基于Copula函数的流域内降雨丰枯遭遇研究

基于Copula函数建立了东江流域上游龙川站、中游河源站和下游博罗站3个站点汛期、非汛期及全年降雨丰枯遭遇发生概率的联合分布模型,计算获得各个时段不同情形下降雨丰枯遭遇的发生概率及条件发生概率。结果表明:3个站点降雨丰枯遭遇在时间尺度上存在差异性,非汛期降雨量不足,调水不利情况最易发生;从年时间尺度看,研究时段内调水不利年份偏多,不利情况发生概率64%。认为规划设计水资源调配方案时,应有针对性地利用水库调蓄水量,合理配置,科学调控,实现流域内水资源高效可持续利用。     

基于Copula函数的韩-榕-练三江径流丰枯遭遇分析

韩江、榕江、练江是广东省粤东的重要河流,其径流丰枯遭遇规律对三江水系连通工程水资源优化调度具有重要意义。研究基于三江控制站径流和降水数据,采用Copula函数构建了三江径流年、汛期、非汛期等不同时间尺度的二维联合分布,定量分析了三江径流的丰枯遭遇规律。结果表明,榕江与练江的丰枯同步性最强;三江两两丰枯异步的概率明显大于丰枯同步的概率,具有水量互补条件;非汛期韩江-练江、榕江-练江调水有利的组合概率分别为0.4433、0.4641,跨流域补水可行性较高。研究成果可为三江水资源优化调度提供参考。     

水库径流丰枯遭遇特性分析

文中运用Copula理论构建了碧流河水库、英那河水库全年、汛期、非汛期天然入库径流二维联合分布函数,分析了两座水库三个时间尺度的径流丰枯遭遇特性,结果表明,两库汛期径流丰枯同步频率最大,全年次之,非汛期最小。三个尺度整体上看,两水库天然入库径流丰枯同步频率较高,丰枯补偿特征不十分明显。     

基于贝叶斯网络的流域内水文事件丰枯遭遇研究

基于贝叶斯网络理论结合Copula函数建立了东江流域上、中、下游三个站点降雨、径流丰枯遭遇的风险管理模型,直观地描述了各个站点间降雨、径流的相互关系。利用Copula函数建立联合分布模型计算了站点间不同丰枯组合状态调水不利情况的风险概率。通过贝叶斯网络结构的反向推理功能,以后验知识作为输入,进一步对流域内未来调水可能面临的丰枯遭遇情况进行了仿真计算。结果表明,系统中一个节点的变化将会对其他节点的概率值产生巨大影响,以上、中游降雨为枯水情况作为后验输入,站点间丰枯遭遇调水不利风险概率增幅至55%以上;仿真结果可以为流域内调水方案的制定提供理论支撑。     

黔中调水工程降雨丰枯遭遇分析

对于黔中调水工程来说,其水源区和受水区的降雨丰枯遭遇问题对工程调水方案的制定有重要的影响。以概率统计分析方法为基础,采用统计法和G-H copula函数对水源区和受水区的降雨进行丰枯遭遇分析。研究结果表明,Copula函数法和统计法计算结果基本一致,水源区和各受水区调水有利概率均在68.7%以上,并且在汛期最大,非汛期最小,为调度方案的制定有一定的参考价值;较高的调水有利概率,有利于保证工程效益的发挥。同时,应充分利用不同受水区之间的丰枯异步性,进行协调相机补水,提高黔中工程的调水效率。     

长江下游多维径流丰枯遭遇及丰枯演变分析

九江站、湖口站和大通站是长江下游的3个重要水文站,识别三者之间的径流关系、丰枯演变和丰枯遭遇特征,对识别长江下游多维径流关系具有重要的意义。基于滑动相关系数法分析了长江下游多维径流相关性的时变特征,基于Copula理论构建了长江下游多维径流联合分布和径流演变联合分布,分析了丰枯遭遇及丰枯演变特性。结果表明:(1)径流相关性时变强度由高至低为九江-湖口站、湖口-大通站、九江-大通站;各站径流具有较高的丰枯同步性,由高至低为九江-大通站、湖口-大通站、九江-湖口站,丰枯异步性特征反之。(2)九江-湖口站、九江-大通站、湖口-大通站的丰枯同步率最高时期分别为非汛期、汛期、非汛期;各站径流丰枯状态的自转和互转概率均较稳定,目前无极端情况出现。(3)九江、大通水文站的年和汛期径流最易丰枯互转,非汛期径流最易连丰、连枯。(4)湖口水文站的年和汛期径流最易连丰、连枯,非汛期径流最易丰枯互转。研究成果可为长江下游的多维径流关系分析提供理论参考。     

三峡工程与两湖河川径流丰枯遭遇研究

基于多种常用的统计技术对三峡工程坝址控制站与两湖入湖控制站天然径流序列进行趋势诊断,识别了其变化趋势;采用多种拟合精度评价方法,从构建的多种边缘分布和Copula联合分布模型中优选出拟合精度较高的模型,计算分析三峡工程与两湖天然径流量丰枯遭遇概率及其变化规律。研究表明:三峡工程坝址控制站径流量呈现不显著下降趋势,两湖入湖控制站径流量呈现不显著增大趋势;三峡工程与鄱阳湖丰枯遭遇概率较洞庭湖略大,全年期三峡工程与洞庭湖、鄱阳湖遭遇同丰同枯概率较汛期、非汛期要大,同丰概率分别为42.10%和44.71%,同枯概率分别为11.74%和16.62%。研究成果可为三峡水库供水调度研究提供理论参考。     

南水北调中线水源区与受水区降水丰枯遭遇研究

运用Copula方法理论构造了南水北调中线工程水源区与各受水区汛期、非汛期及全年降雨量的联合分布,并用所建模型对水源区与各受水区的丰枯遭遇进行了研究。结果表明,用Copula方法来描述不同水文区的丰枯遭遇问题是可行的。通过分析得出以下结论:水源区与受水区丰枯同步的频率表现出由南向北递减的规律,且同枯的频率略大于同丰的频率,同平的频率最低,有利于调水的频率却表现出相反的趋势;非汛期调往各受水区的水量有限,需配合其他水利工程进行联合调度才能保证供水区的用水安全。     

分期径流丰枯遭遇对大伙房水库引水条件的影响

大伙房水库是保障辽宁中南部城市社会经济发展的重要水利工程,而径流条件是影响大伙房水库功能发挥的关键因素。依据大伙房水库及引调水水源区31a的长系列(1980～2010年)径流资料,采用数理统计法及Copula函数分析大伙房水库及引调水水源区径流特点及其分期丰枯补偿特性,基于此,对大伙房水库跨流域引水条件进行系统总结。结果表明:引调水水源区与大伙房水库在全年、春季、汛期、枯水期的径流丰枯同步遭遇概率均在70%以上;引调水水源区在各分期内有62.5%的概率可为大伙房水库提供径流补偿。在今后的研究中,应结合大伙房水库自身多年调节的性能,进一步研究不同径流补偿条件下的引水策略,制定丰、平、枯水年径流补偿条件下的引水调度线。研究结果可为水库经济引水及综合效益发挥提供参考。     

基于Copula函数的输水工程径流丰枯补偿特性研究

文中基于Copula函数构建了大伙房水库输水工程水源区和受水区径流量的二维联合分布模型,以PIII型分布为边缘分布,采用频率分析法对径流进行丰枯划分,对径流组合丰枯遭遇概率进行计算;并复核了工程现状供水水平和设计能力的调水保证率。结果表明:水源区和受水区丰枯组合同步的概率较高,发生调水不利的组合概率较大;通过对调水保证率计算可知,现状供水情况下调水保障率可达到99%,按设计调水能力计算调水保证率为95%,与工程原设计相符。     

气候变化影响下的赣江流域水资源变化趋势与幅度分析

利用全球气候模式输出结果,经统计降尺度模型降解后得到流域尺度的降水和气温要素,根据实测资料建立气温—蒸发回归关系以及新安江水文模型,使用耦合模拟和MK趋势分析评估未来气候变化情景下赣江流域水资源量的变化趋势和幅度。研究结果表明:未来不同排放情景下的年降水量、年蒸发量和年径流量等水文气候要素变化趋势以显著增加为主。未来年降水量、年蒸发量和年径流量的多年平均值相对基准期有较小幅度增加,最大增幅为年径流量的13.81%。降水、蒸发和径流的年内变化有明显的季节性特征,汛期径流增加、非汛期径流减少的不均匀情况加剧,在一定程度上可能增加赣江流域未来的防洪压力和枯水期供水压力。     

基于联合分布的太湖流域梅雨特征研究

为了研究太湖流域梅雨特征量中入梅时间和梅雨量之间的相互关系,首先利用3种拟合评价方法优选单变量的边缘分布,然后基于Copula函数理论构造两变量的联合分布,并用所建的联合分布分析不同情况下入梅时间与梅雨量的遭遇概率和条件概率。结果表明:太湖流域不同入梅时间遭遇不同梅雨量的概率有明显差异,总体上仍以入梅时间和梅雨量正常遭遇为主,不同入梅条件下仍是出现正常梅雨的概率较高,但入梅偏早时出现梅雨偏丰的概率达0.417,入梅偏晚时出现梅雨偏枯的概率也达到0.374。因此,在太湖流域入梅偏早的情况下要密切关注流域防洪情势的变化;而当入梅时间偏晚时,则应注意流域出现干旱的情况。研究可为流域相关部门尽早采取防汛抗旱及水资源调度措施提供决策依据。     

R/S-GM(1,1)组合模型在径流预测中的应用

基于R/S分析法能提供有效的非线性科学预测,河川径流具有灰色禀性,为了提高河流径流预报精度,提出了R/S分析与灰色理论相结合的河川径流预测方法。该方法可以克服径流灰色预测存在的数据波动较大时预测精度降低的缺陷。将该方法应用到黑河莺落峡站和正义峡站的年径流量、汛期和非汛期径流量6个序列进行径流预测验证。结果表明:两站年径流量和汛期径流量序列的预测精度都在90%左右,非汛期径流量序列在80%以上,各径流序列预测结果与Mann-Kendall趋势检验一致,预测结果可靠,为河流径流量的科学预测提供了一种新方法。     

基于R/S和Morlet小波分析的丹河径流变化特征研究

为揭示丹河流域径流年内、年际变化特征,根据山路平水文站1955-2000年的逐月平均流量资料,采用基尼系数法和集中度(期)等方法对丹河径流量的年内分配进行研究;并运用Kendall秩次相关检验法和R/S分析法对全年、汛期和非汛期的径流量变化趋势进行分析,同时使用Morlet小波对各径流序列的变化主周期进行识别。结果表明:1955-2000年,丹河流域径流量年内分配十分均匀,各时期的年内分配过程主要为"复式峰"型,最大峰值出现在8月份;流域全年、汛期和非汛期3个径流量序列均呈显著递减趋势,且未来递减过程都具有一定的反持续性;丹河全年和汛期的径流序列具有相近的丰-枯交替变化周期,包含4、10和15 a左右的变化主周期;而非汛期径流序列存在15和28 a左右的丰-枯交替变化主周期。     

浏阳河流域降水时空演变规律分析

通过线性回归、滑动平均、Mann-Kendall检验、累积距平联合滑动t检验和Morlet小波分析等方法,分析了浏阳河流域1969~2013年的年、汛期和非汛期降水的演变规律。结果表明:(1)45 a来,年、汛期降水量呈非显著性下降趋势,非汛期降水量呈非显著性上升趋势。(2)年降水量的空间分布存在不均衡性,降水量总体从东北部向西南部逐渐减少。(3)年、汛期降水量均在1992年发生显著性均值突变,非汛期降水量突变不显著。(4)年降水量均存在27 a左右主周期,汛期和非汛期降水量在时间尺度上的相位变化与年降水大体一致。研究结果可为浏阳河流域气候分析和气候预测提供参考。     

滹沱河山区径流多尺度变化规律及影响因素研究

径流是反映流域气候及地理环境变化的重要指标,辨析其多尺度变化特征及影响因素,对于认识气候变化背景下流域水文情势变化规律及维护水资源安全具有重要意义。以滹沱河山区小觉流域和冶河流域为例,结合水文和气象数据,应用Mann-Kendall趋势分析、突变检验及Morlet小波函数等方法,分析两流域1960—2018年径流深趋势、突变、周期等多尺度变化特征,并利用相关分析与随机森林模型揭示了气温、降水、潜在蒸散发、叶面积指数对不同时段（汛期、非汛期）月径流深变化的相对重要性。研究结果表明：1960—2018年多年平均尺度上,冶河流域径流深（69.34 mm）大于小觉流域（39.07 mm）,两流域年径流深均呈显著下降趋势,且冶河流域的下降速率（13.0 mm/10a）大于小觉流域的下降速率（8.7 mm/10a）;在月和季节尺度上,两流域径流深也呈现显著下降趋势,尤其在夏季时段径流深下降趋势最快。小觉流域和冶河流域径流深分别在1981和1979年发生突变,且突变后径流深下降速率较突变前有所减缓,同时极端流量出现频率减少,其中8月份流量减小幅度最大。小觉流域的径流深主周期分别为15、8和5 a,冶河流域的径流深主周期分别为16、10和5 a,在第一主周期的时间尺度上都存在5个丰枯变化周期。对汛期和全年时段进行相关分析和随机森林模型的结果表明,降水是影响流域径流长期变化的主导因子,尤其在汛期时段;在非汛期,叶面积指数是影响径流变化的重要因素。     

1971—2010年上海市降水变化特征分析

基于1971-2010年上海市徐家汇站的日降雨资料,采用一元线性回归法、Mann-Kendall法和小波分析等方法,对上海市40年来的年代际降水、年降水、汛期与非汛期降水的变化和周期变化特征进行研究和分析,并对降水的频率特征和典型台风期间的暴雨特征进行了分析。结果表明：上海市年代际降水、年降水、汛期与非汛期降水均呈增加趋势;年降水和汛期降水的震荡周期吻合,主周期均为8a左右,汛期降水与年降水的变化趋势相似性很大,说明汛期降水量较大程度地决定年降水量;非汛期降水主周期为4a左右;小雨所占比例随年代逐渐减少,而暴雨所占比例随年代逐渐增多,台风期间的暴雨雨量高度集中,强度大。