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...     

两变量设计洪水估计的不确定性及其对水库防洪安全的影响

在两变量水文频率分析中,样本系列容量一般较小,使得水文设计值估计具有不确定性。本文基于Copula函数和Parametric Bootstrap方法,并考虑联合设计值的最可能组合模式,建立可描述两变量设计洪水估计不确定性的C-PBU(Copula-based Parametric Bootstrap Uncertainty)模型,同时提出了定量评价两变量不确定性的度量指标,分析了联合设计值估计不确定性对水库最高调洪水位的影响,并对比了不同典型洪水选取模式下的水位不确定性。以隔河岩水库为例,推求了两变量设计值估计的95%置信区域;比较了不同样本容量对不确定性的影响。结果表明:设计洪水估计和典型洪水选择具有较大的不确定性,可采用C-PBU模型推求置信区间,来考虑设计洪水估计不确定性对水库防洪安全的影响。     

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分布参数和设计洪水的后验分布,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）洪量和年最大洪峰流量频率分析结果表明,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,拟合效果不亚于矩法、极大似然估计法等常用的经典统计方法。     

变化环境下水文设计值计算方法研究综述

系统总结了国内外在变化环境下单、多变量水文设计值计算及计算成果不确定性评估三方面的研究成果,重点评述了基于水文极值系列重构、分布函数加权综合和变参数概率分布模型3类单变量水文设计值计算方法,分析了考虑边缘分布非一致性和结构参数非一致性的变参数联合分布函数模型,指出一致性条件下多变量重现期和设计值计算方法无法应用于非一致性条件下的多变量情景。提出了变化环境下水文设计值计算领域需进一步深入研究的问题,包括已建工程设计洪水复核调整、多变量情形下组合设计值计算、计算成果可靠性评估等。     

水文模型模拟水文极值的不确定性分析

以黄河源区为研究区,运用GLUE法分析了HBV模型和新安江模型模拟水文极值的不确定性。目标似然函数阈值分别选用0.7、0.6、0.5,将得到的洪水和枯水水文极值以及选出的模拟结果按丰水年、平水年和枯水年过程分别进行分析。结果表明:两个模型均擅长于模拟洪水,而且对洪水模拟的不确定性较对枯水模拟的不确定性低;从两个水文模型模拟日过程估计区间的差别看,HBV模型估计区间与实测相比,洪水年总体偏低,枯水年总体偏高,平水年不存在明显趋势,新安江模型则不存在这个特点;在相同的参数采样方法和策略下,HBV模型的不确定性比新安江模型更显著;两个水文模型对枯水指标Q_(90)和Q_(75)模拟的不确定性都较大;新安江模型对洪水指标Q_(25)和Q_(10)的估计区间小于HBV模型的,不确定性水平较低。     

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。     

非平稳时间序列极值统计模型及其在气候-水文变化研究中的应用综述

伴随全球气候变暖和平均海平面持续上升,极端气象事件出现的频率增加、强度增大,气候变化已经成为导致水文极值非平稳性的一个重要原因。本文总结了气候-水文变化研究中常用非平稳时间序列极值统计模型的结构以及统计推断方法,从降雨极值变化、洪水极值变化等方面分析了非平稳时间序列极值统计模型在气候-水文变化研究中的典型应用案例。国内外研究表明:非平稳时间序列极值统计模型能体现水文极值随时间或协变量的变化情势,非平稳情况下水文极值重现期和风险的概念和计算方法与传统平稳时间序列的频率分析相比存在显著差异。最后对需要进一步研究的问题进行了展望。     

考虑历史洪水的武江超定量洪水频率分析

考虑历史洪水的超定量（Peak-over-Threshold,POT）洪水频率分析方法能使洪水信息的利用最大化,并有效提高洪水频率分析的合理性。本文以武江流域犁市（二）站为例,以泊松分布为超定量年发生次数分布,用广义Pareto（GP）分布拟合POT样本,线性矩法（L-M）估计不连续POT样本的分布参数,探讨了历史洪水在POT洪水频率分析中的应用。结果表明,武江选取门限值为1 079m3/s能兼顾分布稳定性和样本独立性;对连续POT 样本和不连续POT 样本的洪水频率分析对比得出,对历史洪水的考虑有效改善     

丹江口水库前后期和丹碾区间设计洪水

本文通过对汉江暴雨洪水特性的分析,表明丹江口以上流域具有十分明显的夏汛与秋汛,其暴雨时空分布以及洪水的地区组成,峰量特征都存在较大差异,这主要由不同的天气气候成因背景所决定。据此,本文对分期洪水进行了探讨,着重论证了统计参数与各种频率峰量设计值的合理性。考虑到丹江口水库对下游承担有防洪补偿调节任务,计算了丹江口至碾盘山区间的设计洪水,研究了丹江口与下游区间洪水的组合遭遇。     

基于G-H Copula函数的两变量洪水重现期计算研究

洪水事件的发生包含多种因素的影响,而传统单变量洪水设计独立控制洪水特征变量的防洪设计标准,忽视了其随时间变化的依存特征.本文选取新疆玛纳斯河流域为研究区,在考虑洪水峰量特征的基础上,利用G-H Copula函数进行联合设计研究.研究表明,GEV分布与GP分布能够很好的描述洪水的时间序列特征;G-H Copula函数考虑了洪水时间过程的联合特征,且二维联合设计方案是偏安全的,这有利于最大程度上防御汛限洪水.     

Improved Thomas–Fiering and wavelet neural network models for cumulative errors reduction in reservoir inflow forecast

Inflow forecasting for reservoirs is a key component for reservoir operation, water resources management, and inter-regional water transfer. In this paper, to obtain enhanced accuracy in forecasting reservoir inflow, the Thomas–Fiering (TF) model as a typical stochastic model was improved through pre-defining an array in the model that was previously supposed to be a random one to find the suitable parameters for the data series for forecast errors' reduction. Also, a wavelet neural network (WNN) model was utilized to represent a machine learning approach which was improved through using an input–output matrix for the model parameter training to timely adjust input parameters according to the errors produced in the model application process, so as to reduce overall forecast errors as much as possible. Through comparing the performance of the two models within a test year, the TF model was performing better in the wet season and the WNN model had better performance in the dry seasons at the Danjiangkou Reservoir, an important water-providing area of the South-North Water Transfer Project in China. Through comparing the abilities of the improved TF and the WNN models to forecast reservoir inflow, consistencies, differences and reasonable suggestions could be obtained for helping select appropriate models over different hydrologic seasons. Thus, these two models were combined to support the forecast of reservoir inflow within an entire hydrological year. Using these models improved in this paper, the forecasted inflow to the Danjiangkou Reservoir was 4.52 × 10¹⁰ m³ in the coming year (here is 2006), which is approximately 70% of incoming frequency based on daily observed inflow data from 1980 to 2005.     

一种新的水文情势改变度综合估算法

基于 33 个水文改变指标,分别采用变化范围法、直方图匹配法、直方图比较法和修正变化范围法 4 种方法, 计算汉江中下游黄家港水文站的水文变异性,并对比分析各方法的优缺点。变化范围法忽略了水文指标在极值 和目标范围的具体变化;直方图匹配法和比较法考虑了水文指标在各范围的分布;修正变化范围法涵盖了形态变 化的概念。通过主客观组合赋权,融合直方图比较法和修正变化范围法的结果,提出一种新的综合估算法,既保 留水文情势的分布、频率和时空变化信息,又避免数据冗余。综合估算法结果表明：各月月均流量和极端流量大 小的改变度均为中度改变,分别为 41.28% 和 64.83%;流量增减变化率的改变度为高度改变（80.53%）;汉江中下游 水文情势的整体改变度为中度改变（55.70%）。该法可降低计算结果的不确定性,避免水文变异性结果出现异常, 从而更加合理可靠。     

水库调度对大坝下游河道生态径流的影响

采用逐月频率计算法,分别计算水库修建前后河道生态径流,并对其变化情况进行比较,确定水库调度是否符合河道生态径流的要求。根据襄阳站水文资料对丹江口水库的调度进行分析,结果表明:丹江口水库目前的调度方式对汉江流域生态系统的影响比较大,提出了减小丹江口水库调度对汉江生态系统影响的措施:为减少这种影响,应以建坝前的最大、最小和适宜生态径流过程为准,对现有的调度规程进行适当修改,使以后运行的最小生态径流不小于建坝前的最小生态径流,最大生态径流不大于建坝前的最大生态径流过程,减小水库对生态系统的影响。     

丹江口水库汛限水位动态控制的可行性研究

丹江口水库调度中所使用的汛限水位“静态控制法”在当前水库控制运用中存在一些问题,且产生了多方面的负面影响。对丹江口水库汛限水位实施动态控制的可行性进行了分析,并从流域汇流特点、水文气象预报与网络通信技术水平、汉江流域水库梯级开发现状和丹江口水库近50 a的运行管理经验4个方面进行了详细论证。结果表明,丹江口水库汛限水位实施动态控制是可行的,且能实现更好的兴利效益。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

丹江口水库入出库径流多时间尺度变化特征分析

为了认识丹江口水库运行对河道径流改变的影响,更好地指导汉江流域水资源利用,采用Morlet小波分析方法,对丹江口水库1956~2012年入库及出库径流序列进行研究,探讨了该水库入出库径流的丰枯变化情况及其准周期特征。研究结果表明,20世纪90年代以前,丹江口水库来水量经历了多次丰枯交替变化过程,其中,60年代中后期、70年代中期和80年代前期为丰水期,其余为枯水期;20世纪90年代以后,丹江口水库来水呈现出整体偏枯的趋势;水库运行对径流的影响主要体现在对年内分配过程的改变上,通过拦蓄汛期洪水,加大了枯期的下泄水量;水库的调蓄并未改变径流的主要周期,入库和出库径流均保持10个月尺度的主周期,其他时间尺度上的周期变化不太明显。     

长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用

针对面积达100万km2的长江上游流域，依据100m网格的数字高程模型DEM，基于流域的地貌特征原理，构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化，并采用次网格参数化方法处理大网格内水文参数的非均一性。继而完整地模拟了1961～2000年的水文过程，结果表明，模型不仅较好地再现了河道的径流过程，而且能同时获得径流深、蒸散发和土壤含水率等水文要素在流域空间上的分布及其变化。     

基于小波分析的丹江口水库水文年度入库径流变化特征

根据丹江口水库运行调度的实践,采用Morlet小波函数,对丹江口水库水文年度、汛期和非汛期的径流时间序列进行小波分析,揭示了丹江口水库入库径流多时间尺度的复杂结构,并分析了不同尺度下径流序列的周期变化和突变点.研究结果表明:水文年度、汛期、非汛期入库径流序列都存在9,20,40,50a的主要周期,并且水文年度入库径流与...