基于GAMLSS模型的大渡河流域极值降水非一致性分析

以GAMLSS模型为基础,分析大渡河流域降水频率的非一致性特征,并将时间和多项气候因素作为解释变量进行参数拟合。结果表明,大渡河流域年最大日降水序列均呈现不显著变化的趋势,与一致性模型相比,大渡河流域降水序列的时间非一致性的特征不明显,而气候指标可以更好地反映大渡河流域降水非一致性的特征,表现为所有气象站点GAIC值与一致性模型的值相比明显减少。GAMLSS模型可以模拟水文序列的方差、偏态系数等其他统计参数非线性变化趋势,能够反映水文序列的非一致性特征。     

分位数回归在大坝变形监测中的应用

研究了基于分位数回归的大坝变形监测预测模型,并结合实例进行分析和预报,通过与多项式模型及指数平滑法的拟合精度和预测结果的比较,证明分位数回归法有很好的拟合效果和预测精度,可以很好地应用于大坝变形监测的数据处理中.     

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。     

GAMLSS模型在黄河流域蒸发皿蒸发量序列统计建模中的应用研究

本文采用广义可加模型(GAMLSS),以年份序号作为解释变量拟合模型参数,对黄河流域蒸发皿蒸发量序列的非一致性特征进行研究。考虑到流域空间差异性和年内变化,从年、汛期、非汛期3个时间尺度来研究黄河流域29个水资源三级区面蒸发量序列的非一致性特征。研究结果表明,黄河流域各水资源三级区的面蒸发量序列在不同时间尺度上均具有较为明显的趋势变化;非汛期蒸发序列呈现出显著的趋势变化,与一致性模型拟合结果相比,黄河流域非汛期蒸发序列的AIC准则(Akaike Information Criterion)和SBC准则(Schwarz Bayesian Criterion)值减少明显,能更好地反映出非一致性变化的特征。     

黄河流域典型三级区蒸发序列非一致性分析

为研究蒸发序列非一致性,增强水文频率计算的稳定性,以黄河流域典型三级区蒸发序列为研究对象,以GAMLSS模型为基础,选择黄河流域5个典型水资源三级区,引入时间t作为解释变量进行参数拟合,分析各三级区年、汛期、非汛期蒸发序列的非一致性特征。采用Kendall法进行趋势检验,Mann-Kendall法和5 a滑动T检验法进行突变检验。分析结果表明:(1)伊洛河、三门峡—小浪底区间、花园口以下干流区间的蒸发序列突变较为明显,大夏河与洮河、湟水蒸发序列的突变存在一定的差异;(2)5个三级区不同时间尺度的蒸发序列以Generalized Gamma为最优分布的最多,Logistics的最少;(3)5个三级区不同时间尺度的蒸发序列除部分序列外,均与时间t成负相关,大部分蒸发数据均包含在置信水平为5%和95%的置信区间内,表明不同时间尺度的蒸发序列的GAMLSS模型拟合效果较好;(4)5个三级区蒸发序列非一致性特征较为明显,以花园口以下干流区间年、非汛期蒸发序列的非一致性特征最为明显。     

变化环境下时变标准化径流指数的构建与应用

变化环境下,干旱指数可能表现出非一致性特征。本文假设径流序列为二阶非平稳序列,建立以时间为协变量的时变矩GAMLSS模型,该模型采用非一致性Gamma分布拟合实测径流序列,并基于该模型计算出的时变标准化径流指数SRIt,与传统指数SRI进行对比分析,以验证其合理性与必要性。结果表明:基于时变矩模型的时变标准化径流指数SRIt更适应于潘家口水库流域变化环境下水文干旱的评价。时变标准化径流指数SRIt的值整体上比基于一致性模型的指数SRI偏小,即所表示的干旱程度更加严重,主要是因为时变矩GAMLSS模型能够反映出变化环境下径流序列的变化趋势,该趋势是影响径流的一系列因素共同导致的,如气候变化,人类活动等。而在受这些因素的影响下,潘家口水库流域的水文干旱事件频率增加,严重程度增强。     

基于GAMLSS模型的水文系列非平稳性研究

针对水文气象时间序列的非平稳性现象,为了定量分析非平稳序列的时变特征,基于GAMLSS模型原理,根据水文时间序列参数模型和半参数模型模拟方案,采用美国Little Sugar Creek研究案例的83年洪峰流量时间系列,分析了GAMLSS模型研究水文系列非平稳性的方法和流程。基于GAMLSS模拟,该流域内2006年10年一遇洪峰流量,相当于1999年20年重现期洪峰,接近于1989年100年一遇洪峰量级。GAMLSS模拟结果揭示了近年来由于气候变化、城市化进程等影响,极端事件出现频率。研究成果表明GAMLSS模型可定量有效的分析变化环境对水文频率设计值和工程设计的影响。     

梅江松源河段非一致性水文频率分析

随着气候变化以及人类活动的影响,水文要素时间序列的一致性受到广泛质疑,传统水文频率分析已经不能满足日益精进的水文设计精度要求,如何将非一致性水文要素时间序列转化成符合一致性要求的序列是当今水文数据处理研究的重点。该文以梅江流域松源河上的宝坑站为例,进行水文变异以及非一致性水文频率分析。采用Mann－Kendall检测法以及Lee－Heghinian法对宝坑年径流量进行突变点检验,将水文变异序列进行基于趋势分析的非一致性水文频率分析以及基于两P－Ⅲ混合分布的非一致性水文频率分析。结果显示：宝坑站年径流量序列在1983年发生了变异;经过一致性修正后,百年一遇年径流量比原始序列减小了3．10％。     

基于时变矩模型的湄公河上游非一致性洪水频率分析

以湄公河上游为研究案例,基于清盛水文站1960-2019年逐日流量观测数据,采用时变矩模型进行非一致性洪水频率分析,探讨梯级水库建设对洪水频率的影响。结果表明：清盛水文站年最大日流量序列呈显著减小的非一致性特征;清盛水文站广义逻辑斯谛分布搭配均值具有线性趋势的模型拟合最优;与传统频率分析方法相比,时变矩方法计算得到的100年一遇设计流量随时间呈减小趋势,重现期随时间呈上升趋势。湄公河上游梯级水库尤其是糯扎渡水库运行后明显减小了清盛水文站100年一遇的洪峰流量,对下游防洪具有积极作用。     

基于分位数回归的升船机变形监控模型构建方法

为深入分析升船机变形影响因素,提出了一种基于分位数回归的升船机变形监控模型构建方法。该方法根据升船机的结构特点,将温度、前期上游水位均值等因素引入候选影响因子集,采用自适应弹性网络分位数回归对影响因子进行筛选,建立各分位数下的回归模型,并根据拟合的良好性和检验的有效性原则选出最优的升船机变形监控模型。实例验证结果表明：相对于常规的逐步回归模型,本文方法构建的最优模型的预测精度波动性小,具有较强的稳定性,同时具有良好的长期预测能力。     

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。     

大渡河流域超阈值降雨样本模拟及不确定性分析

大渡河流域地形十分复杂,流域内气候随高程变化差异较大。通过超阈值模型模拟大渡河流域范围内9个雨量站的逐日降水资料序列,利用极大似然估计法计算模型参数,采用概率图、分位数图、重现水平图、密度函数图4种较直观的诊断图形对模型的合理性进行了全面评估,并借助轮廓似然方法估计模型关键参数及设计强降雨的置信区间。研究结果表明,各站点超阈值降雨样本均服从Pareto分布,可以选择GPD模型作为大渡河流域强降雨统计推断的分布函数类型,轮廓似然法能反映重现期长短对设计降雨置信区间的影响。可为大渡河流域降雨不确定性的定量评估及梯级水库群洪水预报提供依据。     

新疆玛纳斯河年径流频率分析

采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法,针对新疆玛纳斯河1956—2014年径流序列构建混合分布模型和条件概率分布模型进行频率分析。结果表明:玛纳斯河1956—2014年的年径流序列存在巨变异,1995年为年径流序列变异年份;拟合曲线上部混合分布和条件概率分布相近,与P-Ⅲ分布存在较大差异;拟合曲线中部混合分布比条件概率分布和P-Ⅲ分布拟合更佳;拟合曲线下部三种拟合均无明显波动,拟合较好;混合分布模型更适于玛纳斯河年径流进行频率分析。     

基于SRM模型的金沟河流域融雪径流模拟

金沟河是以融雪为主要补给水源的山区性河流,为了更好地指导流域的水资源分配工作,在借助金沟河流域水文气象数据、DEM数据与MODIS数据的基础上,利用融雪径流模型进行金沟河流域的融雪径流模拟研究。研究结果表明:(1)SRM模型在金沟河流域具有良好的适用性,流域2009年4—9月份的拟合优度确定系数与体积差分别为0.87与2.0%,基本达到模型在其他流域应用的平均水平。(2)模型汛期峰值与峰值出现时间模拟出现偏差,汛期径流补给来源较为复杂。模拟结果可为金沟河流域径流预测提供一定的参考依据。     

基于协整理论的淮河流域上游洪水预报实时校正方法

为了提高淮河流域上游的洪水预报精度,引入计量经济学中的协整理论与误差修正模型用于洪水预报实时校正;同时为了解决自回归算法无法针对非平稳序列建模以及序贯相关性问题,构建了基于误差修正概念的自回归误差修正模型。以淮河鲁台子站以上流域为研究区域,基于分布式垂向混合产流模型模拟结果,分别构建一阶至三阶自回归模型、误差修正模型和基于误差修正的自回归模型对模拟结果进行校正,采用修正效果评价系数、确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差和峰现时差5个评价指标,分析对比各校正模型对流域2003—2014年10场洪水的校正效果。结果表明:3种实时校正方法均对淮河流域上游洪水有一定的校正效果,其中,自回归模型校正效果最差,排除误差序列非平稳的两次洪水后,其平均修正效果评价系数为0.20;误差修正模型能够有效校正预报洪水,其平均修正效果评价系数为0.76;基于误差修正的自回归模型校正效果较好,与传统自回归模型相比,对洪峰流量的校正效果显著提高,其平均修正效果评价系数达到0.98,可用于淮河流域上游洪水预报的实时校正。     

基于分位点回归模型的洪水概率预报方法

采用分位点回归模型分析洪水预报的不确定性, 提供洪水预报倾向值( 预报概率分布的中位数) 和 90% 置信度的预报区间成果, 实现了洪水概率预报。基于/ 精度2可靠性0 联合评价指标对分位点回归模型计算的预报倾向值 和预报区间成果进行了评估。在信江流域梅港站的应用结果表明: 基于分位点回归模型提供的倾向值定值预报结 果可进一步提升洪水预报的精度; 同时该模型提供的 90% 预报区间结果具有较高的覆盖率( 约 90% ) 且离散度较小 ( 小于 01 20) , 表明预报区间以较窄的宽度包含了绝大多数的实测值, 预报可靠性较强。