基于Copula函数的武澄锡虞区雨潮组合风险分析

沿海城市的洪涝问题除了受降水等因素的影响外,还与潮位变化密切相关。为此,基于武澄锡虞区1951～2019年的日降雨资料和江阴站1951～2019年的逐日潮位资料,采用P-Ⅲ型分布函数作为边缘分布函数,根据K-S检验和Anderson-darling检验对其进行检验,根据离差平方和准则法择优选出Frank-Copula函数构建武澄锡虞区雨潮遭遇联合分布,定量计算了研究区域不同重现期组合的年最大15d降水和相应潮位遭遇的风险率。结果表明,重现期为10年一遇的15d降水遭遇重现期为2年一遇的相应潮位时同现和防涝风险率均很高,且随着设计标准的提高,雨潮遭遇组合的风险率逐步降低。该研究结果为武澄锡虞地区的洪涝灾害防治问题提供了新思路。     

长江感潮河段洪潮遭遇组合概率分析

由于感潮河段的水情既受上游河川径流的影响,又受河口潮流的影响,因此对感潮河段的涉水工程来说,在进行感潮河段的涉水工程的水流数学模型计算或物理模型试验时,首先必须确定上边界的洪水过程和下边界的潮位过程及其组合概率。以长江感潮河段为例,基于"以洪为主"和"以潮为主"两种情况,利用Clayton Copula函数构建了其上边界洪水流量与下边界潮位的联合分布,将超过某一量级的洪水(潮位)遭遇一定潮位(洪水)区间的概率作为洪潮遭遇组合概率,基于联合分布计算得到了各种洪潮遭遇组合的概率。结果表明,Clayton Copula函数能够合理地构建长江感潮河段的洪潮联合分布;在"以洪为主"的情况下,百年一遇、五十年一遇、二十年一遇、十年一遇设计洪水基本上都是遭遇落在(7.62,7.82)区间的潮位的组合概率最大,其组合概率分别为0.19%、0.37%、0.93%、1.83%;在"以潮为主"的情况下,百年一遇、五十年一遇、二十年一遇、十年一遇设计潮位均是遭遇落在(59 364,64 364)区间的洪水的组合概率最大,其组合概率分别为0.21%、0.42%、1.06%、2.15%。     

上海市台风降雨和潮位遭遇组合概率研究

针对台风期间上海市城市防洪涝安全风险问题,基于1970～2011年徐家汇气象站日降雨资料和黄浦江吴淞潮位站日潮位资料,采用P-Ⅲ型分布拟合了台风降雨和潮位的概率分布,利用Copula函数建立了上海市台风降雨与黄浦江潮位的联合分布模型,并定义和分析了台风降雨与潮位的组合风险概率及两变量重现期。结果表明,上海市台风降雨达到50mm,与年最高潮位达到警戒水位的联合重现期约为2年;10年一遇台风降雨与5年一遇或20年一遇的年高潮位的同现重现期分别为111、303年;20年一遇的台风降雨与20年一遇的年高潮位的同现重现期为625年;上海市10年一遇以上台风降雨遭遇到5年一遇以上的年高潮位的机率很小。     

山东省小清河流域暴雨——潮位遭遇组合规律研究

鉴于洪潮遭遇组合分析可为沿海地区洪涝防治规划与设计提供参考,采用Copula函数建立山东省小清河流域面雨量年极值和羊角沟站潮位年极值的联合分布函数,通过优选,最终选用Gumbel Copula函数分析两者组合概率,揭示其遭遇组合规律。结果表明,重现期越小的设计面雨量(潮位)遭遇同量级潮位(面雨量)的概率越大;面雨量和潮位同为10年一遇时,联合重现期约36年;两者同为200年一遇,联合重现期约为947年,小清河流域平均面雨量和羊角沟潮位同频率遭遇是两者概率的1/4左右。     

虎跳峡水电站区间可能最大暴雨的研究

对虎跳峡水电站奔子栏至虎跳峡坝址区间流域可能最大暴雨计算，采用了当地暴雨放大和组合暴雨放大两种方法。其中，当地暴雨放大方法采用了水汽效率放大和水汽风速放大推求可能最大暴雨。为分析组合暴雨放大的合理性，还采用了随机模拟方法推求设计暴雨过程，并与组合暴雨放大的结果进行了对比分析。由计算结果可看出，组合暴雨放大结果比随机模拟方法结果偏大较多，采用此方法对工程设计更安全。但对组合序列的合理性和可能性，欲从理论上得到充分的论证还比较困难。     

JC法在鄱阳湖廿四联圩漫顶风险分析中的应用

为研究重大水利工程运行对下游圩堤漫顶风险率的影响,以鄱阳湖区廿四联圩为例,建立了基于JC法的防洪堤漫顶条件风险率的计算模型,计算了三峡运行前后鄱阳湖廿四联圩的漫顶条件风险率。计算结果表明,由于三峡水库预泄,当发生10年一遇洪水时,廿四联圩漫顶条件风险率增加0.21%,当发生20年一遇洪水时,廿四联圩漫顶条件风险率增加2.78%。通过对比分析漫顶风险率的变化表明,三峡运行前后,由堤前洪水位变化引起的廿四联圩的漫顶风险率变化并不明显。     

基于暴雨潮位联合作用的沿海城市洪涝致灾因子风险评估

基于不同标准下的暴雨潮位组合,采用排水数学概化模型和城市水系数值模拟模型计算了各种组合工况下沿海城市不同区域的淹没范围,提出了识别、量化不同区域暴雨和潮位致灾作用度的方法,并进行了暴雨和潮位致灾风险区划,给出了适应各个区域的防涝措施。实例应用表明,对海口市主城区而言,暴雨为内陆区域的主要致灾因子,潮位为岛屿区域主要致灾因子,其他区域多为暴雨、潮位联合致灾。在暴雨为主要致灾因子的区域,加大管网排水能力可有效减轻洪涝灾害;而在潮位为主要致灾因子的区域,新建下游泵站为有效治理措施。     

基于Landsat遥感技术的丘陵—平原混合地区流域水文模型在秦淮河流域的应用

平原感潮河网区水流计算复杂,边界条件需考虑入江口潮位的影响,同时流域内闸坝调度工况对水流运动状态影响显著,是区域防洪调度中亟需解决的问题之一。以秦淮河流域为例,利用Landsat遥感技术提取了流域下垫面因素,建立了丘陵—平原产汇流模型,考虑了秦淮河入江口的潮位关系和流域内水库、闸门的调度情况,利用河网水动力学模型模拟计算了流域内各重要节点的水位过程。结果表明,本文模型对较大暴雨洪水年份1991、2003、2007年洪水的模拟能力较好,主要断面最高水位模拟误差均控制在0.15m以内。     

条件概率组合法在洪水组合问题中的应用

为研究水库下游存在区间入流的防洪系统在洪水组合后所带来的防洪风险,考虑到出库洪水与区间洪水之间的相关关系,以雅砻江和九龙河流域为例,在分析两流域洪水特性的基础上,采用条件概率组合法计算两流域洪水组合后下游安全区的防洪风险率及洪水分布函数,求得设计防洪标准所对应洪水发生的概率,计算结果更符合实际情况,为锦屏一级水电站水库高效安全运行和水库下游防洪安全措施的制定提供了重要依据。     

基于Copula函数流域防洪分析

采用Copula函数的基本理论和方法构建了边缘分布为P-Ⅲ型的联合分布,描述分析了潮位和降雨二者频率组合后确定流域防洪标准的合理性,为流域防洪分析提供了一种新方法。算例结果表明,在给定某一频率的潮位下,有多种频率的降雨进行组合,且概率随频率的增加而减小。     

中小流域洪峰流量与水位联合分布的设计洪水分析

针对库岸堤坝防洪设计中洪峰流量与相应洪峰水位的联合分布研究的不足,采用Archimedean Gumbel-Hougaard Copula函数和Kendall分布函数分析洪峰流量和洪峰水位联合分布的重现期水平。以罗坝水流域结龙湾水文站1958～2013年的洪峰流量和相应洪峰水位为例,计算了二者联合分布下的"或"重现期、"且"重现期和Kendall重现期及其最可能的设计值。结果表明,洪峰流量和洪峰水位的遭遇条件概率显示存在多种防洪设计标准;对比"或"联合重现期和"且"重现期,Kendall重现期更准确地反映了洪峰流量和洪峰水位组合的风险率;以出现最大概率原理推算的不同洪峰流量和水位遭遇概率组合的Kendall重现期设计值为多种防洪标准选择与风险管理提供了更多的参考依据。     

暴雨临界曲线法在黑龙江省典型流域山洪预警中的应用

为了能够准确地进行山洪预警预报,选取烟筒山水文站所在流域为典型流域,以河道安全泄量为出发点,根据相关的经验公式计算得到最大临界雨量和最小临界雨量,判别出山洪情况,并采用暴雨临界曲线法分析计算了烟筒山水文站的三次典型暴雨过程。结果表明,采用暴雨临界曲线法能定性判别出山洪灾害发生的危害程度,其结果与实际调查情况一致,可见该方法应用于黑龙江省典型流域合理、可靠。     

基于降水-流量关联与水力模型的暴雨洪涝灾害预警

为提高暴雨洪涝灾害预警工作的普适性与时效性,收集松花江流域2011～2015年逐日降水、流量和水位数据,结合前期影响雨量,构建了研究流域三种降雨情景下的降水-流量关系模型;并基于水动力演进法,得到流量-水位关系模型。在此基础上,分析松花江流域暴雨洪涝灾害危险性的空间变化,并结合影像实例对所提方法进行验证。结果表明,松花江流域降水-流量的平均相关系数为0.72,流量-水位关系模型的平均绝对误差为0.78m,模拟效果总体良好;随重现期的变化,河道危险等级有低等级向高等级转变趋势,河道断面评估预警的准确性为71.15%。研究实现了对暴雨洪涝灾害的危险程度的量化分析和快速预警评估。     

变化环境下由设计暴雨推求设计洪水方法研究

为推求变化环境下的设计洪水,以黄河上游唐乃亥站以上流域1967~2006年的年最大15d降雨量系列为例,基于设计暴雨与SWAT模型相结合的方法,首先构建变参数概率分布函数模型描述变化环境下非一致性暴雨极值系列的分布规律,随后基于等可靠度方法推求给定重现期条件下的设计暴雨值,再结合SWAT水文模型推求设计洪水。结果表明,变化环境下唐乃亥站以上流域各设计频率(P=10%、5%、2%、1%)的设计暴雨值随工程设计寿命(20、30、50、80、100年)的增大而减小,百年一遇设计洪峰从3 292m^3/s降至3 023m^3/s,洪量从29.9×10^8 m^3降至27.4×10^8 m^3。实例应用验证了该方法的可行性,可为变化环境下的设计洪水计算提供参考。     

乌溪江梯级水库洪水预报精度提高的方法

为提高乌溪江梯级水库洪水预报精度,对洪水预报精度的影响因素进行了分析,找出了提高洪水预报精度的方法,即增加自动测报雨量测站点数量、对流域小水电的开发情况进行详细调查并对有调蓄能力的小水电安装压力式水位计进行实时水情自动监测。经过2011、2012年的大洪水预报检验,雨量测站的增设更能反映流域降水实况,小水电的实际出流过程可对洪水初期的扣损进行调整、对中期进行流量修正,预报取得了良好的效果。     

基于信息扩散技术的面雨量集成预报方法

准确的面雨量预报可有效提高洪水预报的精度和延长洪水预见期,是提高预报准确率的有效途径。基于信息扩散技术,以淮河流域面雨量预报集成为例,提出一种集成应用方案,利用淮河流域2012年6~8月的ECMWF、JMA面雨量预报资料进行集成预报试验。应用试验表明,集成预报（CFCST）性能总体上优于单个预报成员（ECMWF、JMA）。     

流域分散入流非线性汇流模型及其应用

考虑到流域降雨的时空变化和流域地形、河道特征对流域汇流的非线性影响，建立了以并联水库模式为基础的流域分散入流非线性汇流模型。将模型应用于洋河水库洪水预报，取得较为满意的效果。     

基于SWMM模型的山前平原城市水系排涝规划

基于山前平原城市的自然地理、地貌及水系条件,运用SWMM模型,在规划土地利用条件下进行水系排涝模拟演算,计算雨量资料频率,推求5、10、20年一遇设计雨量以及时程分配。并根据下垫面情况及地形地貌对计算分区和模型进行概化,即山丘区由设计暴雨推求水库入流过程;城区和郊区产汇流及河道排涝计算采用SWMM模型。实例应用中针对各种频率的设计暴雨,通过水文水利计算,模拟城区河道流域可能的涝情,分析现状水系存在的主要问题,提出建设性对策和建议。模拟结果满足10年一遇河道排涝要求,可以为水系排涝规划和治理提供相应依据,对其他城区水系的排涝模拟也具有一定的参考价值。