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。     

以洪水分期为条件的管运洪水直接推求法

管运洪水是水库工程运用管理时所考虑的一种洪水,事关工程防洪安全和经济效益。当前推求管运洪水的途径分为2类:第1类是以Copula函数为基础的途径,第2类是以全概率原理为基础的途径。作者探讨了第2类途径中的直接法。将洪水资料分为充足、相对充足和不足3种情况,充足情况为主汛期的年最大洪水样本容量为30年以上,而前汛期和后汛期的样本容量分别为20年以上;相对充足情况为主汛期的年最大洪水样本容量为30年以上,而前汛期和后汛期的样本容量之和为20年以上;不足3种情况为主汛期的年最大洪水样本容量为30年以上,而前汛期和后汛期的样本容量之和少于20年。基于3种资料情况,提出了管运洪水计算的全概率直接推求方法。资料充足情况下,根据全概率公式直接采用频率分析推求管运洪水,提出了直接利用数学期望公式计算经验频率的思路;资料相对充足情况下,采用前汛期和后汛期的样本合并手段基于全概率公式采用频率分析推求管运洪水;资料不足情况下,提出了反算手段,建立了基于全概率公式的管运洪水推求方法。以多个流域洪峰流量序列为例对不同资料情况的管运洪水进行了推求,给出了各流域管运洪水计算成果,并与Copula函数法计算成果进行了对比。研究表明,以全概率原理为基础的管运洪水直接推求途径思路清晰,结果合理,因此建议途径是可行的,具有优势。     

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。     

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。     

广东地区旁侧连接水库的小流域洪涝流量计算

为获得广东地区旁侧连接水库的小流域设计洪水流量和排涝流量,分别采用小流域整体法和24 h暴雨洪量法进行了计算.计算结果表明:广东地区旁侧连接水库的小流域水库集雨面积不超过10 km2,当水库防洪标准与流域设计洪水标准相当或低于时,可采用小流域整体法及广东省综合单位线法计算设计洪水;24 h暴雨洪量法与平均排除法相比,可直接采用设计洪水结果进行排涝流量计算,计算结果相差很小,偏安全,方法简便.因此,采用的两种计算方法在一定条件下可以用于旁侧连接水库的小流域洪涝计算.     

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。     

基于Copula函数的郁江与西江干流洪水遭遇概率

为了计算郁江和西江干流洪水遭遇的概率,依据Copula函数理论及分析方法,利用实测洪水资料进行参数估计,建立了几种常用的Copula函数,并对它们拟合的效果进行了对比,最后选用Clayton Copula函数展开分析.结果表明,随着西江干流洪水等级的增加,郁江发生同一大洪水的条件概率增加的趋势不明显;郁江与西江大洪水遭遇的概率非常小,郁江和西江干流50年一遇以上洪水同时发生的概率不超过0.05%,在西江干流发生大于50年一遇以上洪水的条件下,郁江发生大于50年一遇以上洪水的概率仅为2.73%.该成果可为西江流域的防洪控制水库在制定联合调度规则时利用两江大洪水错开的特点,充分发挥水库的调洪能力提供依据.     

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.     

淠河西源响洪甸水库坝下暴雨洪水分析

文章分析响洪甸水库坝下"05.9"暴雨特征和重现期,利用水文实测流量和水库泄洪资料推求区间流域的实测洪水过程,采用瞬时单位线法推导该洪水过程,并利用实测过程进行了检验.     

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.     

基于遥感信息的新安江模型参数率定方法

基于新安江模型参数的物理意义,研究了根据遥感信息提取的流域下垫面特征值来推求模型部分参数的方法.利用DEM(Digital Elevation Model)与土壤、植被、土地利用等遥感影像间接推算流域的蓄水容量;针对小流域的特点,基于土地覆被数据和Landsat水体数据叠置分析直接提取流域的不透水面积比.应用基于遥感信息的模型参数率定方法对高关水库流域的洪水过程进行了模拟.模拟结果表明,将推求出的模型参数进行流域水文模拟能取得较好的效果,从而为无资料或缺资料地区的参数率定提供了一种可行的方法.     

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Copula函数的非连续序列洪水频率分析

现行洪水频率分析采用单变量分布曲线,应用Copula函数构造洪水联合分布时又未考虑历史洪水资料.本文将一维非连续序列的极大似然法扩展应用到二维联合分布的参数估计,建立了基于Copula函数的非连续序列洪水频率分析模型,并以长江三峡水库设计洪水为例,验证该模型的可行性和合理性.结果表明,所建模型合理可行,为多变量非连续序...     

山区流域RBF神经网络洪水预报方法

建立以高斯核函数为径向基函数的神经网络模型,以崇阳溪山区流域为例进行分析。利用泰森多边形法将流域划分为6个子流域;选取流域1997—2014年中15场洪水过程作为训练样本,以流域内6个雨量站各时段雨量资料和武夷山水文站前期流量过程作为输入,以流域出口断面武夷山水文站相应流量过程作为输出,运用自组织正交最小二乘法确定径向基函数的中心,采用伪逆规则求解其权值,建立RBF神经网络洪水预报模型;利用余下的6场洪水过程对模型进行检验。结果表明:各场次洪水流量过程平均相对误差和洪峰流量相对误差绝大部分在10%以内,确定性系数均大于0.9,预报精度符合要求,可以为防汛部门预测洪水提供依据。     

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。     

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 .     

Copula评价方法及其在湖泊水质富营养化评价中的应用（“研究生论坛”稿件）

尝试将Copula函数应用于水文水资源系统评价。通过Copula函数建立多元联合分布研究各评价指标、各评价标准的相关关系,进而构建评价模型推求各评价样本的综合评价指标值以及各评价类别对应的综合评价标准值,根据综合评价指标值和综合评价标准值对样本进行分类。湖泊水质富营养化评价实例研究表明,Copula评价法的评价结论合理,具有原理明晰、使用简便的特点。     

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。     

渔洞水库的洪灾风险分析

结合渔洞水库的实际情况,提出了一种新模型,时段洪量相依洪水模拟模型,并用它模拟出１０ ０００ 个洪水过程,然后取不同的防洪限制水位对模拟出的１０ ０００ 个洪水过程进行调洪计算,通过统计计算后得到相应于防洪限制水位,且满足大坝安全的下游农田洪灾风险率