干旱烈度概率分布与重现期计算方法研究

根据游程理论,假定干旱烈度的概率分布为gamma分布,针对正态分布的年独立径流序列,推导出了干旱烈度分布参数估计的解析表达式,提出了干旱烈度大于或等于某固定值的干旱事件重现期的一种解析计算公式,并且在序列的偏差系数cv和参数a取不同值时,应用Matlab编程技术模拟检验了gamma分布对干旱烈度概率分布的拟合情况及重现期计算公式。结果表明：导出的干旱烈度概率分布参数估计的解析表达式较准确,干旱烈度概率分布参数是年独立径流序列均值μx、偏差系数Cv以及参数α的函数。gamma分布可以作为干旱烈度概率分布的近似分布,干旱烈度重现期计算结果与模拟结果保持了较好的一致性。经对泾河应用对比分析,表明研究的结论与前人关于独立对数正态分布干旱概率分布与重现期的研究结论是一致的。     

基于集成学习模型的非平稳月径流预报

针对变化环境下月径流序列的非平稳性日益加剧,传统径流预报模型采用普通学习算法的局限性,基于Bagging和Boosting集成学习算法,构建了随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)和轻梯度提升机(LightGBM)3种集成学习模型,融合弹性网(EN)和变分模态分解(VMD),建立VMD-EN-RF、VMD-EN-GBDT和VMD-EN-LightGBM非平稳月径流组合预报模型,并以黄河流域实测月径流为研究对象,评估预报结果的不确定性。结果表明：单一集成学习模型能够提供可靠的预报结果,适用于非平稳月径流预报;融合VMD和EN的集成学习模型预报性能较单一集成学习模型有了显著提高,纳什效率系数提升了15%～20%,均方根误差降低了30%～40%;基于Boosting集成方法构建的集成学习模型优于Bagging集成方法,其中VMD-EN-LightGBM预见期3月内的预报效果优于VMD-EN-RF和VMD-EN-GBDT,在90%置信度的区间预报覆盖率高于90%,表现出良好的性能。     

具有跳跃变异的非一致分布水文序列频率计算方法

研究具有跳跃变异的非一致分布水文序列频率计算方法。应用全概率公式,推导了具有跳跃变异的非一致分布水文序列频率计算公式,给出了经验频率和理论频率计算以及相应的计算步骤。通过对渭河流域泾河张家山站1932—2006年年平均流量序列的实例计算,表明文中的计算公式可以灵活地选用目前常用的频率分布,适用多个变异点的非一致分布水文序列频率计算,借助现有的统计计算函数包,不难获得相应设计频率的设计水文值。文中水文序列频率计算具有严格的数学基础,以期为非一致分布水文序列频率的计算提供理论技术支撑。     

基于Copula函数的水文随机变量和概率分布计算

水文随机变量和分布计算是推求设计洪水地区组成、梯级水库下游设计洪水等的重要内容,对于水库下游水利水电工程规划设计与管理、城市防洪风险评估等至关重要。传统的水文随机变量和分布是根据二维变量函数分布推导而来,边际分布必须为同一类型分布,其应用受到限制。本文根据二维随机变量和概率分布定义,运用条件Copula函数和积分变换原理,严格地推导了二维相依随机变量和概率分布计算公式,以及Gamma分布、P-Ⅲ分布两类常用边际分布下变量和的分布概率计算公式,该计算公式仅为条件Copula函数的一维积分,避免了概率组合离散求和法数据转换的信息失真,克服了传统多变量分布要求边际分布为同一类型分布。以清江流域水布垭水库至隔河岩水库3h洪量组成为例,给出了水文随机变量和分布的计算方法。文中模型与计算方法以期为我国设计洪水地区组成和梯级水库下游设计洪水计算提供理论支撑。     

基于运动扩散模型的含零值降水序列频率计算

应用运动扩散(KD)模型,研究含零值降水序列频率计算。以陕西省6个测站2月份降水序列为例,在Strupczewski推导矩法、极大似然法参数计算公式的基础上,利用数学变换原理和数值计算原理,推导了KD模型含零值序列分布概率权重矩法参数计算公式。采用AIC准则、OLS准则和残差平方和(RSS)最小准则,进行KD模型、频率比例法和II型乘法分布模型拟合效果评价。结果表明:KD模型可以应用于含零值降水序列频率计算,且该模型拟合效果优于频率比例法和II型乘法分布法;3种KD模型参数估计方法中,概率权重矩法估计KD模型参数拟合度最优。文中方法以期为我国含零值水文序列频率计算提供一种新的计算方法。     

单变量独立同分布水文事件重现期的计算原理与方法

研究了单变量独立同分布水文事件的重现期的计算原理与方法。根据事件首次发生的期望等待试验次数与连续两次事件间期望间隔试验次数的两种重现期定义,采用数学期望值和概率母函数法,系统地推导了独立同分布水文事件重现期的计算公式。结果表明,单变量独立同分布水文事件在两种定义下的重现期相等。所得计算公式具有严格的数学基础,以期为我国现行水文频率的计算提供理论支撑。     

陕北及关中地区非一致性年径流序列变异诊断

以陕北地区和关中地区的15个水文测站为例,采用随机方法进行了非一致性年径流序列的变异诊断。结果表明:共有7个测站的年径流序列发生了变异,其中赵石窑站为趋势变异,神木站、枣园站、黄陵站、林家村站、张家山站和氵状头站为跳跃变异;这7个测站的年径流量在未来条件下存在不同程度的减少,建议对该区用水进行规划,并采取必要的措施来保证用水安全。     

基于混合Copula函数的洪水联合概率计算方法

洪水频率计算是涉水工程规模确定的依据。混合Copula函数比单一Copula函数能够更好地刻画多维洪水随机变量的分布特征。本文以加拿大魁北克省马达瓦斯克河流域的洪水数据为例,利用单一Copula函数构造两种混合Copula函数,采用粒子群算法和遗传算法求解混合Copula函数权重系数,并选择拟合最优的混合Copula函数进行洪水频率计算。结果表明：混合Copula函数的均方误差最大值分别为0.000567和0.000352,均小于单一Copula函数指标值,且由旋转Copula函数构成的混合函数效果更优。变量较大值组合发生时,混合Copula函数联合重现期计算结果小于单一Copula函数计算结果,同现重现期计算结果要大于单一Copula函数计算结果。     

指数Gamma分布参数估计方法对比研究

鉴于指数Gamma分布在水文频率分析中的优越性,探讨了6种常见的参数估计方法在该分布下的应用情况。选取安康、花竹、临江、彭水、珊溪和武胜6个水文站的年最大洪峰资料,对考虑历史资料的年最大洪峰序列进行频率计算,应用蒙特卡洛试验研究优化适线法、矩法、混合矩法、线性矩法、极大似然法和基于最大熵理论普通熵法的统计性能以及设计值的精度,分析上述6种方法下指数Gamma分布与经验点据的拟合情况。采用AIC准则和均方根误差RMSE为评价标准进行拟合效果评估,计算结果表明,优化适线法和线性矩法在洪水频率分析中取得了理想的拟合效果,优化适线法与线性矩法作对比研究,能够更好的确定研究区最合适的参数估计方法。     

我国城市雨水利用存在问题及对策探讨

文中对我国城市雨水利用存在主要问题进行了分析,提出城市雨水利用的对策措施。