基于贝叶斯理论的水文线型参数不确定性分析

针对水文频率计算线型参数估计结果存在误差与不确定性及相应水文设计结果存在风险等问题,提出了基于贝叶斯理论的水文线型参数不确定性分析方法及相应的水文频率计算方法.通过贝叶斯采样得到所选线型中参数的后验分布并计算参数后验分布特征值确定不同置信区间,定量分析和描述线型参数的不确定性,根据参数的后验分布求得指定频率对应水文设计值的概率分布,在分析设计值概率分布特征值及不同置信区间的基础上,实现对水文设计结果不确定性和风险性的定量描述和估计.实例分析结果表明,水文线型参数及水文设计结果的不确定性客观存在,该方法用于研究线型参数不确定性行之有效,作出"概率值"的概率预报结果合理可靠.     

适线法在洪水超定量系列频率分析中的应用研究

为使超定量洪水的应用更方便有效,将适线法应用于洪水超定量系列频率分析中.以长江宜昌站日平均流量为例,利用独立性判别标准以确保超定量系列的独立性,选取合适的门限值形成洪水超定量系列.采用GP分布描述洪水超定量系列,利用适线法进行频率分析.结果表明,超定量洪水可扩大已有观测资料的信息使用量,且传统的适线法在基于GP分布的洪水超定量系列中应用效果良好.     

M-Copula函数在洪水遭遇中的应用研究

针对求解多变量情况下的设计水文特征值,采用M-Copula函数分析洪水遭遇问题,并采用适线法估计参数分析长江干流的设计洪峰流量.研究结果表明,M-Copula函数具有灵活性和应用范围广等特点,可更好地拟合两变量的相关关系,能更全面地描述设计洪水空间组成,在多变量水文频率分析中具有广泛应用前景.     

基于地区线性矩法的大汶河流域极值降雨频率分析

以山东省大汶河流域为例，采用M-K检验法对6、12、24 h和3 d的年极值降雨资料进行一致性分析，在此基础上，采用地区线性矩法推求站点暴雨设计值，将区域设计值结果与单站线性矩法结果进行对比分析，并绘制了大汶河流域50年一遇暴雨设计值的空间分布图。结果表明，可将大汶河流域划分为3个水文气象一致区，最优分布线型以广义极值分布(GEV)为主；单站线性矩法与地区线性矩法结果的差距(平均绝对相对误差)随样本系列长度的增加而减小，且重现期越大差距越大；大汶河流域暴雨设计值的空间分布不均，但各时段分布态势基本相似。     

基于Copula函数的柘林水库设计洪水频率分析

针对传统设计洪水频率分析采用单变量方法且不考虑变量间相关关系的问题,以江西省柘林水库坝址洪水为研究对象,采用Frank Copula函数构建洪峰与5d洪量的二元联合分布,并引入联合重现期的概念。结果表明,柘林水库坝址洪水主要受洪峰和洪量控制,峰量间存在良好的相关性;两变量方法推求的峰量联合设计值均大于单变量方法,各特征量的重现期均高于设计标准。可见Copula函数拟合度较高,计算所得频率设计值更符合洪水事件的内在规律以及工程实际要求,且同时可得不同情况下的峰量设计值组合,在水文领域具有广阔的应用前景。     

基于极值理论的太湖流域降水极值分析

以太湖流域为例,选取26个代表站点,基于BMM和POT法选取日极大值降水序列,分别用GEV、Gumbel分布和GPD分布进行拟合,研究各站点极值分布拟合情况及空间区域各站点极值分布的选择情况,并综合对比分析了BMM和POT法拟合优劣以及相同重现期下空间极值分布的异同。结果表明,基于BMM法的各站点极值分布拟合情况不同,但AIC、BIC准则保持一致,空间分布上东南大部分区域适合用GEV分布来拟合降水极值,西北大部分区域适合用Gumbel分布拟合;基于POT法的各站点拟合情况各异,但普遍较BMM法的分布拟合要好,各站点阈值选择在70~90 mm之间;两类方法的重现期极值空间分布基本一致,POT法较BMM法可避免干旱年份对降水极值分布的影响。     

水文气象分区线性矩法在广西暴雨频率分析中的应用

基于广西壮族自治区多时段的年最大值降雨量资料,以3h为代表,首先利用水文气象分区线性矩法,将其划分为23个水文气象一致区;然后采用三种拟合优度判别方法,判断每个一致区的最优分布线型,得出GEV和GNO线型在广西是较优的选择;最后根据地区分析法得到各站对应重现期下的暴雨频率估计值,发现同一时段暴雨频率估计值空间分布形态大致相同,而在同一重现期下不同时段估计值空间分布形态会随设计时段的不同而发生变化。     

基于地区线性矩法的江西省极值降水频率分析

基于1960~2008年江西省77个站点的逐日降水数据,采用地区线性矩法研究了该省极值降水频率及时空特征,包括数据的统计检验、水文气象一致区划分、最优分布线型确定、频率估计值计算、单站分析和地区分析法比较、设计值空间分布特征分析等。结果表明,皮尔逊Ⅲ型分布(PE3)和广义正态分布(GNO)是大多数一致区的最优分布;地区分析法获得的频率估计值相较于单站分析法具有很好的稳健性;不同时间段极值降水的空间分布,东北部大于西南部,大值区多位于丘陵山地,小值区多位于平原地区。     

水文模型参数不确定性及对概率洪水预报的影响

为研究Nash模型参数的不确定性,提出了基于自适应采样算法的马尔可夫链蒙特卡罗模拟与贝叶斯理论及遗传算法耦合,构建了基于贝叶斯理论的自适应采样算法,并进行概率洪水预报,分析了参数不确定性对预报结果的影响。实例结果表明,该方法获取的Nash模型参数后验分布可用于概率洪水预报,获得的统计特征可全面考虑水文模型参数的不确定性,可提高概率洪水预报精度,降低洪水预报结果的不确定度。     

具有历史洪水信息时洪水频率的非参数核估计

传统的洪水频率分析都是假定洪水资料取自某一已知分布函数的总体。这样的假定并非总是正确和适用的。本文提出了在有历史洪水情况下洪水频率的非参数核估计方法,克服了现行方法假定分布型式的局限。实际洪水资料的计算和蒙特卡罗试验表明:新方法具有较好的精度。     

Nash汇流模型在无资料地区的应用

针对无资料地区水文预报(PUB)问题,分析了Nash模型在无资料地区水文模拟与预报中的适用性。首先基于流域DEM数据及GIS技术提取流域的地形地貌参数,再根据初损后损法计算净雨过程及平均净雨强度,然后采用Eagleson-Bras的流速经验公式推求流速因子,最终确定Nash模型中的各参数,并将其应用于渭河水系秦渡镇流域。结果表明,Nash模型对洪峰和洪量模拟效果较好,对无资料流域洪水预报具有较好的适用性。     

伽玛分布地貌瞬时单位线在中小河流洪水预报中的应用

针对无资料或缺资料中小河流洪水预报问题,基于地貌瞬时单位线(GIUH)理论,利用更符合水文物理规律的伽玛分布函数来代替一般GIUH理论中的指数分布概率密度函数,考虑坡面汇流的传播时间,将坡地作为特殊河流计入地貌瞬时单位线,建立了具有水动力学基础的两参数伽玛分布GIUH汇流模型,采用Eagleson-Bras经验公式推求水动力学参数,采用半经验方法计算特征河长,减弱了模型对实测资料的依赖,并将该模型应用于广西西江水系双和流域。结果表明,利用该模型模拟的各场次洪水确定性系数均值为0.83,合格率为80%,模拟结果较好。     

上游水电站初期导流条件下下游水电站施工导流风险分析

上游水电工程初期导流围堰库容较大时,其调蓄削峰作用改变了施工洪水过程的天然属性。基于"大库-小库"梯级导流系统的独特性,建立上游水电站初期导流条件下施工导流风险数学模型。综合考虑施工洪水过程、水位库容、泄流能力不确定性,采用变倍比放大法模拟施工洪水过程,利用Monte-Carlo方法耦合各风险要素估计下游水电站施工导流风险。以西南地区某流域梯级水电工程为例,分析结果表明,风险模型及计算方法是有效的、适用的,并通过敏感性分析量化了各随机参数对导流风险的影响程度,为梯级导流方案的优化设计及风险决策提供了重要依据。     

基于贝叶斯分析的概率洪水预报模型研究

根据贝叶斯分析,用先验分布考虑水文要素的自然不确定性,用似然函数描述水文模型和参数的不确定性,通过亚高斯模型对实际流量与模拟流量进行正态分位数转化,并对转化后的时间序列进行线性-正态假设,得到实际流量的后验密度函数的解析解。利用白云山水库的资料进行检验,结果表明贝叶斯概率洪水预报可显著提高预报精度,实现了预报与决策的有机结合。     

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。     

无资料地区中小流域梯级水库设计洪水组成

鸭嘴河流域属无资料地区小流域。烟岗水电站是鸭嘴河水电梯级开发的第二级电站,在其上游8km有该流域的控制性工程,“龙头”水库—布西水库,对下游烟岗电站的设计洪水应充分考虑上游具有多年调节性能的布西水库的调洪作用影响,采用地区组成法计算受布西水库影响的设计洪水。     

基于BP神经网络的大伙房水库洪水预报

鉴于大伙房水库洪水预报模型为集总式模型,其参数不仅需要优选法选定或人工试错法确定,还需要实时校正,因此根据大伙房流域特点提出了一种半分布式BP神经网络洪水预报模型,实现了模型中参数的自动率定,且由于其半分布式的特点还规避了原集总式模型的部分劣势。即采用DEM和ArcGIS根据水文站及自然流域分水线划分流域,创建BP神经网络,然后应用于各子流域断面及入库断面,预报其流量值,并在每个网络中均运用逐步回归分析法对输入层数据进行筛选,以得到影响最显著因子。将所建模型应用于大伙房水库,预报精度较好,可用于大伙房水库的正式预报。     

基于混合抽样的洪水设计值抽样误差计算方法

为进一步提高洪水设计值的精度和可靠性,提出了一种新的混合抽样方法,以雅砻江甘孜水文站设计洪水为例,定量分析表明,在实际工作中推荐采用给定频率洪水设计值的分位数作为保证值,可使洪水设计值的安全保证率均相同;洪水设计值的概率分布函数为非对称的有偏分布,在频率曲线的上端或下端部分为一正偏分布,在频率曲线的中间部分为一负偏分布,其不确定性程度整体上随着设计频率的减小而增大。研究成果可为雅砻江流域水利水电工程规划建设提供参考。     

基于API水文模型的动态临界雨量山洪预警方法及应用

基于API水文模型的动态临界雨量计算方法及山洪预警技术,考虑前期影响雨量、累计雨量、降雨强度及降雨分布等因素对山洪灾害的共同作用,建立不同时间尺度(1、3、6h)下各影响因素与临界雨量之间的关系。将该方法应用于英那河流域山洪预警的动态临界雨量计算,并与其他临界雨量山洪预警方法进行比较。结果表明,基于API水文模型的山洪预警方法预警准确率较高,可用于山洪预警,并能为其他中小流域的山洪预警提供技术参考。