考虑峰型及其频率的洪水随机模拟方法研究

现有洪水模拟方法仅考虑了洪峰、洪量及洪水历时三者间的相关性,并未考虑洪水特征量对于洪水过程线形状的影响。鉴于此,本文提出一种考虑峰型及其出现频率的洪水随机模拟方法,在洪峰、洪量、洪水历时的基础上,引入峰型系数及峰现时间,通过Copula函数构建上述特征量的联合分布函数并进行特征量随机模拟,通过贴近度计算得到与随机模拟的特征量最接近的代表性无量纲洪水过程线类型,进而将两者融合得到完整洪水过程线,并应用于防洪调度仿真计算。大隆水库的实例计算结果表明,本文洪水模拟方法全面考虑了影响洪水过程的诸多因子,模拟结果中各峰型出现频率接近天然洪水,防洪风险率与实际相差不大,对于水库调度方案制订及风险分析具有重要意义。     

长江上游与洞庭湖洪水遭遇风险分析

为进一步揭示长江上游与洞庭湖洪水遭遇规律,本文以宜昌站和城陵矶站1951—2016年实测日均流量资料为基础,建立了两站年最大洪水洪峰、15日洪量、洪水发生时间及间隔时间的边缘分布函数,进而构建了基于Archimedean Copula函数的洪水发生时间和量级（包括洪峰和过程）的联合分布函数,解析了长江上游与洞庭湖洪水的遭遇风险。其中针对长江上游与洞庭湖洪水洪峰之间,以及它们的洪峰及其发生时间之间均存在相关性的特点,提出了一种通过建立两站洪峰及其间隔时间的联合分布来研究洪峰遭遇风险的方法。最后分析了三峡水利枢纽的运用对长江上游与洞庭湖洪水遭遇风险产生的影响。研究成果可为三峡水库优化调度和长江中下游的防洪减灾提供理论依据。     

长江和清江洪水过程遭遇风险分析

将洪水过程遭遇概化为洪水量级和发生时间间隔的数学约束条件,基于多维联合分布建模的思想,采用混合von Mises分布描述长江和清江洪水发生的间隔时间,基于Copula函数构建了两江年最大15天洪量与其间隔时间的联合分布,建立了两江洪水过程遭遇的风险计算模型,得出两江洪水发生时间遭遇的风险率为21.9%,分析了两江不同频率洪水遭遇组合的风险特征,为清江和长江水库联合补偿调度提供科学依据。     

流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响北大核心CSCD

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

基于Copula-Monte Carlo方法的串联施工导流系统风险分析

考虑上游水电站和区间施工洪水间的相关性,提出对流域相邻两座同期建设的水电站组成的串联施工导流系统进行风险度量的方法.基于整体风险分析思想,结合梯级导流系统水文、水力特征,耦合主要风险因子构建串联施工导流系统风险模型.在此基础上利用二维Copula函数来描述两区域施工洪水洪峰间的相关结构,并建立联合分布,从而应用Copula-Monte Carlo方法模拟梯级施工洪水.最后对一个工程案例进行计算分析,并与忽略洪水相关性时的随机模拟方法进行比较.结果表明,该方法能够保持洪水洪峰间的相关性,模拟结果更为合理,从而为梯级水电站建设条件下的施工导流系统风险评估提供了新的方法和理论.     

洪水二维变量重现期的探讨

洪水二维变量(洪峰x和洪量y)重现期涉及工程防洪计算和评价,历来受到高度重视。重现期的推求、洪水事件构成及匹配理念三者紧密相关。本文基于Copula函数论述并推求了四种洪水重现期("一维变量"重现期N_1、"和"事件重现期N_2、"积"事件重现期N_3、匹配重现期N4)的理念及其计算,重点阐明了N_4。以岷江支流马边河马边水文站为例,对比分析各重现期之间关系,结果表明:对于二变量一组取值(x0,y0),当x0和y0均较大或较小时,大小顺序为N_3N_4N_1N_2;当x0较大,y0较小或y0较大,x0较小时,会出现N_3较N_4明显大得多,且N_4可能小于N_1的情况。应用时需注意Copula函数一些特殊性质,应结合工程特性和要求等选定防洪计算所需的匹配值。     

洪水序列变异条件下的频率分析与计算

海河流域由于兴建大量防洪和水保工程,改变了流域下垫面条件,导致天然洪水产汇流特性发生变化,洪水系列不再满足一致性假定,进行设计洪水的修订势在必行。以海河大清河水系南支沙河上游的王快水库入库年洪峰序列和年最大洪量序列为例,基于各序列变异点诊断结果,应用混合分布法和条件概率分布法,直接对非一致性洪水序列进行频率分析,得到基于变异序列的设计洪水成果。并将两种方法得到的设计洪水成果分别与1985年水利部规划总院(WRHPDGI)审定的王快水库设计洪水成果及不考虑变异条件下的P-Ⅲ曲线拟合设计洪水成果进行对比,结果表明,考虑变异条件下的不同标准的设计洪水值均较1985年设计洪水值有所减小,年洪峰减小幅度为15%~30%,年最大时段洪量减小幅度为5%~30%;较不考虑变异条件下的P-Ⅲ曲线拟合设计洪水成果也有一定程度的减小,年洪峰、年最大1日洪量、年最大6日洪量减小幅度小于10%,年最大3日洪量减小幅度为1%~15%。该结论可为大清河流域设计洪水的修订提供一定的理论依据。     

Copula函数与核估计理论相结合分析风电场出力相关性的一种新方法

大型风电场出力的准确预测对风电场接入电网的安全性与经济性有重要意义。针对邻近风电场出力存在一定的相关性,结合Copula函数与核估计理论,提出一种分析风电场出力相关性的新方法。首先结合非参数核密度估计和Copula理论推导了一种Copula核估计函数;然后由此估计函数替代经验Copula函数来分析风电场出力相关性。不同于经验Copula函数,Copula核估计函数为连续函数,能有效消除参数假设误差,并且可从原理上降低参数估计的复杂度与计算量。以华北地区某实际风电场出力为例,将基于Copula核估计函数和经验Copula函数建立的风电场出力相关性模型分别接入到IEEE30节点测试系统进行潮流验证。结果表明,基于Copula核估计函数建立的风电场出力相关性模型更接近于实际数据模型,两者的潮流计算结果较为一致。     

考虑历史洪水不确定性的峰量联合频率分析

洪水事件一般具有多个特征属性,多变量联合分析可以全面分析洪水过程的统计特征.本文依据Copula函数,建立考虑定量和非定量历史洪水的不连续序列峰量联合洪水频率分析模型,选用遗传算法对模型参数进行寻优,并采用最可能组合法和同频率组合法计算不同重现期设计洪水,通过变化置信区间分析历史洪水不确定性变化对参数估计与设计洪水的影...     

基于非一致融雪洪水的水库漫坝模糊风险分析

采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库入库年最大洪峰流量序列的非一致性,利用“分解-合成”理论对其进行了一致性修正,并通过基于直角梯形模糊数的风险分析法给出过去、现状两种条件下的水库漫坝模糊风险率。研究结果表明,年最大洪峰流量序列的变异点发生在1993年,序列整体上升变化趋势不显著,跳跃变异为其主要变异形式;在现状条件下不同截集水平 所对应的水库漫坝风险率区间上限估计值均较过去条件下的估计值要大,表明现状条件下融雪洪水受流域气温显著上升的影响,增大了水库漫坝失事的风险。结果可为有效利用汛期洪水资源、提高水库防洪效益、保障下游防护区的安全提供科学依据。 关键词：融雪洪水;非一致性;年最大洪峰流量;模糊风险率     

水库月平均流量滚动预报及其不确定性研究

可靠的入库流量预报是支撑水库科学长期调度决策的基础。针对中长期流量预报模型预见期有限及流量预报存在不确定性的问题,采用人工神经网络滚动预报不同预见期流量,在此基础上,利用Copula函数建立预报误差序列的联合分布函数,实现对水文预报误差序列的随机模拟,从而定量描述流量预报不确定性。三峡水库非汛期后期月平均流量预报及其不确定性研究结果表明：所构建的非汛期月平均流量预报模型预报效果较好,可用于滚动作业预报;Copula函数能较好描述预报相对误差序列间相关性,模拟序列相关系数、统计特征值和经验分布与实测序列相差较小,模拟效果较好。研究成果可为水库开展长期优化调度提供有效入库流量信息支撑和决策支持。     

基于净雨预报信息的水库防洪调度方式研究

为进一步提高洪水预报信息在水库调度中的应用水平,本文以山东半岛龙角山水库为研究对象,首先构建在实际生产中广泛应用的新安江模型,采用确定性系数和绝对误差评价模型误差,并通过合格率评定径流深预报和峰现时间预报的精度等级。结果表明,各项评价指标在模型率定期和验证期的精度均为甲等,可为水库预报调度规则的制定提供可靠的理论依据。然后利用新安江模型预报出的净雨信息,制定水库防洪预报调度规则,调算不同频率设计洪水,并与常规调度方式下调洪结果作对比。通过比较发现,预报调度模型能够提前预泄,有效降低水库调洪最高水位和减小最大下泄流量,增加削减洪峰流量,对减小水库上下游防洪风险和提高水库防洪效益具有重要意义。     

基于Copula函数的两变量洪水重现期与设计值计算研究

传统的洪水频率分析未考虑洪水特征变量之间的相依性,存在一定局限性。本文应用Kendall重现期原理,研究两变量洪水重现期与设计值计算。以陕北地区无定河流域赵石窑和绥德站的洪水资料为例,采用二元Frank Copula函数构建洪峰流量与洪量联合分布模型,运用最可能超越法与极大似然法分别推求联合重现期、Kendall重现期及同现重现期三类重现期标准下的洪水设计值组合。结果表明两种方法均可推求洪水设计值,且结果无较大差异;在给定重现期条件下,以联合重现期作为计算标准推求的洪水设计值最大,Kendall重现期次之,同现重现期最小。从重现期定义的角度考虑,联合重现期与同现重现期根据各变量值定义的危险区域,存在一定不合理性,但仍可满足特定的应用需要;Kendall重现期根据联合概率值定义危险区域,避免了对危险区域或大或小地估算。一般情况下,推荐采用Kendall重现期作为两变量重现期计算标准。     

LHS-MC方法在漫坝风险分析中的应用

利用拉丁超立方抽样-蒙特卡罗方法（LHS—MC）评估了洪水和风浪作用下大坝的漫坝风险。采用LHS代替MC的随机抽样过程,生成洪峰流量和风速等随机变量样本。以大坝漫坝风险问题为例说明了LHS—MC方法的有效性。结果表明：LHS—MC方法可有效地提高运算效率,较少的抽样样本就能反映参数的概率分布,风险分析收敛快。考虑水库防洪调度规则,用水库调洪演算可得到水库最高调洪水位随机分布和洪水漫坝风险率。     

基于非一致性水文序列的水库极限防洪风险复核分析

随着气候变化、人类活动影响的加剧,水文序列一致性条件遭到破坏。本文选择下垫面变化剧烈的西大洋水库控制流域为研究区域,采用水文变异诊断系统,分析其年最大洪峰流量序列的变化趋势及变异点,确定序列变异形式;根据非一致性水文序列频率分析方法,分别得到过去条件下、现在条件下的洪峰流量序列以及相应频率的设计值;以西大洋水库校核洪水位为极限防洪风险控制指标,采用频率分析法,分别计算出过去条件下极限防洪风险率为0.00769%,现在条件下极限风险率为0.00508%。显然,无论是过去还是现在条件下,复核后的西大洋水库的极限防洪风险率均小于现有的万年一遇校核标准(0.01%),计算结果可以为西大洋水库实行动态汛限水位控制,充分利用汛期洪水资源,提高水库的综合效益等方面提供理论指导。