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。     

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.     

分期设计洪水的估计区间

基于两变量分析方法推求分期设计洪水,对于给定的联合重现期水平,存在着多种洪水组合均可满足规定的防洪标准,现有方法无法评价不同组合发生的可能性和合理性.采用归一化的联合概率密度函数值作为洪水发生的相对可能性指标,提出了分期设计洪水组合的可行区间,并基于条件概率原理推导了3种具有统计意义的联合重现期水平下的计算公式,即最可能组合、条件最可能组合和条件期望组合.丹江口水库应用结果表明:以7日洪量为例,最可能组合和条件最可能组合的估计值均位于可行区间内,条件期望组合的估计值在可行区间外.建议采用条件最可能组合方法计算丹江口水库7日洪量分期洪水设计值,该法不仅具有较强的统计理论基础,而且能够较好地描述汛期洪水特征;在满足防洪标准的前提下,通过适当抬高(降低)夏(秋)汛期的洪水设计值,有利于水库汛末蓄水和提高综合利用效益.     

一种新的洪水过程随机模拟方法研究

洪水随机模拟是防洪安全设计的新途径。利用Gumbel-Hougaard Copula构造边缘分布为PⅢ型分布的两变量联合分布,用以描述洪峰和洪量。根据该联合分布进行随机抽样同时模拟洪峰和洪量系列并转化成洪水过程线,从而建立一种新的洪水过程随机模拟方法。该方法用峰量联合分布代替单独的洪峰和洪量的分布,能够考虑洪峰和洪量之间的相关性,克服了分离处理峰、量的缺点。与现有的洪水随机模拟模型相比,如季节性一阶自回归模型和典型解集模型,文中提出的模型所模拟的洪峰和洪量统计特征的相对平均偏差和相对均方误差等指标均较优,能够更好地保持实测系列洪峰和洪量的统计特征。     

环境变化条件下大清河流域非一致性洪水频率分析及设计洪水研究

为了推求变化环境下大清河流域设计洪水,采用大清河流域8个子流域实测非一致性洪水资料,利用传统还原方法进行了设计洪水推求,同时,构建了概率分布参数随时间变化的非一致性洪水频率分析模型,计算了环境变化条件下的各子流域设计洪水。结果表明:安各庄与横山岭2个子流域的最优分布参数为常数,阜平、龙门、王快、西大洋、张坊和紫荆关6个子流域洪水序列最优分布的分布参数μ都与时间呈反比;按照非一致性序列分析方法推求的设计洪峰流量和一致性条件下推求的设计洪峰流量相比均有明显的下降,且较大重现期的设计洪峰流量比一致条件下减小更为明显。这说明在环境变化条件下对设计洪水计算成果进行修订是非常必要的。     

阳原县小流域山洪灾害调查与结果分析

根据阳原县暴雨洪水资料,经实地踏勘,对阳原县进行历史洪水调查,使用比降—面积法推求出段家庄、范家窑、南口三个断面历史洪水的洪峰流量,进一步推求出流域不同频率设计暴雨洪水,段家庄、范家窑、南口洪水流量重现期分别为10年、100年、20年.     

最大熵原理的洪水预报误差分布规律推求——以三峡水库为例

洪水预报已成为提高水库洪水资源利用效率的必要手段,然而由于水文系统不确定性因素的存在,洪水预报误差不可避免.洪水预报误差极大影响水库预报调度成败,并且针对具体水库洪水预报误差通常会偏离正态分布,对洪水预报误差分布规律进行推求意义重大.当前,作为推求洪水预报误差分布规律的有力方法——最大熵原理正在广泛使用,但是对洪水预报误差分布规律推求问题本身和最大熵原理方法的认识仍存在局限.对洪水预报误差分布规律推求问题本质及最大熵原理适用理由做了进一步说明,三峡水库汛期洪水预报相对误差分布规律推求的实例研究表明,最大熵原理在其应用中是可行且有效的,值得进一步推广应用.     

基于Copula函数法推求分期设计洪水和汛限水位

采用3-维非对称型Frank Copula函数结构,构建汛期分期为三分期、边缘分布为P-Ⅲ型分布的分期洪水联合分布.在假定分期设计洪水值的联合重现期等于防洪标准T的前提下,推导基于Frank Copula函数的分期设计洪水频率和防洪标准的关系,解决了分期设计洪水达不到防洪标准和分期频率与年频率不一致的问题,为分期设计洪水、分期汛限水位优化设计提供了一条新思路.     

基于贝叶斯MCMC方法的洪水频率分析及不确定性评估

洪水设计值的计算和不确定性评估是水利工程规划和水资源管理的一个重要课题。以广义极值分布(GEV)作为洪水频率分布线型,通过基于Metropolis-Hastings抽样的贝叶斯马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法估计GEV分布参数和洪水设计值的后验概率分布,据此推求不同重现期条件下洪水设计值的点估计和区间估计。结果表明:贝叶斯MCMC方法的参数拟合效果与极大似然估计法相当,但由于其后验概率分布包含参数估计引起的不确定性,在洪水设计值不确定性评估上更有优势;贝叶斯MCMC方法得到的置信区间上限与估计值的距离大于下限与估计值的距离,这种不对称性相比于传统方法所得结果更贴近于实际,使得洪水频率分析结果的可靠性进一步提高。     

推求小流域设计洪水过程线的一种数学模型

现在推求小流域设计洪水过程线的方法,多采用三角形法、梯形法及典型模型缩放法等。这些方法不便于用常用的数学形式表示,而参数又不能按流域的特性指标确定,灵活性比较大。本文提出一种比较固定的计算小流域设汁洪水过程线的方法。这个方法是根据暴雨洪水形成的基本概念,将一场洪水割去表层流求得地表流过程,并以正弦型曲线表示。这个数学模型通过四川24条中小河流300多场洪水验证基本符合实际。模型中的参数是根据分析其中较大洪水按流域特性综合的,使用方便,不会因人而异,便于非专业水文人员使用。     

基于Copula函数的洪水过程随机模拟

对实测截口序列进行等量变换,使变换后的截口具有较好的统计规律.应用Copula函数构造洪峰与历时的联合分布,以及相邻截口的联合分布,采用联合随机抽样方法进行大样本的洪水过程随机模拟,为洪水过程设计提出了一种新的随机模拟方法.结果表明,该方法能较好地描述洪峰、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,且能反映出洪水过程的变化特性,截口具有随机波动性、锯齿现象较少.     

基于三维不对称 Copula 函数峰量联合概率分布研究

基于三维不对称Gumbel Copula函数构建了洪峰、时段洪量联合分布,探讨了洪峰和时段洪量之间的概率特性。首先建立了洪峰、3 d洪量和7 d洪量的三维不对称Gumbel Copula联合分布函数,然后运用极大似然法估计了三维Gumbel Copula函数的参数,最后求得洪峰和时段洪量之间的条件概率分布,分析了洪峰、洪量间的概率特性。以大渡河流域大金川站1960—2013年间的洪峰、3 d洪量和7 d洪量为例进行了应用。研究成果为洪峰、洪量相关关系的研究提供了新途径。     

设计洪水峰量最可能组合法的计算通式

针对传统的多变量分析方法在联合重现期水平下选取设计值存在较大的任意性和不确定性,本文利用Copula函数建立洪峰与不同时段洪量的多变量联合分布,采用联合概率密度函数值作为洪水发生相对可能性的度量指标;以满足防洪标准为约束条件,构建了峰量最可能组合的通用模型,并提出采用拉格朗日乘数法进行求解。采用该方法计算汉江流域丹江口水库的最可能设计洪水,并与单变量同频率、多变量同频率估计值对比,结果表明：单变量同频率估计值达不到防洪标准;最可能组合法与多变量同频率法相比,洪峰偏小、长历时洪量偏大,其估计值更符合丹江口水库的应用要求,说明所提方法具有较强的统计基础,更加符合水文现象的内在规律,可用于水库设计洪水计算。     

基于综合单位线法的河道设计洪水参数推算

以深圳市观澜河支流白花河为研究对象,开展基于综合单位线法的设计洪水推算及参数选取研究.通过比较综合单位线法和推理公式法推算的各断面洪峰流量计算结果,说明综合单位线法的洪水计算成果偏于防洪安全.实例研究表明综合单位线法适合于类似地区的洪水计算.     

流域时变瞬时单位线非线性汇流模型及应用

为增强瞬时单位线的适用性,提高流域洪水预报精度,本文在纳什瞬时单位线的基础上,充分考虑流域净雨强度和空间分布不均匀的非线性影响因素,提出时变瞬时单位线(TVIUH)模型.同时建立了综合目标函数确定模型参数,模型简单实用.通过观音阁-葠窝梯级水库的实例检验,证明该模型能较好地处理流域汇流的非线性影响因素,提高汇流预报精度,为水库的防洪调度能提供更为可靠的依据.     

三角形综合单位线法洪峰预报研究

为了减轻洪灾给广东省中小流域桥梁带来的危害,基于广东省综合单位线法和影响线理论,提出了三角形综合单位线洪峰实时预报法,结合现行三角形单位线模型特点和广东省综合单位线三角形简化结果,建立了三角形综合单位线模型;确定涨水历时计算依据,选取合适的涨、退水历时比值,利用流域历史洪水资料标定峰值;将实时雨量当作移动荷载组在已标定模型上加载,计算实时流量过程线,确定洪峰流量、洪峰水位、峰现时间等参数,对既有桥梁进行水害实时预报工作。研究结果表明,三角形综合单位线法洪峰实时预报需要的参数少,计算过程简单,预报结果可靠,可以用来预估洪水灾变的可能性及其危险程度。