基于高阶线性矩法的洪水设计值研究

为了提高大重现期洪水设计值计算精度,研究高阶线性矩法在洪水频率分析计算中的应用。应用蒙特卡洛试验研究不同阶线性矩的统计特性和对设计值的影响。以陕西省5个测站年最大洪峰流量序列为例,进行广义极值分布高阶线性矩的参数估计,评价拟合效果和设计值的计算偏差。结果表明,高阶线性矩法具有良好的统计特性;与普通线性矩法比较,高阶线性矩法能更好拟合洪水序列的大洪水值,且设计值估计偏差小。因此,高阶线性矩法是一种合理可行的参数估计方法,以期为大重现期设计洪水值的计算提供依据。     

高阶线性矩在P-Ⅲ分布参数计算中的应用

为了提高大重现期降水设计值精度,研究高阶线性矩(LH矩)法在降水频率分布参数计算中的应用。采用数学变换,推导了P-Ⅲ分布LH矩计算公式。应用蒙特卡洛试验研究P-Ⅲ分布不同阶线性矩统计性能及其对不同重现期设计值的影响。以陕西省6个测站年降水量资料为例,研究了P-Ⅲ分布不同阶LH矩的参数计算,评价实测序列较大值段与相应理论频率曲线的拟合效果和设计值误差。结果表明,与常用线性矩相比,LH矩法能更好地拟合降水序列的高尾部分,通过适当提高线性矩的阶数,可以提高大重现期设计值的计算精度。     

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。     

P-Ⅲ分布高阶概率权重矩及其在洪水频率分析中的应用

研究高阶概率权重矩法在洪水频率计算中的应用。采用变量变换,推导了P-III分布高阶概率权重矩计算公式。以陕北7站年最大洪峰流量为例,研究了概率权重矩阶数不同值下P-III分布的参数计算,并评价相应理论频率曲线对实测系列较大值的拟合效果和设计值的计算误差。结果表明,与常用的概率权重矩和GEV分布的高阶概率权重矩法相比,P-III分布的高阶概率权重矩法具有对洪水序列较大值拟合效果好、能显著降低设计值误差等优点,适用于我国的洪水序列频率分析计算,尤其在改善理论频率曲线中上部的拟合效果及提高大洪水的估计精度等方面具有一定优势。     

基于多项式正态变换的年径流频率计算研究

水文设计值精度直接影响到工程规模的确定。应用多项式正态变换（PNT）法推求给定频率的设计值（分位数）,提高水文频率计算精度。采用蒙特卡洛法进行模拟试验,对比分析三阶多项式系数的矩（PM）法、L-阶线性矩（LM）法、最小二乘（LS）法和Fisher-Cornish（FC）不对称展开法的参数求解方法,并选用黄河流域五个测站天然年径流资料,开展三阶多项式正态变换法的年径流频率计算研究。结果表明：4种方法求解所得的多项式系数均能推求给定频率下的年径流设计值,且设计值序列整体与实测序列拟合效果良好,对数据的正态性转换和拟合效果排序结果为最小二乘法、L-阶线性矩法、Fisher-Cornish不对称展开法、矩法。     

含零值水文序列频率计算方法研究

针对常规水文频率分析方法无法进行含零值水文序列频率计算的问题,研究3种含零值水文序列频率的计算方法。选用Gamma分布,推导极大似然法（ML）、最大熵原理（POME）和概率权重矩法（PWM）非零和含零值序列参数估计公式,研究非零值序列和含零值序列参数转换关系和设计值计算。应用蒙特卡洛试验,研究零值序列长度对参数估计方法不同重现期设计值的影响。以陕西省6个测站枯水期1月份月降水资料为例,研究不同参数估计方法的适用性,计算高尾部设计值的累积误差平方和,进行拟合优度评价。结果表明：最大熵原理和极大似然法对含零值降水序列均具有较好的拟合效果,研究结果可为含零值水文序列频率计算提供依据。     

具有历史洪水资料的期望矩法参数估计研究

为了有效地利用历史洪水资料,提高设计洪水值的估计精度,研究期望矩法(Expected Moments Algorithm,EMA)在具有历史洪水资料序列中的应用。本文在介绍EMA法估算P-III型分布参数估计的基础上,应用蒙特卡洛试验进行EMA法统计历史洪水资料长度效率检验。结合传统参数估计法,以陕西省4个测站的年洪峰流量序列为例,研究EMA法的实用性。结果表明:EMA法利用历史洪水资料的效率较传统估计方法高,且随着历史洪水期长度的增加,EMA法在有效性和不偏性上的优势更为明显。在具有历史洪水资料的情形下,EMA法也能有效地提高P-III型分布参数估计精度,以期为现行的设计洪水计算提供依据。     

高阶概率权重矩法在广义Pareto分布参数估计中的应用

广义Pareto分布常被用作超定量洪水系列频率分析的拟合线型。已有研究表明高阶概率权重矩能够用于广义极值分布和Pearson-III型分布的参数估计,但尚缺少采用高阶概率权重矩法估计广义Pareto分布函数的研究。本文基于广义Pareto分布,推求了广义Pareto分布高阶概率权重矩的计算方法,提供了采用高阶概率权重矩估计其分布参数的方案。统计试验表明,阶数等于0时的高阶概率权重矩法与概率权重矩法的估参效果近似无偏,二者均比传统的矩法具备更高的参数估计精度。对长江宜昌站(1946—2004)超定量洪水系列的分析表明,高阶概率权重矩法估参结果对应的广义Pareto曲线能够较好地拟合经验频率分布,特别是稀遇频率洪水段。     

基于Copula函数的不完全降水序列频率计算方法研究

本文将不完全数据分析方法与Copula函数相结合,提出基于Copula函数的不完全降水序列频率计算方法,并采用蒙特卡洛试验研究其统计性能。以陕西省6个测站的年降水序列为例,构建二维Frank Copula函数。运用多元Rosenbrock优选法则求解,得到基于Copula函数的不完全序列似然函数参数值,采用Copula函数模拟法和拟合标准差(SEF)进行拟合效果评定。结果表明:基于Copula函数的不完全降水序列频率计算方法具有良好的统计性能;Anderson-Darling检验统计量均小于?(28)0.05显著性水平下临界检验值。设计站在本文方法下所得SEF值均小于单变量分布下的SEF值,设计值估算也优于单变量计算方法。在设计站与参证站难以进行相关展延资料的情况下,文中方法是一种合理可行的频率计算方法,以期为提高降水序列频率计算精度提供新思路。     

考虑历史洪水的混合分布对不同尾型分布的应用对比研究

考虑历史洪水的混合分布(Historical Flood Concerned Mixed-distribution Method,HFCMM)非一致性洪水频率分析克服了样本序列长度和传统方法不考虑物理成因的不足。以武江坪石和犁市站为例,采用考虑历史洪水的L矩法估参,构建了武江非一致性年最大实测流量序列混合分布模型,并对比了厚、薄、混尾三类不同尾型分布拟合混合分布水文频率曲线的不同应用结果。结果表明:1采用不同尾型分布拟合所得水文频率曲线相对于传统结果皆存在高水尾端上翘;2厚尾分布和三参数混尾分布能在高水端提高拟合优度,而二参数混尾分布不能明显提高高水拟合效果;3采用薄尾分布拟合样本所得水文频率曲线的低水端易上翘,混合分布处理非一致性洪水序列时不宜采用薄尾分布;4HFCMM厚尾分布与三参数混尾分布相对于传统皮尔逊三型更适用于武江流域洪水频率分析。