鄱阳湖修河虬津水文站非一致性设计洪水研究

非一致性条件下设计洪水对水利工程的规划设计及防洪决策等具有重要意义。针对传统时变矩法求得每年一个非一致性设计洪水值难于直接应用到工程实际的不足,考虑影响径流的两项气象因素(降水量和气温),并结合重现期的期望超过次数概念,选取修河虬津水文站1956-2014年年最大1、3、7、15 d和1个月的洪水系列,结合大气环流模式输出的降水量、气温统计降尺度成果,推求非一致性条件下虬津水文站多时间尺度下的设计洪水流量值,并与传统的不考虑系列非一致性的设计结果进行对比。结果表明：虬津站各时间尺度洪水流量系列位置参数均存在显著的非一致性。一致性条件下设计洪水流量和以气象因子为协变量的非一致性设计洪水流量存在显著差异,RCP4.5和RCP8.5情景下,各时间尺度20和50 a重现期非一致性设计洪水流量值与一致性设计值相比分别减小了13.5%～32.6%(平均约26.4%)和15.3%～39.1%(平均约31.0%)。研究结果可为区域洪水灾害防治和洪水资源利用提供一定参考。     

考虑气象协变量的非一致性设计枯水流量研究

研究非一致性条件下枯水流量设计值对流域水资源管理具有重要意义,然而如今常用的时变矩法推求出的每年一个设计值很难用于实际。选取渭河流域实测枯水流量序列作为实例进行研究,将气象协变量引入到枯水流量频率分析,结合重现期的期望超过次数(Expected Number of Exceedances, ENE)概念推求非一致性条件下枯水流量设计值,并与传统以时间为协变量的情况进行比较。结果表明:2种协变量情况下非一致性设计枯水流量相比于一致性结果存在明显差别,且以气温和降水为协变量的非一致性设计结果相比于时间为协变量更为合理。研究所得设计结果可为流域枯水期水资源管理提供一定参考依据。     

考虑非一致性条件的淮河干流洪水分析

环境的变化和不确定性导致水文序列表现出非平稳特征,基于一致性条件的洪水风险分析忽略了气候变化和人类活动等因素的影响,会低估洪水风险。研究采用GAMLSS模型作为边际分布模型,以降水作为协变量,对淮河干流部分重要水文站点的年最大1 d流量和年最大15 d洪量序列进行非一致性频率分析,探究非一致性条件下洪峰和洪量设计值的变化。结果表明：在大洪水年份,基于一致性条件的洪峰和洪量边际分布设计值低于非一致性条件下的设计值。运用Copula函数构建两种条件下洪峰和洪量的联合分布模型,分析50年一遇的峰量同现超过概率,发现在大洪水年采用一致性条件下的同现超过概率容易忽略峰高量大的洪水风险。     

论洪水频率计算问题

水利工程在规划设计时,必须进行设计洪水的分析计算,以供确定工程规模和建筑物尺寸的依据。推求设计洪水有不同的途径,频率计算法是其中的一种,并在实践中已有了许多研究和得到了广泛应用。另一方面,在实际工作中,常常由于实测系列和历史洪水记录的短缺、有关水文概率统计理论的研究不足以及频率计算成果结合水文概念进行分析的欠缺等,致使在应用频率计算法推求设计洪水时仍存在不少问题。本文叙述了现行洪水频率计算中的一些问题,提出了对这些问题的见解。考虑到洪     

基于Copula函数推求的管运洪水防洪标准探讨

探讨了2种洪水风险理念,论述了现行防洪标准的含义及年标准洪水频率曲线的推求方法,提出了基于年标准洪水频率曲线诊断管运洪水防洪标准的新方法。介绍了基于Copula函数推求管运洪水的方法,研究了其风险结构。以马边河马边站洪水为例推求管运洪水,结果表明：基于Copula函数推求管运洪水选取的样本序列不完全符合防洪规范要求,所得到的管运洪水对应标准高于现行防洪标准,增大了洪水风险,会加大涉水工程的规模。     

浅议无水文资料小流域设计洪水要素的推求

在中小型水利工程、桥梁涵洞以及工矿建设等施工设计中,都要修建防洪排洪设施,这需要提供某一断面的设计洪水作为工程设计的重要依据。而这些工程所处河流很多情况下无实测的水文资料,可以通过一些经验公式和临近有水文资料的流域来进行估算和推求设计洪水。文章以二广高速公路板棚河刘店大桥断面百年一遇设计洪水为例,具体介绍无水文资料小流域特定断面设计洪水的推求。     

变化环境下设计洪水计算方法研究——以辽宁省为例

针对气候变化及人类活动影响下流域水循环及其伴生过程发生改变、水文非一致性增强以及原有设计洪水计算方法已不能满足水利工程规划设计及防洪减灾的突出问题,以辽宁省为例,开展了变化环境下设计洪水计算方法研究。采用皮尔逊Ⅲ型、波尔Ⅻ型等10种频率分布曲线进行配线,确定了适合辽宁干旱半干旱地区的波尔Ⅻ最优线型,且辽西22站拟合度均在0.95以上;基于GAMLSS模型,建立了考虑气候变化的辽宁省设计洪水计算非一致性模型,该模型能够反映变化环境对设计洪水的影响;基于近20 a数据,完善了辽宁省无(缺)资料地区设计洪水计算方法,完善后的计算方法的计算成果精度更高。研究成果已在辽宁省水利工程规划设计中得到了应用,并在松辽流域部分地区得以推广,对其他地区设计洪水的计算也有参考价值。     

利用历史洪水调查推求设计洪峰流量

水文资料是水利工程规划设计和建筑物设计最前沿最基础的资料,水文资料有误将使规划设计成果限入极其被动甚至全部翻盘,文章阐述了利用历史洪水调查推求设计洪峰流量的途径与一般方法。     

利用历史洪水调查推求设计洪峰流量

水文资料是水利工程规划设计和建筑物设计最前沿最基础的资料,水文资料有误将使规划设计成果限入极其被动甚至全部翻盘,文章阐述了利用历史洪水调查推求设计洪峰流量的途径与一般方法.     

富水干流下游洪水风险图编制

中小流域洪水分析资料匮乏且流域控制性水利工程较多,因此中小流域设计洪水过程推求及洪水分析方案的概化相对复杂。以富水干流下游洪水风险分析为例,通过综合分析富水下游洪灾成因及典型洪水、流域控制性水利工程调度方案、水利工程现状防洪能力等因素确定富水下游洪水分析方案。采用水文分析计算方法推求富水下游设计洪水过程;采用一、二维耦合水动力学模型进行洪水分析计算;结合富水下游土地利用状况,进行了灾情分析和损失评估;根据淹没水深与到达时间计算结果,将风险信息添加到地图上,最终编制完成富水下游洪水风险图。     

分布式水文模型结合气象预报方法初步探讨

为了尽量消除因流域空间非均一性引起的水文模拟不确定性,采用基于GBHM分布式水文模型以及具有明确物理意义的模型参数,利用三峡区间2011年5~6月期间的气象预报信息,探讨该区域实时洪水预报方法,以及不同预见期的洪水预报精度。结果表明,分布式水文模型与气象预报数据结合,能够较好地模拟该区间的洪水过程。该方法在一定预见期内能够对实时洪水过程进行预报,预报精度很大程度上取决于降水预报的准确性。     

Concept of Equivalent Reliability for Estimating the Design Flood under Non-stationary Conditions

Stationary hydrological frequency analysis (SHFA) has been commonly employed for estimating the design flood in most countries. Fundamental to applying SHFA is the assumption that the data series is stationary. In theory it is not applicable if the series is non-stationary. In this paper, we propose a concept of Equivalent Reliability (ER) to estimate the design flood under non-stationary conditions, which considers the impact of design life period of an engineering on design flood. ER implies that regardless of environmental changes, the design reliability of engineering under non-stationary conditions should be identical with the planned design reliability specified at the stage of the engineering planning. ER is expected to solve two key questions: (i) to estimate the design flood with a given return period for an engineering to be constructed, and (ii) to adjust the original design flood of an already constructed engineering to obtain a new design flood for making the engineering adapt to the changing conditions. Two experiments are provided to demonstrate how to employ ER to solve the above two questions. In addition, an example of annual peak flow series was also used to illustrate ER. Results show that the design life poses a considerable impact on the estimation of design flood and the uncertainty of parameter estimations leads to a non-negligible uncertainty on the estimation of design flood. Overall, ER can be a potential method for estimation of design flood under non-stationary conditions.     

融合ARIMA模型和MCMC方法的非一致性设计洪水计算

常规非一致性频率分析方法在选择协变量、建立统计参数与协变量的函数关系方面均存在主观性,且仅获得设计洪水估计值,不能同时进行不确定性分析。为改进上述不足,建立了ARIMA-MCMC模型,在贝叶斯MCMC方法抽样过程中考虑统计参数拟合期内的时变性,进而对未来气候变化条件下的非一致性设计洪水频率分布模型参数进行抽样,基于参数后验分布进行设计洪水计算,并推求相应的置信区间。选取雅砻江流域小得石水文站作为分析对象,采用ARIMA-MCMC模型定量评估未来气候变化条件下小得石站设计洪水的变化情况。结果表明：基于ARIMA-MCMC方法的参数抽样收敛效果较好,3种情景下的模型统计量D均小于显著水平5%的临界值;除SSP2-4.5情景下P=0.1%和P=0.05%的设计值外,其他情况的设计最大日流量较历史期均明显增加,其中SSP1-2.6、SSP5-8.5情景下的增幅分别为7.1%～10.5%、13.9%～27.2%。本文建立的ARIMA-MCMC方法能够有效进行非一致性设计洪水频率分析。     

应对水文序列非一致性变化影响的溯源重构法研究

水文序列的非一致性特征导致多种常用水文分析计算方法在理论上陷入瓶颈,因尚未得到有效的解决,仍需不断探索研究.从因变量与自变量关系的角度看,引起水文变量非一致性变化的原因是影响因子自身的非一致性变化.据此,针对单个影响因子作用于水文变量的规律,提出源函数概念,依据水文变量与影响因子源函数间的统计乘积模型,构建新的函数,并...     

暴雨资料计算设计洪水方法在1 000 km2以下河流洪水调查中洪峰流量推求的应用

以二广高速公路西岸东陂河大桥“13．8”洪水调查和洞冠水黄麖塘水文站“14．5”洪水调查为例,论述暴雨资料计算设计洪水方法在1000 km2以下河流洪水调查中洪峰流量推求的应用。结果表明,采用暴雨资料计算设计洪水方法与水力学方法和水文站实测流量推算的成果相差不大,具有一定推广价值。     

An Improved Peaks-Over-Threshold Method and its Application in the Time-Varying Design Flood

Design flood, which plays a paramount role in reservoir construction and operation, is often calculated by the annual maximum sampling method (AMSM). However, the AMSM can only use a small amount of data and reflect the extreme value distribution of inflow flood. As a result, the annual maximum design flood or the seasonal design flood is not sufficient to formulate the reservoir operation scheme in whole life cycle. Currently, studies analyzing the sample selection method of design flood and the way to make design flood close to inflow flood are rare. To this end, an improved peaks-over-threshold method (IPOT) was designed. Together with the time-varying parameters with Poisson distribution model, we used the IPOT to calculate a new type time-varying design flood in this study and took Longyangxia Reservoir in China as a case study. Results indicate that, compared with the AMSM, the IPOT enhances the physical correlation between sample individuals by increasing data use rate and determines the optimal threshold, which avoids the influence of human factors on the sample selection. Moreover, the time-varying design flood can fully reflect the characteristics of inflow flood and combine the design flood value with time and probability to establish an inflow flood identification model. According to this model, managers can assess the probability and type of inflow flood and choose the appropriate reservoir operation scheme. Findings of this study, including the IPOT, the time-varying design flood and the inflow flood identification model are helpful for water resources planning and management.

     

变化环境下雅砻江流域水文极值演变及不确定性分析

为了探讨环境变化前后雅砻江流域的水文极值演变特征及不确定性,以雅砻江流域雅江水文站和洼里水文站为代表站,基于年极大值和超门限阈值样本,结合序列变异理论、多种极值统计模型(GEV、GPD、P-III)和轮廓似然函数参数估计及不确定性分析方法,分析了变化环境下雅砻江水文极值序列演变特征。结果表明:受气候变化和人类活动的影响,雅江水文站和洼里水文站环境变化前后的最优分布线型由P-III型分布转变为GEV分布。环境变化后的水文极值序列相应设计流量增大,重现期变小。设计值估算中,重现期越长,相应设计流量的不确定性也越大,其中参数的不确定性对于设计值的影响最为显著,但极值选样及分布函数的不确定性也不容忽视。轮廓似然函数法的使用可有效降低设计值不确定性,基于极值理论与轮廓似然函数估计法进行变化环境下水文极值演变分析可提高设计值的可靠性。研究成果可为雅砻江流域水库设计管理及防洪规划等提供参考。