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。     

上海市台风降雨和潮位遭遇组合概率研究

针对台风期间上海市城市防洪涝安全风险问题,基于1970～2011年徐家汇气象站日降雨资料和黄浦江吴淞潮位站日潮位资料,采用P-Ⅲ型分布拟合了台风降雨和潮位的概率分布,利用Copula函数建立了上海市台风降雨与黄浦江潮位的联合分布模型,并定义和分析了台风降雨与潮位的组合风险概率及两变量重现期。结果表明,上海市台风降雨达到50mm,与年最高潮位达到警戒水位的联合重现期约为2年;10年一遇台风降雨与5年一遇或20年一遇的年高潮位的同现重现期分别为111、303年;20年一遇的台风降雨与20年一遇的年高潮位的同现重现期为625年;上海市10年一遇以上台风降雨遭遇到5年一遇以上的年高潮位的机率很小。     

基于Copula函数的区域降水联合分布与特征分析

为深入研究降水时空分布特性,以便为流域水资源合理配置提供科学依据,以广东省东江流域内32个代表雨量站1956~2009年月降雨量资料为例,根据泰森多边形法计算四个子区间的面雨量,采用边际插值函数法（IFM）估计Copula函数参数,通过AIC信息准则确定研究时段内任意两相邻区间面雨量指标的联合分布。结合历史雨量极值组合所对应的重现期计算结果表明,东江流域降水时空分布不均匀,前汛期时段流域水资源状况较为安全,流域上游水资源状况也较为安全,后汛期与枯季时段流域下游水资源状况最为严峻。基于Copula函数方法与传统面雨量频率分析方法相比,能更全面地反映降水的分布特征。     

长江感潮河段洪潮遭遇组合概率分析

由于感潮河段的水情既受上游河川径流的影响,又受河口潮流的影响,因此对感潮河段的涉水工程来说,在进行感潮河段的涉水工程的水流数学模型计算或物理模型试验时,首先必须确定上边界的洪水过程和下边界的潮位过程及其组合概率。以长江感潮河段为例,基于"以洪为主"和"以潮为主"两种情况,利用Clayton Copula函数构建了其上边界洪水流量与下边界潮位的联合分布,将超过某一量级的洪水(潮位)遭遇一定潮位(洪水)区间的概率作为洪潮遭遇组合概率,基于联合分布计算得到了各种洪潮遭遇组合的概率。结果表明,Clayton Copula函数能够合理地构建长江感潮河段的洪潮联合分布;在"以洪为主"的情况下,百年一遇、五十年一遇、二十年一遇、十年一遇设计洪水基本上都是遭遇落在(7.62,7.82)区间的潮位的组合概率最大,其组合概率分别为0.19%、0.37%、0.93%、1.83%;在"以潮为主"的情况下,百年一遇、五十年一遇、二十年一遇、十年一遇设计潮位均是遭遇落在(59 364,64 364)区间的洪水的组合概率最大,其组合概率分别为0.21%、0.42%、1.06%、2.15%。     

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。     

基于Copula函数的不同历时降雨量组合概率研究

为查清越西县不同历时降雨量组合概率情况,根据越西雨量站1954~2012年降水资料,基于三维不对称Gumbel Copula函数构建了年最大1日降水量(R1d)、年最大3日降水量(R3d)、年最大7日降水量(R7d)的三维联合分布函数,计算了不同历时降水量的组合概率、条件概率和相应的重现期。结果表明,R1d、R3d、R7d三变量发生极端降水事件的联合概率最大,同现概率最小,单变量发生的概率介于二者之间;单变量的重现期(T)介于三变量联合重现期(Ta)与同现重现期(T0)之间;通过组合概率分布图和等值线图可得到给定条件下的两个不同组合事件的条件概率;三维不对称Gumbel Copula函数能够很好地描述不同历时降水变量之间的关系;可为城市防洪排涝及县域水资源开发利用提供参考依据。     

基于Copula函数流域防洪分析

采用Copula函数的基本理论和方法构建了边缘分布为P-Ⅲ型的联合分布,描述分析了潮位和降雨二者频率组合后确定流域防洪标准的合理性,为流域防洪分析提供了一种新方法。算例结果表明,在给定某一频率的潮位下,有多种频率的降雨进行组合,且概率随频率的增加而减小。     

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Copula函数的南水北调中线降水丰枯遭遇分析

针对南水北调中线工程水资源调度实况,按调度年、季两种时间尺度分别讨论了水源区和四个受水区降水的丰枯遭遇性,基于Copula函数构建了水源区与各受水区降水量的联合分布,计算了丰枯遭遇的概率,并对比分析了传统统计法与Copula函数法的优劣.结果表明,水源区和各受水区丰枯组合中对调水有利的概率均大于70%,调水效益由南向北逐渐增大;Copula函数法在计算条件概率及概率等值线图方面均优于统计法.     

未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化特征

极端气候变化导致水旱灾害频率和强度的改变,为探究未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化规律,以淮河干流小柳巷以上32个雨量站1961～1990年实测日降水数据为基准,集合RCP4.5情景下5种全球海气耦合模式(GCM)在2021～2050、2051～2080年的日降水预测,应用6种极端降水指数量化极端降水变化规律,基于Copula函数构造3组极端降水指数组合的联合分布,并利用Kendall重现期探讨双变量降水事件发生概率的空间变化规律。结果表明,无论在哪个未来时段,6种极端降水指数较基准期均有不同程度的增大;双变量降水事件的发生概率的空间异质性随着重现期水平的增高而增大;未来60年北部山区和研究区下游极端降水事件发生更加频繁,对淮河流域防洪排涝具有指示作用。     

基于Kendall重现期的降雨潮位风险分析

短时强降雨和外江潮水位顶托是诱发城市内涝的两个重要因素,分析雨潮风险对于减少内涝灾害,确保居民人身财产安全具有重要意义。重现期与设计值的定义和计算是风险分析中的重难点,通过构造年最大1h降雨量与相应潮位的联合分布,介绍了Kendall重现期的定义和计算方法,指出了Kendall重现期与传统重现期在危险区域识别上的差异性,并通过实例分析,验证了Kendall重现期法的合理性。研究结论可为城市内涝防治提供依据。     

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。     

变化环境下中国不同强度降雨的时空变化特征

受全球变暖和降水的空间异质性影响,局地极端降水事件呈现出广发和频发的态势,提取不同强度降雨变化的时空特征对科学开展防洪减灾布控具有重要的实际意义。为此,以中国大陆为例,采用Mann-Kendall检验方法对各流域不同强度降雨过程进行趋势性检验,利用95%置信水平对其进行显著性判断,并利用变标度极差分析方法(R/S)揭示未来各流域不同强度降雨的持续性演变特征。结果表明,各流域对应的不同等级强度降雨对年降水量贡献的表现形式不同,干旱和半干旱区流域小雨、中雨和大雨的年累积降水量对年总降水量的贡献高达90%左右,而半湿润和湿润区流域的贡献约为70%左右;未来黄河流域、辽河流域和海河流域的极端大暴雨事件将有所减少,而长江流域和珠江流域的极端大暴雨事件将显著增加。研究结果对于流域水管部门提出适应和减轻降水不利影响的应对方案具有重要的指导意义。     

多源降水信息在海河流域洪水预报中的应用

将气象数值预报降水格点信息、雷达反演降水信息插值到实测雨量站点中,分别通过覆盖、插补方式将插值的雨量信息统一整合到标准的实时水雨情库中,从而实现与该站点实测信息的融合,从降雨数据层面实现了测站的历史、实时、未来降水信息的统一。在此基础上,利用现有水文预报系统进行多源降水信息支持下的洪水预报,在确保一定精度的前提下,延长了洪水预报的预见期。将该方法应用于2012年海河流域洪水预报和防洪调度中,取得了较好的效果。     

基于混合线性回归方法的下关站潮位过程预报模型

为了解下关站的潮位过程,以长江下游镇江站为参证站,从平均潮位、潮差、潮位过程平移和重建出发,以2000～2003年汛期为研究时段,采用混合线性回归模型探讨了南京秦淮河出口下关站的潮位拟合和预报过程。检验结果表明,模型简单实用,下关站潮位过程预报合格率达到92%以上,可供秦淮河流域防洪减灾与水资源调度参考。     

海河流域极端降水事件时空变化特征分析

为研究气候变化背景下海河流域的极端降水事件变化规律,基于流域内30个气象台站1960~2008年的逐日降水资料,选取不同的降水指标,应用M-K趋势检验和滑动t检验方法分析了海河流域极端降水的时空变化特征。结果表明,海河流域的极端降水事件的发生频率和强度在年际变化中均呈减小趋势;在空间大部分范围内,降水频率和强度指标也均呈负趋势,仅滦河上游山区、子牙河山区和胶东沿海部分地区呈微弱上升趋势,但趋势并不显著。总体而言,海河流域趋向于干旱化,流域内洪涝灾害发生的概率有所减小。     

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。