基于广义极值分布和Metropolis-Hastings抽样算法的贝叶斯MCMC洪水频率分析方法

广义极值（GEV）分布是国内外洪水频率分析建模中广泛应用的一种概率分布。本文将水文频率分布线型的未知参数看作随机变量，通过基于Metropolis-Hastings抽样算法的贝叶斯MCMC方法估计GEV分布参数和设计时段洪量的后验分布，并据此进行极值洪水的频率分析。汉江流域丹江口水库年最大1日（3日、5日、7日）洪量频率分析的结果表明了本方法的有效性和实用性。主要结论包括：基于Metropolis-Hastings抽样的MCMC模拟在GEV分布参数的贝叶斯估计计算中行之有效；由于利用了与似然函数渐近性质无关的先验信息，贝叶斯估计方法得到的高分位数设计洪量的后验分布比经典统计方法得到的设计洪量能包含更多的信息，从而能表达由于参数不确定性而引起的预测不确定性。该方法能显著地通过分位数图、PPCC法、均方根误差法、K-S法等多种拟合优度检验方法，拟合效果不亚于其他常用的经典统计方法。     

极值波高Weibull分布参数的贝叶斯估计

为了研究波浪的分布规律,常常采用统计方法选择合适的分布函数以及参数估计方法进行计算分析。利用Weibull分布对极值波高进行统计分析,选取贝叶斯方法和最大似然法分别估计其中的未知参数,从对样本的拟合效果和设计波高计算两个角度来评价这两种不同思想的估计方法效果。利用广西涠洲岛和白龙尾测站6组年极值波高资料进行案例分析。结果表明:两种方法均表现出对样本良好的拟合效果,Jeffreys先验下的贝叶斯估算结果的离差平方和总体小于最大似然法,计算得到的50 a一遇和100 a一遇设计波高比最大似然法略大。先验信息能保证样本不足时计算结果的可靠性,在无先验信息时,贝叶斯方法结合Jeffreys先验能很好地应用于极值波高的统计分析。     

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。     

考虑高水影响的洪水频率分布线型对比研究

洪水极值事件在全球范围频频发生,准确估计设计流量对降低洪水灾害十分重要。洪水频率分析已广泛应用于水文设计领域,有很多被推荐的频率分布,还包括很多选择分布的准则。在北纬23.5°—66.5°之间选取4条河流——泰晤士河、沃巴什河、北江和淮河,采用极大似然法估参,并以3种分布选择准则对8种频率分布进行拟合优选。为减少可能的分布线型数量,不仅总结对比100%实测年最大日流量与分布的拟合结果,而且对在洪水频率分析中起重要作用的50%高水端实测年最大日流量进行分布拟合对比。结果表明：（1）适合100%实测流量与50%高水实测流量的最优分布基本一致但存在差别,适合50%高水流量的分布与大洪水点据拟合得更好;（2）综合考虑100%与50%高水实测流量选择最优分布,泰晤士河为 Gumbel,沃巴什河是 GEV 和 P3,北江为 Weibull和 GEV,淮河为 Weibull;（3）为满足工程设计洪水要求,选择最优频率分布时,应综合考虑既适合100%又适合50%高水实测序列的共同分布,以减少设计洪水的不确定性。     

洞庭湖区极端降水统计分布模型分析与特征重现

以洞庭湖区汉寿、临湘、湘阴3个城市1990年至2012年逐日降水资料为基础,选取3参数广义极值(GEV)分布和2参数耿贝尔(Gumbel)分布两种统计分布,采用极大似然法估计模型参数,阐述了两统计分布对极端日降水拟合过程,使用χ2拟合优度检验法和均方根误差(RMSE)评判拟合效果,确定洞庭湖区极端日降水统计分布模型,并分析极端日降水重现特征。研究结果表明:洞庭湖最大日降水统计分布为GEV分布,洞庭湖区最大日降水重现水平差异很明显,为当地排水工程设计提供了科学依据。     

基于BP神经网络的贝叶斯概率水文预报模型

本文在贝叶斯概率水文预报系统(BFS)框架之上，研究了双牌水库水文预报的不确定性，建立了流量先验分布及似然函数的BP神经网络模型，并通过Markov链Monte Carlo(MCMC)方法求解得到流量后验分布及其统计参数。通过对双牌水库历史洪水的研究结果表明，基于BP神经网络的BFS不仅显著提高了预报精度，而且为防洪决策提供了更多的信息，使得预报人员在决策中能考虑预报的不确定性，定量的估计各种决策的风险和后果。     

陕北地区年降水量频率分布参数估算研究

以陕北地区年降水量系列为基础资料,选取12种概率分布模型,分别按矩法、极大似然法估计参数,并参照离差平方和最小准则OLS进行了参数优选,最终优选出在OLS准则下的最佳分布模型、参数计算方法以及最优分布不同频率下的设计值.结果表明:在OLS准则下,对数正态分布(LN2)或广义极值分布(GEV)拟合效果好.文中计算结果可以为水利工程的规划设计与运行以及水资源管理提供依据.     

基于MCMC法的混凝土坝坝体坝基变形模量随机反演

针对混凝土坝材料力学参数反演中存在大量不确定性问题,提出了混凝土重力坝坝体弹性模量与坝基变形模量的MCMC随机反演法。将坝体及坝基变形模量参数视为随机变量,基于Bayesian理论,利用无似然函数的马尔可夫链蒙特卡罗方法（Markov chain Monte Carlo (MCMC) without likelihoods）进行随机参数后验分布抽样。通过平稳后的马尔可夫链得到参数后验分布的随机样本,进而得到对应的期望值和标准差。以龙滩高混凝土重力坝为例,结合典型断面的二维平面有限元模型,采用无似然函数的MCMC算法对坝体、坝基变形模量进行了随机反演,得出所需反演参数（坝体弹性模量、坝基变形模量）的分布;分析了坝体、坝基变形模量分布的统计特性与观测值波动之间的关系,得出后验分布变异性与观测值离散性呈正相关关系。     

基于GEV模型的开都河上游降水模拟

基于开都河流域上游降水数据,采用GEV模型进行极值降水的模拟和分析。结果表明:AMS1序列的形状参数大于0,服从Fréchet分布;在较高重现期下由轮廓似然方法估计的置信区间比Delta方法更准确;重现水平的轮廓似然函数曲线在较高重现期之下呈较显著不对称性;基于非平稳GEV模型得到极值降水设计值,其在1958年的100年一遇设计值到2010年下降为接近50年一遇,预示着未来发生极值降水和洪灾的风险加大。     

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。     

地下厂房施工过程的三维非线性数值模拟分析

根据冗各电站地下厂房开挖支护的施工顺序,以隐式杆单元模拟锚杆,以壳单元模拟混凝土喷层,采用三维非线性有限元技术,对洞室群的开挖支护动态过程进行了模拟计算。通过三维非线性有限元计算分析得到:洞室群动态开挖过程中围岩应力变形的分布规律,围岩塑性区的发展规律,锚杆受力变化情况。计算结果表明:整个开挖过程中,洞周围岩位移变化规律正常,量值较小,塑性区主要分布在洞室周边,围岩稳定性较好;但在洞室交叉口处围岩的变形较大,出现较大范围的塑性区,在此基础上提出了支护措施优化方案,并对优化方案的效果进行了评价。     

Evaluation of freshwater mussel relocation as a conservation and management strategy

The relocation of unionacean mussels is commonly used as a conservation and management tool in large rivers and streams. Relocation has been used to recolonize areas where mussel populations have been eliminated by prior pollution events, to remove mussels from construction zones and to re-establish populations of endangered species. More recently, relocation has been used to protect native freshwater mussels from colonization by the exotic zebra mussel Dreissena polymorpha. We conducted a literature review of mussel relocations and evaluated their relative success as a conservation and management strategy. We found that 43% of all relocations were conducted because of construction projects that were forced to comply with the Endangered Species Act 1973 and that only 16% were monitored for five or more consecutive years. Most (43%) relocation projects were conducted from July to September, presumably a period when reproductive stress is relatively low for most species and the metabolic rate is sufficient for reburrowing in the substrate. The mortality of relocated mussels was unreported in 27% of projects; reported mortality varied widely among projects and species and was difficult to assess. The mean mortality of relocated mussels was 49% based on an average recovery rate of 43%. There is little guidance on the methods for relocation or for monitoring the subsequent long-term status of relocated mussels. Based on this evaluation, research is needed to develop criteria for selecting a suitable relocation site and to establish appropriate methods and guidelines for conducting relocation projects.     

基于模型试验的河床砂砾石层基本特性研究

为了经济可靠地确定深厚覆盖层的基本特性参数,以大渡河双江口水电站坝基河床砂砾石层基本特性研究为工程背景,进行大尺寸模型试验,研究河床砂砾石层的旁压模量和动探击数随密度、级配以及上覆压力的变化规律。根据室内模型试验结果,结合现场旁压试验及钻孔试验成果,推断出坝址区河床砂砾石相关层位的密度,并依此进行砂砾石室内力学试验,获得设计所需力学参数。研究成果可为深厚覆盖层基本特性测试提供新的方法。     

基于BP神经网络-马尔科夫链模型的隧道围岩位移预测

在隧道工程施工中,围岩位移预测起着很重要的作用。将BP神经网络-马尔科夫链模型引入到隧道围岩位移预测中来,通过对训练样本的学习,利用BP神经网络实现了对位移时间序列的滚动预测,同时得到了实测值与预测值的相对误差;在此基础上利用马尔科夫链对相对误差进行修正,有效地提高了预测结果的精度。并将该模型应用于某公路隧道拱顶下沉位移时序预测中,结果表明该模型具有精度高、科学可靠的特点,为隧道围岩变形的预测提供了新的途径。     

Short communication. Pipelines as a refuge for freshwater snails

In the lower River Murray, Australia, populations of gastropods have declined markedly over the past 40 years. Of the native fauna of about 18 species, only the ancylid Ferrissia petterdi remains common (but in patches), and another five species feature in sporadic local resurgences. Until recently the viviparid Notopala was thought to be extinct. The introduced physid Physa acuta is widespread, but in low numbers. The decline probably is associated with flow regulation, high turbidity and the introduction of common carp. Snail populations have persisted, however, in irrigation pipelines fed from the river, where they periodically cause blockages. This paper reports the discovery of the only known populaion of Notopala hanleyi in a pipeline where the inner wall accumulates microbial and other organic matter, providing high quality food for snails. In the Murray before regulation most of the periphytic biomass was probably microbial, as fluctuating water levels would have maintained littoral communities in a highly productive, early state of succession his postulated that, by stabilizing seasonal water levels, regulation has promoted the production of filamentous green algae, an inferior food source, and so displaced snail populations from the open aquatic environment.     

浙江省水域调查录入系统的设计和应用

浙江省水域调查录入系统将调查数据与电子地图相整合,对分类水域数据进行统计计算,并对输入数据进行合理性和完整性检查,得到调查范围内现有水域的详细数据,实现了水域调查数据输入、计算、统计和查询的数字化管理,提高了工作效率和工作质量,为各地下阶段水域保护规划编制和水域管理工作提供了数据支持。对该系统的设计原则、功能和技术设计等作了介绍。     

基于CT-连续加荷水泥乳化沥青混凝土细观损伤规律研究

利用CT技术对水泥乳化沥青混凝土的细观损伤过程进行实时扫描观测,获得了混凝土试件在连续加荷下的CT图像。通过采用直观分析法、CT数分析法、CT数与损伤变量关系3种方法分析表明,水泥乳化沥青混凝土的破坏过程可分为压密、扩容、裂纹扩展、破坏4个阶段,同时混凝土在受压过程中具有韧性,在极限荷载之前各断面处于压密和微扩容的强化阶段,极限荷载之后混凝土从损伤到破坏发展比较平稳。     

Automated system for removal and pneumatic transport of fly ash from electric precipitator hoppers

A system for removal and pneumatic transport of fly ash is examined, in which air pulses act on batches (pistons) of ash formed in a duct. Studies are made of the effect of several physical parameters on the force required to displace a piston of ash and these serve as a basis for choosing a system for removal and pneumatic transport of ash simultaneously from several hoppers of an electric precipitator. This makes it possible to separate the ash particles according to size without introducing additional components. Formulas are given for calculating the structural and dynamic parameters of this system and measurements of indirect dynamic parameters are used to calculate the input-output characteristics of the system. In order to optimize the system, configurations for summing several ducts into a single transport duct for pneumatic ash transport are proposed. Some variants of dry ash utilization and the advantages of producing of size-separated particles are considered. __________ Translated from élektricheskie Stantsii, No. 2, pp. 26–30 (2008).     

The flood pulse advantage and the restoration of river-floodplain systems

The ‘flood pulse advantage’ is the amount by which fish yield per unit mean water area is increased by a natural, predictable flood pulse. Evidence for this increase is presented from tropical and temperate fisheries. It is argued that increasing multispecies fish yield by restoring the natural hydrological regime is consistent with increasing production of other trophic levels and with restoration from ecological and aesthetic viewpoints. When applied to a river-floodplain system, this restoration would provide a large, self-sustaining potential for recreation, commercial exploitation, and flood control. An interim ‘natural flood pulse’ restoration approach is proposed for systems modified for navigation. This approach approximates the natural hydrological regime in a river reach and is intended as a first step in the long process of restoring the watershed.     

浅谈天湖水电站水轮机运行故障及处理措施

简述天湖水电站投运以来各种故障的表现形式，分析其原因，提出了相应的处理方法及措施，并对合理利用国内外设备提出建议。