分期设计洪水重现期计算模型研究

年最大洪水与分期最大洪水序列是两个选样不同的样本,其重现期和设计值计算对于水库安全防洪、提高兴利效益和洪水资源安全利用至关重要。本文根据重现期的定义,运用数理统计法,推导了独立同分布单变量和多变量水文事件重现期的计算公式。在此基础上,结合现有的3种分期洪水概率模型,严格推导了年最大洪水重现期与分期最大洪水有关重现期计算模型和关系式。采用蒙特卡洛试验,经模拟计算,文中有关重现期模型计算值与经验重现期一致,表明文中推导的重现期模型是正确的。最后,以南四湖流域1963—2008年分期7日最大入湖洪量资料为例,给出了分期最大洪水分布参数估计、年最大洪水分布计算过程,说明分期最大设计洪水的计算问题。文中模型与计算方法以期为我国分期设计洪水计算提供理论支撑。     

水库运用对宁蒙河段小重现期设计洪水的影响

把安宁渡站作为设计洪水计算的参证站,针对黄河宁蒙河段汛期设计洪水计算方法及成果可能存在的问题,分析了龙羊峡、刘家峡水库运用对宁蒙河段小重现期设计洪水的影响。结果表明:①由于龙羊峡、刘家峡水库对小重现期洪水的拦蓄,因此小重现期设计洪水偏大;②现状常采用的实测资料排频法计算小重现期设计洪水,虽然成果与一般概念符合,但由于实测资料基础不一致,因此不能用于设计;③建议利用水库调洪和调节径流运用方式结合的方法分析计算水库调蓄运用后的各频率设计洪水。     

浅析水利水电工程施工分期设计洪水频率分析计算

水利水电工程的施工洪水标准(重现期)为3~50a,一般采用5~20a。当设计依据站实测资料系列较长,且施工标准较低时,施工分期设计洪水可根据经验频率确定。但直接比拟依据站的分期洪水成果不能体现设计坝址与依据站的集水面积等差异问题。故要对施工分期洪水作频率分析计算。在频率分析计算中,施工分期P=5%~20%洪水标准下的实测点据尽量要通过曲线,如果适线效果不好,可考虑调整分期洪水的均值及变差系数Cv,尽可能地使频率曲线通过实测点据,保证施工分期洪水设计成果的可靠性及安全性。在施工分期暴雨频率分析计算中也同样存在此类问题,因此也适用于施工分期暴雨频率分析计算。     

头屯河水库设计洪水推求研究

为满足头屯河水库除险加固初步设计需要,开展了头屯河水库设计洪水分析计算。通过对洪水资料插补展延,修订的洪水重现期为53年。采用地区洪峰模比系数综合频率曲线法推求了入库设计洪水,计算结果符合目前流域实际情况,并仿典型洪水过程按同频率峰、量控制放大的方法推求出头屯河各频率设计入库洪水过程线。     

湖北省云溪水库设计洪水分析

为分析计算云溪水库的设计洪水，采用实测降雨资料和查图法计算设计暴雨，基于最不利原则选择暴雨结果，通过推理公式法和瞬时单位线法进行不同重现期设计洪水推算，并与原除险加固设计洪水成果作对比。结果表明：利用瞬时单位线法计算的0.1%～1%频率下的洪水设计成果与原除险加固成果差别在5%以内，相差不大，且千年一遇设计洪峰较原除险加固成果略小。因此，出于工程安全考虑，云溪水库除险加固工程最终采用原除险加固设计洪水成果。     

上游水库影响下河口村水库分期设计洪水研究

根据沁河五龙口水文站1953—2015年实测洪水资料序列,采用数理统计法、最优分割法和气象成因分析法对河口村水库汛期7—10月进行合理划分;考虑上游张峰水库的影响,采用同频率组合法计算各分期不同重现期下河口村水库设计洪水。结果表明:7月20日和8月20日可作为分期点,将汛期分成前汛期、主汛期、后汛期;在张峰水库影响下,对于2 000 a一遇的洪水,河口村水库前汛期、主汛期、后汛期的洪峰分别削减20.6%、1.2%、16.0%,对于500 a一遇的洪水,前汛期、主汛期、后汛期的洪峰分别削减12.1%、0.5%、15.4%,对于100 a一遇的洪水,前汛期、主汛期、后汛期的洪峰分别削减0.9%、22.0%、5.4%;河口村水库主汛期设计洪水明显大于前汛期和后汛期,50 a、100 a、500 a和2 000 a重现期下,主汛期洪峰流量是其他两个分期的1.8～3.8倍,1 d、3 d和5 d洪量是其他两个分期的1.5～3.0倍。这说明为了充分利用水资源,有必要实施汛期分期洪水管理。     

两变量洪水结构荷载重现期与联合设计值研究

目前常用的两变量洪水重现期所判定的危险事件和表征的水库大坝水文失事情景都存在不符合实际的情况。本文以超过坝前最高水位的频率来度量防洪安全设计标准,开展两变量洪水结构荷载重现期与最可能联合设计值计算方法研究。以清江流域隔河岩水库为例,进行应用和比较研究。实例结果表明:与结构荷载重现期相比,"OR"和"AND"重现期最可能联合设计值的设计标准分别系统偏高和偏低,Kendall和生存Kendall重现期也存在不同程度的偏低或偏高。结构荷载重现期考虑了洪峰、洪量与水库调洪规则的交互作用,符合设计洪水的实质内涵,能够达到指定的防洪标准,可为水库防洪安全设计和风险分析提供更加科学合理的依据。     

南水水库设计洪水研究

首先从南水水库入库洪水资料出发得到其不同频率的设计洪水过程，然后按水库现行调洪原则对各频率设计洪水过程进行调洪演算，求出各频率设计洪水的最高水位及最大泄量，结果表明，本次计算中校核标准洪水的最高水位达到226.42m，比1978年计算的校核水位225.90m（目前坝高）高出0.52m，设计标准洪水的最高水位达到222.79m，比1978年计算的设计水位222.50m高出0.29m，因此，为保障南水水库的安全运行，增加泄洪设施，提高水库泄洪能力是非常必要的。     

不同二变量重现期在水利工程防洪设计中的应用对比——以桂平航运枢纽为例

针对多变量洪水共同作用下的水利工程，已有的多变量重现期计算所得的防洪参数仍存在防洪能力不一致导致的风险，多变量重现期的定义与计算也成为洪水频率分析中的重难点。介绍了一种新的多变量重现期定义——防洪重现期，并与传统二变量重现期在定义及危险域划分方面进行对比，再以桂平航运枢纽为例，利用Copula函数构造干支流洪水的联合分布，计算分析防洪重现期与传统二变量重现期在防洪设计中的差异，验证防洪重现期在洪水风险分析中的合理性与可靠性。研究表明，防洪重现期考虑了洪水组合与调洪耦合的关系，利用防洪重现期计算得到的防洪设计参数，防洪能力与防洪标准一致，能避免高估洪水风险，增加工程费用或低估洪水风险，增加工程防洪破坏风险的问题。     

Copula函数在水库峰量联合分布研究中的应用

将“7·20”降雨产生的特大洪水特征值纳入单变量洪水频率分析,采用Copula函数构建联合分布,计算两变量联合分布函数和重现期。以常庄水库69年洪水资料为例,绘制洪峰、24小时洪量的两变量联合分布频率图和联合重现期等值线图。结果表明,Clayton Copula函数对峰量联合分布的拟合效果较好;同一设计重现期条件下,两变量联合分布洪水频率分析结果较单变量分析结果偏安全。     

基于BIM+GIS的水库下游洪水模拟与可视化方法

为有效推进水旱灾害防御高质量发展，国家大力支持智慧水利建设。基于此，为实现水库下游洪水演进过程快速模拟及三维立体可视，基于一、二维耦合水动力模型及三维倾斜摄影、BIM、GIS技术构建水库下游洪水模拟与可视化方法，以吉林市碾子沟水库为例，对不同重现期设计洪水条件下水库下游洪水进行快速模拟，并在真实三维场景下对洪水演进过程及淹没区范围、淹没历时及淹没水深等洪水要素信息进行全景映射表达和交互查询分析展示。结果表明：在各重现期设计洪水条件下，洪水模型计算稳定，各方案模型计算相对误差均低于10^-6数量级，可知计算结果合理且满足工程要求，同时可实现洪水演进过程三维全景展示和灾害信息分析与交互查询。研究可为水库下游洪水风险决策提供支撑，提升洪水灾害防范能力，为智慧水利建设提供解决方案。     

基于 Copula 函数的飞来峡水库坝址洪水峰量联合分布研究

基于Copula函数分析了飞来峡水库坝址洪水洪峰和最大7 d洪量联合概率分布特征,获得如下结论：拟合优度检验指标表明4种Archimedean Copula 函数中Gumbel-Hougaard Copula函数拟合两者的联合概率分布效果较好;洪峰与最大7d洪量的联合重现期小于相应边缘分布的重现期,而同现重现期则大于相应边缘分布的重现期,以单变量计算推算的设计值实际上达不到所要求的设计标准;基于两变量联合分布得到的洪水频率分析计算结果更合理。     

基于时变矩模型的湄公河上游非一致性洪水频率分析

以湄公河上游为研究案例,基于清盛水文站1960-2019年逐日流量观测数据,采用时变矩模型进行非一致性洪水频率分析,探讨梯级水库建设对洪水频率的影响。结果表明：清盛水文站年最大日流量序列呈显著减小的非一致性特征;清盛水文站广义逻辑斯谛分布搭配均值具有线性趋势的模型拟合最优;与传统频率分析方法相比,时变矩方法计算得到的100年一遇设计流量随时间呈减小趋势,重现期随时间呈上升趋势。湄公河上游梯级水库尤其是糯扎渡水库运行后明显减小了清盛水文站100年一遇的洪峰流量,对下游防洪具有积极作用。     

基于Copula函数的洪水峰量联合设计方法研究

为明晰洪水峰量联合设计的特点,以岗南水库洪水为例,基于Gumbel Copula函数,分析了AND、OR、Kendall、生存Kendall 4种重现期的优缺点,采用极大似然法、同频率法、条件最可能组合法3种方法计算了联合设计值。结果表明: ①AND和OR重现期在危险域和安全域的识别上存在局限性;相对而言,Kendall重现期更合理,但其安全域是无界的,这与实际不符;生存Kendall重现期则界定了有界的安全域,使得重现期的概念在逻辑上更科学合理。② 3种设计值计算方法的差别不大,但从简单实用角度出发,推荐采用同频率法计算设计值。③不同重现期标准的设计值差别比较明显,基于OR重现期计算的设计值总是最大的,生存Kendall、Kendall重现期设计值次之,AND重现期设计值最小。④推荐采用生存Kendall重现期进行两变量洪水设计,因其有比较严谨的理论基础,且设计结果兼顾了安全性与经济性。⑤两变量联合设计值与单变量设计值的差异受变量间相关性的影响较大,且变量相关性越弱,差异越大。研究显示,基于生存Kendall重现期、采用同频率法计算设计值是目前较为科学合理的洪水峰量联合设计途径。     

中英美三国设计洪水方法比较研究

结合水利部重大科研项目"国内外水库设计洪水理论和防洪调度方法评价"研究工作的开展,在阅读了大量的国内外有关设计洪水规范和指南性文件以及相关理论和方法研究的文献资料等基础上,综述英美两国设计洪水理论和方法研究的最新进展,对比分析中英美三国设计洪水推求方法中的主要环节,重点探讨了设计暴雨重现期与设计洪水重现期的频率关系、频率分析的分布线型、点面关系、无资料地区和受城市化影响的设计洪水计算问题等,并指出了我国应继续深入研究的内容.     

赣江栋背水文站历史洪水误差对设计洪水的影响研究

历史洪水一般都来自于调查考证,存在着一定的误差,如何评估历史洪水误差对设计洪水计算成果的影响具有重要意义.现有研究通常只考虑了量级或重现期的单独影响,而对量级和重现期误差的联合影响研究较少.本文基于P-Ⅲ型分布和线性矩法(LM)构建P-Ⅲ/LM洪水频率计算模型,在实测资料基础上加入不同量级、不同重现期和量级与重现期联合扰动的历史洪水,研究历史洪水误差对设计洪水的影响.赣江栋背水文站的应用结果表明:历史洪水量级误差对设计洪水的影响比重现期误差更加显著.量级与重现期两者存在交互关系,当量级与重现期联合扰动时不仅有正向的增强效果,还有负向抵消减弱的情况,在量级与重现期联合扰动-20%～20%情况下,2000年一遇、1000年一遇和100年一遇洪水设计值最大偏差比例分别为9.12%、8.53%、6.20%和-5.86%、-5.50%、-4.02%.重现期误差偏大或偏小20%,可大致抵消量级误差偏大或者偏小10%的影响.     

基于Copula 函数的非一致性洪水峰量联合分析

传统的洪水单变量频率分布形式不能反映在变化环境下洪水序列的真实分布情况,且不适合构建洪水多变量联合分布进行洪水特征的多变量联合分析。以大清河南支沙河上游王快水库入库年洪峰序列和年最大6日洪量序列为基本数据,基于各序列变异点诊断结果,运用混合分布法确定各序列的理论分布,并以此为边缘分布,采用Copula函数法构建其二维联合分布,对两变量重现期及特定条件下的洪峰和洪量条件频率进行了分析,计算了两变量联合分布设计值。结果表明,非一致性洪水单变量重现期介于二维联合重现期与二维同现重现期之间;当峰量具有较高相关性时,发生超过某一频率洪峰设计值的洪峰,会有较大可能发生超过同频率洪量设计值的洪量。基于两变量联合分布得到的洪峰、洪量设计值比单变量同频率法得到的设计值偏大,从工程设计角度偏于安全,对防洪控制是有利的。     

由岗黄古洪水研究展望设计洪水计算新途径

对岗南、黄壁庄水库设计洪水多次变动的原因、过程以及开展古洪水研究的必要性，作者于1993年6月曾在本刊发表一文作了阐述．现在人们普遍感到采用频率法计算设计洪水成果不够稳定，究其原因，关键是洪水信息量、系列长度和系列代表性问题。岗黄两岸虽取得了丰富的历史洪水资料，但仍然受到史料的限制，对特大洪水的考证期没有把握向前推算，从而严重影响了特大洪水年重现期的判定，也就是说靠现有的文献考证，仍然无法真正揭示出岗黄洪水系列的代表性，致使设计洪水成果不稳定。而古洪水研究则是通过寻觅古代洪水沉积物运用多学科知识和’…     

基于两变量分布的峰量联合分析

采用Gumbel 逻辑模型建立基于超定量取样的两变量联合分布,利用所建立的联合分布,给出了条件频率和两种两变量重现期的计算方法。以隔 河岩水库坝址洪水研究为例,分析了当洪峰超过其某一频率的设计值时,各不同频率的设计 洪量发生的条件频率,并对同频率设计值组合的两变量重现期进行了计算。研究表明在推求 设计洪水过程线时,洪峰和洪量同频率的假定并不是过于偏保守,甚至还存在一定的风险, 作为设计方法中的假定,具有一定的合理性。     

大桥水库汛限水位分期控制研究

本文对大桥水库汛限水位分期控制方案进行了研究。首先,结合大桥水库调度运行特性,对水库所在流域的洪水成因变化、降雨时间分布和洪水发生时间分布等特征进行了分析,偏安全考虑确定汛期分期方案为:6月1日至9月15日为主汛期、9月16日至9月30日为后汛期。其次,采用频率分析法推求了大桥水库的分期设计洪水成果,结果表明,大桥水库后汛期设计洪水与年最大设计洪水相比量级较小,进行汛期分期调度既是必要的,也是可能的。最后,基于大桥水库分期设计洪水成果,经调洪计算分析最终推荐大桥水库汛限水位分期控制方案为主汛期2 018.00 m、后汛期2 019.00m,此方案有利于拦蓄汛末洪水资源,减少弃水量,增加水库综合效益,并可为大桥水库汛限水位动态控制提供依据。