工程实际要求,且同时可得不同情况下的峰量设计值组合,在水文领域具有广阔的应用前景。     

基于Copula函数和Monte Carlo法的防洪调度风险分析

以黄河万家寨水库为例,采用Copula函数构建洪峰和洪量的联合分布模型,随机抽样模拟洪峰和洪量系列并转化为洪水过程线,同时考虑泥沙淤积和泄流能力不确定性影响,在给定汛限水位和调洪规则下调洪演算模拟洪水.结果表明,水文因素的随机性、库容与水位关系的不确定性是万家寨水库防洪风险的主要影响因素,泄流能力不确定性对水库泄洪影响不明显,并获得了各汛限水位方案下水库的防洪风险率,为万家寨水库前汛期汛限水位选择提供了参考依据.     

基于Copula函数的西南岩溶流域多变量洪水频率分析

基于西南岩溶区澄碧河流域平塘水文站年最大场次洪水数据,利用Copula函数建立多维洪水变量的联合分布并计算联合、同现重现期。结果表明,Frank Copula对洪峰—洪量二维联合分布的拟合效果最优(R_(RMSE)=0.041 1,A_(AIC)=-56.2),Gumbel Copula对洪峰—历时二维联合分布的拟合效果最优(R_(RMSE)=0.0482,A_(AIC)=-53.3),Gaussian Copula对洪量—历时二维联合分布的拟合效果最优(R_(RMSE)=0.046 0,A_(AIC)=-54.2),Gumbel Copula对洪峰—洪量—历时的三维联合分布拟合效果最优(R_(RMSE)=0.049 2,A_(AIC)=-53.0);洪水单变量重现期大于多变量联合重现期(如T=100 a,相应的T_(aqw)=52.3 a、T_(aqt)=79.9 a、T_(awt)=60.6 a和T_(aqwt)=35.7 a),小于多变量同现重现期(如T=100a,相应的T_(oqw)=980.2 a、T_(oqt)=130.1 a、T_(owt)=267.4 a和T_(oqwt)=260.3 a)。研究结果可为岩溶区流域工程防洪安全评价提供新的选择。     

基于Copula函数的并联水库群洪水地区组成方法

目前,我国规范推荐的洪水地区组成方法存在主观性、经验性较强问题或概化问题,特别是对于洪水地区相关关系较弱的并联水库群,计算结果与理论的洪水地区组成可能存在较大差异。利用Copula函数建立的并联水库群洪量地区组成多元联合分布,构建最可能地区组成模型,应用遗传算法求解最可能地区组成方案,并以某并联水库设计洪水为例,将该方法的计算结果与同频率法进行比较,验证方法的有效性。结果表明,遗传算法在求解最可能地区组成方案时可发挥较好的作用;两种方法所得结果整体上在各区域分配规律相一致,但存在差异,且随着频率变大,差异逐渐减小,而基于Copula函数的方法理论依据充分,统计基础强,在描述并联水库群的洪水天然组成规律方面效果较好,可有效地规避同频率法的盲目性和任意性。     

基于Copula函数的邕宁水利枢纽多时段施工导流风险及方案决策

为了研究不过水围堰多时段施工导流风险问题,提出了基于Monte-Carlo方法和Copula函数的施工导流水文风险计算模型。考虑各导流时段施工洪峰流量之间的相关性,根据实测水文资料选取Copula函数拟合,建立联合分布,采用随机模拟技术生成导流时段洪峰流量并统计风险,进而计算了邕宁水利枢纽二期导流风险,并利用TOPSIS决策模型进行了方案决策。结果表明,联合分布拟合效果良好,能更加合理地分析风险率,且延长至前汛期的围堰挡水方案为该工程的较优方案,带来了巨大的经济效益。     

条件概率组合法在洪水组合问题中的应用

为研究水库下游存在区间入流的防洪系统在洪水组合后所带来的防洪风险,考虑到出库洪水与区间洪水之间的相关关系,以雅砻江和九龙河流域为例,在分析两流域洪水特性的基础上,采用条件概率组合法计算两流域洪水组合后下游安全区的防洪风险率及洪水分布函数,求得设计防洪标准所对应洪水发生的概率,计算结果更符合实际情况,为锦屏一级水电站水库高效安全运行和水库下游防洪安全措施的制定提供了重要依据。     

基于设计洪水过程线法的百色水库汛限水位动态控制

为提高百色水库对洪水的调节作用和洪水资源化利用效益,对百色水库进行分期汛限水位动态控制。先对百色水库进行汛期分期,计算各分期设计洪水;然后,采用老口水库与百色水库洪水同频、区间洪水按实际典型组成分配及老口水库与区间洪水同频、百色水库洪水按实际典型组成分配两种工况,分析了主汛期、汛末期南宁市洪水地区组成;最后,针对百色水库主汛期和汛末期不同汛限水位,对百色、老口水库进行联合洪水调度,得到百色水库主汛期汛限水位调整域为214~215 m;汛末期汛限水位调整域为214~223 m。由此可知,对百色水库进行汛限水位动态控制可提高洪水资源化利用效益。     

泾河东庄水库对渭河下游的影响分析

分析了泾河张家山水文站的来水来沙特性,并对泾河拟建的东庄水库作了简要介绍。重点分析论证了泾河东庄水库修建后对渭河下游的影响,阐明了修建东庄水库对解决渭河下游防洪、淤积、环境恶化等问题的作用。     

山东省小清河流域暴雨——潮位遭遇组合规律研究

鉴于洪潮遭遇组合分析可为沿海地区洪涝防治规划与设计提供参考,采用Copula函数建立山东省小清河流域面雨量年极值和羊角沟站潮位年极值的联合分布函数,通过优选,最终选用Gumbel Copula函数分析两者组合概率,揭示其遭遇组合规律。结果表明,重现期越小的设计面雨量(潮位)遭遇同量级潮位(面雨量)的概率越大;面雨量和潮位同为10年一遇时,联合重现期约36年;两者同为200年一遇,联合重现期约为947年,小清河流域平均面雨量和羊角沟潮位同频率遭遇是两者概率的1/4左右。     

中小流域洪峰流量与水位联合分布的设计洪水分析

针对库岸堤坝防洪设计中洪峰流量与相应洪峰水位的联合分布研究的不足,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期水平。以罗坝水流域结龙湾水文站1958～2013年的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。结果表明,洪峰流量和洪峰水位的遭遇条件概率显示存在多种防洪设计标准;对比"或"联合重现期和"且"重现期,Kendall重现期更准确地反映了洪峰流量和洪峰水位组合的风险率;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。     

渭河下游防洪形势分析及治理对策探讨

通过渭河下游洪灾和防洪现状考察系列调研活动以及对多年来渭河下游河床变化系列实测资料的分析,指出目前渭河下游防洪存在的主要问题,并提出控制和降低潼关高程等治理措施。     

基于Copula函数的甬江流域雨潮遭遇组合分析

雨潮遭遇组合分析和组合方式的选取是沿海地区防洪治涝规划的重要内容之一。以甬江流域为例,在考虑尾部相关性的基础上,采用Gumbel Copula函数构建流域暴雨和河口潮位的联合概率分布,分析不同暴雨潮位组合下的同现风险率、条件风险率和组合风险率,并基于条件最可能组合原理,计算给定设计暴雨条件下潮位的条件最可能值和置信区间。结果表明,当甬江流域发生10、20、50、100年一遇暴雨时,相应镇海站最可能发生4、8、21、43年一遇潮位。     

基于突变理论的内蒙古巴彦淖尔市凌洪灾害风险评估

黄河内蒙古段凌洪灾害频发,凌情复杂多变,防凌除险难度极大,因此凌洪灾害的风险评估是开展防凌工作的重要部分。选取内蒙古巴彦淖尔市沿黄5个旗县区为风险区,通过分析凌洪灾害驱动机理,基于灾害学和突变理论建立灾害风险评估体系,得到各风险区的风险等级。结果表明,各风险区风险等级随黄河过境顺序呈逐级递减的态势,其中磴口县(0.956)属极高风险地区,杭锦后旗(0.923)、临河区(0.907)属高风险地区,乌拉特前旗(0.899)、五原县(0.885)属中等风险地区。突变评估结果与模糊优选法评价结果基本一致,且与历史险情统计基本吻合,验证了突变理论评价结果的合理性,可为巴彦淖尔市防凌减灾工作的科学规划、合理部署提供参考。     

Copula函数和AR模型在洪水随机模拟中的应用

应用Copula函数构造了洪峰与历时的联合分布及非平稳自回归模型模拟截口序列,基于联合随机抽样方法进行大样本的洪水随机模拟并提出了一种新的洪水随机模拟方法.结果表明,该混合模型能较好地描述洪峰、历时的统计特性及相关关系,克服了传统模拟方法对历时描述较差的缺点.     

渭河下游疏浚固堤初步分析

渭河下游频发洪水灾害,特别是2003年8月、2005年10月几场较大洪水,给渭河下游带来了巨大的损失。许多学者针对渭河下游出现的一系列问题,提出了近期缓解渭河下游突出问题的措施,清淤疏浚、淤背固堤是其中之一。本文从渭河下游水沙条件、淤积情况及解决渭河下游防洪问题入手,对清淤疏浚、淤背固堤进行了分析。