基于Copula函数的设计洪水过程线方法

采用Copula函数构造边缘分布为PIII分布的联合分布,用以描述年最大洪峰和年最大时段洪量,并介绍两变量情形下的重现期定义,根据建立的联合分布和两变量的重现期提出基于两变量联合分布的设计洪水过程线推求方法.研究有助于进一步认识设计洪水过程线的推求方法,并为设计洪水过程线推求提供了一种新思路.     

基于信息熵误差异分布模型的洪水概率预报方法

以大渡河流域大金站为对象,开展了基于信息熵误差异分布模型的洪水概率预报方法研究。挖掘了确定性水文模型预报的相对误差的统计规律,发现不同量级流量下洪水预报的相对误差存在异分布特征,服从不同的概率分布函数。基于极大熵和极小熵原则确定不同流量量级下预报相对误差的最优概率分布函数,进而采用不同的误差分布函数描述不同流量量级下的预报误差规律,并推导了以确定性模型预报值为条件的"真实"流量的分量级条件概率分布函数。根据不同量级对应的条件概率分布函数,可获得概率预报倾向值(如中位数预报)及任意置信度下的概率预报区间(如90%预报区间)。大金站的应用结果表明,概率预报模型提供的预报倾向值(中位数预报值)整体要优于原始的确定性模型预报值,同时概率预报模型提供的90%置信度下的预报区间可以涵盖绝大部分实测值,具有较高的可靠性。     

基于Monte Carlo模拟的洪水预报可靠性分析

净雨预报误差、洪水预报误差是当前水库实行预报调度的重要风险来源,影响水库综合效益的充分发挥.将净雨预报误差及洪水预报误差作为水库预报系统的荷载,借用可靠度理论分析了洪水预报的可靠性,先采用Monte Carlo直接法分析了大伙房水库净雨预报、洪水预报的单失效模式的可靠性,再分析了不同系统功能函数形式对洪水预报系统失效模式可靠性的影响,在选定系统功能函数的情况下,由Monte Carlo重要抽样的改进方法对系统失效可靠性进行了计算,所得结果可为进一步提高预报误差水平提供理论依据.     

考虑入库洪水不确定性的三峡水库汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制域是水库实施汛限水位动态控制的基础与关键.考虑影响防洪调度风险的最重要风险源,即入库洪水预报误差及洪水过程线形状的不确定性,提出风险约束条件及其量化分析方法.将入库洪水不确定性、风险分析与汛限水位动态控制域的确定过程有机结合起来,利用预泄能力约束法和Monte-Carlo模拟方法推求三峡水库汛限水位动态控制域.在不增加防洪风险的前提下,三峡水库实施汛限水位动态控制可有效地提高中小洪水资源的利用效率,利用1～3 d的洪水预报信息,三峡水库汛期可增发电量6.99×108～14.45×108kW·h.研究方法对其他水库实施汛限水位动态控制也有借鉴意义.     

双联互流型水库洪水预报方案的抗误差研究

漳河水库由观音寺水库和鸡公尖水库通过半天然明槽相互连通组成,两库特性悬殊,彼此交互流注,因受明槽输水、库水位观测、动库容计算误差等的复杂影响,以往多次建立的洪水预报方案均未达到可供应用的水平.在分析双联互流型水库入库洪水误差产生特点的基础上,首先建立观音寺水库入库洪水预报方案,进而以总库入库洪水为依据确定鸡公尖水库预报方案及漳河水库的预报方案.在产汇流模型基础上,进一步应用自适应实时校正技术,使漳河水库洪水预报方案的平均确定性系数、洪峰合格率和峰现时间合格率分别达91.09%、100%和90.91%;观音寺水库洪水预报方案则分别达90.63%、100%和100%,建立了达到甲等水平的漳河水库洪水预报应用方案.     

设计洪水不确定性下的水库防洪风险调度

水库防洪调度中,设计洪水的推求对于水库防洪安全至关重要,而在其实际的推求过程中存在着诸多不确定性因素影响。本文针对设计洪水洪峰、洪量以及洪水过程线多重不确定性,提出了一种水库防洪风险调度模型并进行求解,探求设计洪水不确定性下的水库防洪调度过程。应用Copula函数建立洪峰与最大三日洪量的联合分布模型,采用蒙特卡洛重抽样方法,获取一系列峰量联合设计值;针对传统设计洪水过程线选择的单一性问题,对水库实测洪水过程进行了分类,并对不同类型的洪水过程线进行随机模拟,生成多维不确定性下的设计洪水过程;引入经济学指标条件风险值CVaR(Conditional Value at Risk)来衡量水库防洪调度过程中超过调洪最高洪水位的风险,建立了考虑CVaR的水库防洪调度模型,通过不同的风险系数取值获得不同的水库防洪调度过程。以安康水库洪水过程为例,二次重现期标准下百年一遇设计洪水联合设计值存在着较大的不确定性;采用K-means聚类法把洪水过程分成了三类,并应用蒙特卡洛法对不同类型洪水过程进行随机模拟,获取了考虑不确定性的大量水库设计洪水过程,推求了安康水库不同风险系数下水库防洪调度规则。本文所建立的考虑设计洪水不确定性的水库防洪风险调度模型可为不确定性条件下水库调度规则的制定提供指导。     

温州泽雅水库洪水预报单位线的推求

洪水预报是确保水库防洪功能有效发挥的关键,根据泽雅实测水文资料,采用原型单位线进行洪水预报进行推求.在历史资料不全与上游没有流量实测站的前提下,确保温州城区正常的供水及减少水库下游水患灾害,有计划地开展水库调度工作.为今后的防洪调度做好预报提供依据,充分发挥水库应有的效益.     

基于贝叶斯方法的实时洪水校正模型

简述了实时洪水校正方法的研究进展,提出并建立了基于贝叶斯方法的实时洪水校正模型. 该模型用先验分布考虑水文资料的不确定性,用似然函数描述模型结构和参数的不确定性,将两者综合得到预报流量的后验分布. 选用江西省白云山水库的雨洪资料对模型进行探讨与检验,采用可变遗忘因子最小二乘递推算法估计先验分布和似然函数的参数,以后验分布密度函数的均值作为结果发布. 结果表明该法不仅可显著的提高洪水预报精度,还给出预报区间估计值,实现了预报与决策的有机耦合.     

溃坝洪水的一维、二维耦合模拟

为了给防汛指挥机关进行有计划撤离提供科学依据,探讨了溃坝洪水演进规律.针对山区水库地形的复杂性,建立一种溃坝洪水模拟的一维、二维耦合模型,采用交错网格、线性递推、交替隐格式求解.运用此模型对某水库溃坝洪水进行模拟,对溃坝洪水向下游推进过程、以及洪水漫堤后向下游城镇的演进过程进行水动力学模拟,得出水位和流速的沿程分布,实现水流的快速预报.此模型对山区水库的溃坝洪水模拟具有很强的实用性.     

水库通用简易洪水预报方案及应用研究

水库洪水预报的及时与精度直接影响到防洪调度决策和效益.为解决台州地区目前水库洪水预报方案不足的问题,根据防洪调度决策过程中不同阶段所关注的重点不同,提出将水库洪水预报分为前期洪水预测和实时洪水预报两个阶段,并通过将新安江模型计算加以简化,以适应当前中小型水库技术力量薄弱的现状,提高洪水预报方案的通用性和实用性.实际应用中显示该预报方案简单实用、效果较好.     

以前期水量为条件的管运洪水推求

水库工程在运行管理期遭遇的洪水,主要由暴雨形成的水量和洪水来临时河流前期水量决定。对小流域而言,后者作用较小可忽略;对于大中流域,后者影响较大应予重视。本文基于全概率公式,提出以前期水量为条件的年最大时段洪量频率分布来定量表征这种影响的方法——直接法和间接法。将前期水量分为少水和多水两种状态,直接法以实测洪水资料为基础,采用单变量频率计算分析原理推求前期水量为少水与多水的条件分布,直接法简单实用,缺点在于对资料条件要求较高。间接法首次以Copula函数描述年最大时段洪量和前期水量的2维联合分布;该方法的关键在于Copula函数的选择,通过分析年最大时段洪量和对应前期水量的相关图特性,选取Clayton–Copula函数推求条件分布。间接法在资料缺乏情况下方便可行,不足之处是要选择适合的Copula函数,计算较复杂。最后将建议的直接法和间接法应用于杂谷脑河管运洪水计算中,分析结果表明水库综合效益比原固定汛限水位时增加。     

一种新的分期设计洪水计算方法

采用超定量取样方法,从洪水发生时间和量级两个方面考虑,建立了基于Copula函数的洪水发生时间和量级的两变量联合分布,提出了一种新的分期设计洪水计算方法,并与现有的方法进行比较.应用实例结果表明:所推求的分期设计洪水既能符合防洪标准要求,又能够满足分期设计洪水与年设计洪水的关系;主汛期的设计值相对年最大设计值有小幅度增加,而非主汛期设计值则小于年最大设计值;比现有的分期设计洪水计算方法更加合理可行,为分期设计洪水分析计算提供了一条新的途径.     

玉皇庙水库设计洪水合理性分析

根据榆树市玉皇庙水库洪水特性,分析了频率计算法、由暴雨推求洪水和地区综合法推求洪水3种设计洪水的计算方法,对3种方法的计算结果进行合理性比较,得出采用暴雨推算小面积洪水方法的成果比较合理的结论。     

基于投影寻踪的洪水分类和识别方法研究

洪水分类在洪水预报、水库调度过程以及流域洪水的管理中有着重要的作用.首先通过投影寻踪方法建立长江下游南京站历史洪水分类模型,通过遗传算法来求解,然后利用投影寻踪识别对现有洪水进行类型归属识别.实例计算证明,这种分类方法在洪水分类中有重要作用.通过分类识别,在进一步的实时洪水预报中提高了预报的确定性和准确度,减少盲目性,对防洪减灾具有重要的意义.     

小清河流域中型水库入库洪水过程研究

应用小清河流域的实际资料 ,首次提出了以控制净雨深为参数中型水库的有效控制面积与小型水库折算控制面积之间的关系 ,并给出了相应的表达式 同时提出了以水库有效控制面积为参数的移植法推求资料缺乏地区的入库洪水过程 ,大大提高了水库入库流量预报和水库调度的精度 .实例结果表明 ,该法合理且有效可行 .     

考虑梯级水库库容补偿和设计洪水不确定性的汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制本质上是风险调度的范畴,其最主要的风险源来自于入库洪水的不确定性。不仅包括由于预报误差带来的实时调度风险,还包括由于设计阶段对于设计洪水不确定性考虑不周而存在的潜在防洪风险。本文针对梯级水库,提出了一种考虑库容补偿和设计洪水不确性的汛限水位动态控制域求解新方法。通过分析梯级水库库容补偿调度原理,定义了水库极限汛限水位上限值,并给出了考虑设计洪水不确定性的防洪风险定量表达式。以Copula函数为工具建立上游和区间天然来水的联合概率密度函数,求出下游遭遇某一设计洪水时,上游可能出现的洪水范围,从而得到考虑梯级水库调蓄作用的不确定性设计洪水。通过反复迭代计算最终得到兼顾防洪风险与兴利效益的汛限水位动态控制域。将该方法运用在考虑潘口库容补偿作用的黄龙滩汛限水位动态控制域计算中,并与同频率法和典型年法比较,得到以下结论：1）所提方法能通过挖掘历史洪水信息,为模拟梯级水库设计洪水不确定性提供参考信息;2）相对于同频率法和典型年法,所提方法推求的汛限水位动态控制域更加的安全;3）黄龙滩水库汛期运行水位可以从[240,247]m变为[240,248.21]m。可使汛期来水较多的2000年和来水较少的1994年分别增加发电量0.13和0.11×10⁸ kW·h。所提方法能充分考虑梯级水库库容补偿和设计洪水的不确定性,能得到不增加防洪风险的水库汛限水位动态控制域。     

基于Web的水库洪水预报调度系统设计与开发

在分析基于Web水库洪水预报调度系统结构体系的基础上,提出系统开发策略、关键技术、实现的途径和方法.利用现代洪水预报调度技术和分布式网络编程技术,成功开发了基于Web的水库洪水预报调度系统.该系统技术先进、实用可靠、界面友好,提供了分布式计算平台,实现了在Internet环境下进行水库洪水预报调度.     

基于全概率公式直接推求管运洪水

本文为保证防洪安全的前提下充分发挥水库的综合效益,提出了基于全概率公式推求管运洪水的方法,并详细阐述了其基本原理;提出了在资料较短或前、后汛期洪水特性大致相同的情况下运用全概率公式推求管运洪水的实际方法;以马边站的洪水资料进行实例研究,其结果表明基于全概率公式推算出来的管运洪水既能使水库工程达到防洪标准,又能充分发挥水库的综合效益。     

短期降雨预报精度的模糊风险评价方法研究

为更好地提高洪水资源利用率,探讨利用短期降雨预报信息来指导水库的实时调度,在总结常规的短期降雨预报精度分析方法存在问题的基础上,引入可能性-概率风险的方法进行短期降雨预报精度分析,以白龟山水库的短期降雨预报精度分析为例说明该方法的具体应用.可能性-概率风险概念简单,数学逻辑清晰,计算简便,特别适合于因历史数据少而形成的小样本问题.     

基于最大信息熵原理的居民出行分布模型

为寻求居民出行分布的普适性模型,引入最大信息熵原理,据此建立了居民出行分布的熵模型。并通过改变约束条件推导出了居民出行分布中常见的几种模型。鉴于最大信息熵模型中参数标定比较困难,提出了确定系统分布的熵方法。实验验证表明这种方法简单可行,是对最大信息熵原理的扩充。本文的研究成果可以用于居民出行分布及其相关问题的研究。