基于Copula函数的长洲水利枢纽年最大洪水联合分布研究

年最大洪水量级和发生时间对水库安全防洪、综合效益发挥具有重要的意义。以长洲水利枢纽为例,采用Von Mises函数分布拟合洪水发生的时间概率分布,采用皮尔逊Ⅲ型函数拟合洪峰流量的概率分布,采用Frank Copula函数建立年最大洪水发生时间和洪峰流量两变量的联合分布,分析了长洲水利枢纽年最大洪水事件发生时间分布特征、联合重现期以及条件重现期。结果表明,Frank Copula函数建立的联合分布函数能够较好地拟合长洲水利枢纽年最大洪水两变量分布特征,可有效挖掘入库洪水信息,为水库优化调度和风险决策提供参考。     

基于Copula函数的洪峰洪量联合分布研究

采用Archimedean Copula函数族中的4种函数,以陕北地区神木站48 a的洪水资料为例进行了洪峰和洪量的联合分布及两变量的联合重现期计算。结果表明:通过相依性度量,神木站洪峰和洪量有较高的相依性;Fank Copula函数拟合洪峰和洪量的联合分布效果较好;运用Copula函数进行洪峰洪量联合分布的计算相对简单、灵活,可应用于多变量水文频率分析计算。     

基于Copula函数的东江博罗站年最大洪水联合分布研究

以东江博罗站1953—2013年长系列年最大洪峰流量及其峰现时间为基础,采用Von Mises函数拟合年最大洪水洪峰出现时间的分布特征,皮尔逊III型函数拟合年最大洪水洪峰流量的分布特征,采用Frank Copula函数构建了洪峰流量和峰现时间两变量的联合分布,分析了东江博罗站洪峰出现时间分布特性,年最大洪水事件联合重现期和条件重现期。结果表明:以Von Mises,皮尔逊III型及Frank Copula函数构建的联合分布函数均能较好拟合东江博罗站年最大洪水分布特征,可有效挖掘流域洪水信息,为流域防洪规划和风险管理提供参考。     

基于Copula 函数的非一致性洪水峰量联合分析

传统的洪水单变量频率分布形式不能反映在变化环境下洪水序列的真实分布情况,且不适合构建洪水多变量联合分布进行洪水特征的多变量联合分析。以大清河南支沙河上游王快水库入库年洪峰序列和年最大6日洪量序列为基本数据,基于各序列变异点诊断结果,运用混合分布法确定各序列的理论分布,并以此为边缘分布,采用Copula函数法构建其二维联合分布,对两变量重现期及特定条件下的洪峰和洪量条件频率进行了分析,计算了两变量联合分布设计值。结果表明,非一致性洪水单变量重现期介于二维联合重现期与二维同现重现期之间;当峰量具有较高相关性时,发生超过某一频率洪峰设计值的洪峰,会有较大可能发生超过同频率洪量设计值的洪量。基于两变量联合分布得到的洪峰、洪量设计值比单变量同频率法得到的设计值偏大,从工程设计角度偏于安全,对防洪控制是有利的。     

基于 Copula 函数的飞来峡水库坝址洪水峰量联合分布研究

基于Copula函数分析了飞来峡水库坝址洪水洪峰和最大7 d洪量联合概率分布特征,获得如下结论：拟合优度检验指标表明4种Archimedean Copula 函数中Gumbel-Hougaard Copula函数拟合两者的联合概率分布效果较好;洪峰与最大7d洪量的联合重现期小于相应边缘分布的重现期,而同现重现期则大于相应边缘分布的重现期,以单变量计算推算的设计值实际上达不到所要求的设计标准;基于两变量联合分布得到的洪水频率分析计算结果更合理。     

基于Copula函数的水量水质联合分布函数

由于河流的水量水质是相互联系、相互影响的,如果只进行单一变量的分析,难以全面反映事件的真实特征。本文以淮河蚌埠闸为例,利用Copula函数构造了水量水质的二维和三维 （分为对称型和非对称型） 联合分布函数,对蚌埠闸的水量水质联合分布频率进行了分析。结果表明,蚌埠闸的Copula函数水量水质联合分布的经验累积频率和理论累积频率的一致性很高,拟合精度很好。说明应用Copula联结函数来构建水量水质联合分布是可行的,可为水量水质综合管理的风险分析提供有效的途径。     

基于Copula函数的赣江中下游洪水遭遇组合分析

洪水遭遇组合对揭示流域洪水规律、防洪调度和洪水管理具有重要意义。以赣江流域为例,采用Copula函数构建下游外洲站和中游峡江站洪水的联合概率分布,进而推求条件概率分布、条件最可能值和置信区间,分析赣江中下游洪水遭遇组合规律。结果表明,赣江下游外洲站与中游峡江站发生同频率洪水的可能性很大,概率为81.57%～83.01%;给定赣江下游外洲站洪峰流量取值时,中游峡江站洪峰流量条件最可能值与实际值拟合效果总体较好,且实际值基本上在90%置信区间内,区间合理可靠;中游峡江站最可能发生的洪水重现期均略小于下游外洲站洪水重现期,偏小4.0%～6.6%;下游外洲站洪水重现期为100 a时,中游峡江站洪水重现期的最可能值为94 a, 90%置信区间为[39, 184]年。研究成果可以提升对赣江流域洪水规律的认识,为流域防洪减灾提供参考。     

基于Copula函数的水量水质联合分布频率分析

在很多水文事件中，往往包含多个相互关联的特征变量，所以在建立联合分布时需要考虑各个变量之间的相关关系。本文利用Copula函数来构造河流水量和水质的联合分布，首先简单介绍了Copula函数，包括定义、分类、参数估计及评价方法。在应用实例中，针对一个水文站的水量水质资料采用Copula函数建立起水量和水质的二维和三维（分为对称型和非对称型）联合分布函数。结果表明，应用Copula联结函数来模拟水量水质联合分布是可行的，可为水量水质综合管理的风险分析提供有效的途径。     

基于Copula函数的西北江洪水遭遇分析

分析西、北江洪水遭遇情况对于流域水库错峰调节及珠江三角洲地区防洪减灾具有重要意义。为此,采用Gamma分布和Von Mises分布分别对洪水量级和年最大洪水发生时间进行拟合,利用Copula函数构建西、北江洪水的联合分布,对西、北江洪水遭遇的可能性进行分析。结果表明：西、北江同时发生大洪水的概率非常小,当北江石角站分别发生5、10、20、50、100、200年一遇的洪水时,西江高要站发生同频率洪水的概率分别为0.345 0、0.200 3、0.108 5、0.046 6、0.023 7、0.012 0;两江洪水在6月上旬遭遇概率最大,随着两江洪水量级的增大,遭遇风险随之减小,两江洪水6月上旬遭遇5年一遇的概率为1.32×10^-3,遭遇200年一遇的概率仅为1.17×10^-6。     

基于Copula函数的区域雨潮遭遇风险概率分析

随着气候变化、人类活动影响加剧以及城市化进程等一系列事件的加快,我国的城市内涝问题日渐突出。以扬州市仪邗区域为例,由于扬州南濒长江,受长江洪水、潮水顶托,当面临暴雨等灾害时,仪邗区域无法快速外排,进而增大了内涝风险,针对内涝灾害的研究也因此成为了重要内容。本文利用Copula函数构建了研究区域最大三日面雨量和长江最大三日平均潮位的联合概率分布函数,并对不同雨潮组合情况下的遭遇概率进行分析,最终得到了雨潮的联合风险概率和同现风险概率。最终结果显示,Copula函数在雨潮联合概率分布方面拟合良好。这一拟合结果不仅可以为解决仪邗山洪在长江高水位时出路不足的问题提供一定的理论支持和科学依据,也可以为其他感潮河段的防洪决策提供参考。     

黄河下游灌区引黄灌溉需水预测关键技术分析

根据水量平衡原理,建立了黄河下游灌区引黄灌溉需水量中期预测方法。分析了引黄灌溉需水预测基本原理,阐述了作物需水量、有效降水量、斗渠以下灌溉水利用系数、引黄灌溉需水量分离等引黄灌溉需水预测的关键参数和方法。作物需水量可采用修订的Valiantzas方程进行预测;有效降水量预测可采用美国垦务局推荐方法;斗渠以下灌溉水利用系数可采用该系数与末级渠道灌溉控制单元至支渠分水口的距离、渠道衬砌率等的线性方程估算;引黄灌溉需水量的分离可采用高精度遥感技术确定引黄灌溉面积,并通过本文提出的计算方法,从灌区供水水源中分离出引黄供水需求量。上述关键技术问题的研究可以为黄河下游农业用水需求预测提供技术支持。     

基于R-Vine Copula函数的极端降水联合分布模型及风险识别

在边缘分布函数优选的基础上,采用条件Copula函数和Vine图结构,构建基于R-Vine Copula函数的极端降水联合分布模型,以河南省4个气象站的实测数据进行模型验证和对比分析,并对极端降水指标进行了风险识别。结果表明：构建的模型可以描述变量之间的不同尾部特征,保持原序列Kendall和Spearman相关系数等统计特征,整体精度优于基于C-Vine Copula函数构建的极端降水联合分布模型;河南省年降水量与降水强度、最大1 d降水量与最大5 d降水量的概率分布密切相关,各指标对联合概率密度的影响程度呈现出空间异质性。     

基于Copula函数的三峡工程供水期丰枯遭遇分析

针对三峡工程供水期各时段的丰枯遭遇对制定供水期调度方案的影响,以及统计方法的不足,提出了比较真实反映供水期相邻时段丰枯遭遇联系的Copula联合分布函数。以基于Copula函数建立的贝叶斯网络模型,分别分析了先验概率和后验推理对丰枯遭遇状态。Copula函数计算结果和统计方法统计的结果基本吻合,证明了所建立的联合分布函数的合理性。先验概率分析结果显示相邻时段不利调度概率较小,而后验推理分析结果表明不利调度的概率较大。综合考虑,有效利用后验推理分析的信息,能在一定程度上减少来水不确定性对供水调度方案制定带来的影响,提高三峡工程供水期的综合效益。     

基于作物水盐生产函数的咸水灌溉制度确定方法

本文在作物水盐生产函数和农田水盐动态模型基础上，以单位面积纯收益最大为目标函数提出了制定咸水灌溉制度的模型。以山西省永济市试区进行的棉花咸水灌溉试验资料为依据，求得了有关模型的参数；利用该试区35年系列的旬降雨、旬蒸发量资料，对3种不同灌水时间和灌水次数、7种灌溉咸水浓度，共计49种可能组合的农田土壤盐分和产量进行了模拟，并与该试区大田试验数据进行了比较。结果表明该模型合理可靠。以模拟产量为依据，在对当地深井和浅井灌溉效益分析的基础上，提出了咸水灌溉制度及其相应的地下水开发利用策略。     

基于区域经济层次的城市需水预测模型研究

针对现有需水量预测方法存在局限性等问题,结合经济社会发展状况和水资源的特点,建立了基于研究区域经济层次的交互式城市需水预测模型。该模型能够较好地体现出社会经济、生态、环境和水资源各个系统之间的复杂关系。模型分为经济总量预测、经济结构预测、用水定额预测和需水量预测四个子模块。将模型在乌鲁木齐市水资源综合规划中应用,效果很好。模型具有实用性强、适应性强等特点,适宜推广。     

基于作物水分生产函数下的限额灌溉制度优化研究

通过对小麦、玉米、棉花等主要农作物的分阶段受旱试验,获得了三年的限额灌溉试验观测数据;采用非充分灌溉条件下的土壤水分运动理论分析试验数据,建立了限额灌溉条件下的作物蒸发蒸腾模型。结合试验数据分析水分亏缺对作物产量的影响,采用多元回归分析法求解水分生产函数模型参数。采用动态规划法研究了水资源不足条件下的限额灌溉制度的多阶段优化法。研究成果表明,在产量能达到充分灌溉条件下产量的90％的情况下,可节约灌溉用水40％,能为水资源极其短缺地区的农业高效用水提供有力的技术支撑。     

基于Copula函数的流域内降雨丰枯遭遇研究

基于Copula函数建立了东江流域上游龙川站、中游河源站和下游博罗站3个站点汛期、非汛期及全年降雨丰枯遭遇发生概率的联合分布模型,计算获得各个时段不同情形下降雨丰枯遭遇的发生概率及条件发生概率。结果表明:3个站点降雨丰枯遭遇在时间尺度上存在差异性,非汛期降雨量不足,调水不利情况最易发生;从年时间尺度看,研究时段内调水不利年份偏多,不利情况发生概率64%。认为规划设计水资源调配方案时,应有针对性地利用水库调蓄水量,合理配置,科学调控,实现流域内水资源高效可持续利用。     

基于集对分析的区域需水量组合预测模型

在建立区域需水量预测的多元回归、神经网络和灰色系统模型的基础上,提出基于集对分析的区域需水量组合预测模型(SPA-CF),从同、异、反3个方面对各单个预测模型的预测精度进行定性和定量的综合分析,合理确定各单个预测模型的权重。应用结果表明,SPA-CF是一种直观、简便、通用的组合预测新模型,在区域需水量预测中具有推广应用价值。     

基于Copula函数的桃林口水库防洪风险分析

为了对桃林口水库进行防洪风险分析,采用阿基米德Gumbel-Hougaard Copula连接函数,构建了入库洪峰与洪量的两变量联合分布模型,由随机抽样模拟洪峰和洪量系列,然后基于洪水类别生成洪水过程线。同时综合考虑了水库泄洪能力与水位库容关系水力不确定性因素,采用Monte Carlo法计算桃林口水库在现行常规调度条件下不同风险因子组合对应的水库调度风险定量关系。结果表明,桃林口水库防洪风险系统最主要的控制因素是水文风险,水力风险影响次之。降低汛限水位及采取合理的控泄方式可极大地减轻下游的防洪压力,而该调度方式下水库本身的风险率很小。研究成果为当地水库管理与防汛部门制定科学、合理的防洪规划,为未来合理利用洪水资源探索汛限水位动态化管理提供一定的参考。     

基于生命需水信息的作物高效节水调控理论与技术

在分析我国水资源紧缺状况与农业节水发展趋势的基础上,依据作物生长冗余调控与缺水补偿效应理论、根冠通讯理论、作物控水调质理论和有限水量最优分配理论,分析了基于生命需水信息的作物高效节水调控的理论基础。对作物生命需水信息的采集与监测方法及时空尺度转换技术进行了探讨。概括出了基于生命需水信息的作物高效节水调控技术八个方面的研究内容,分析了基于生命需水信息的作物高效节水调控理论与技术研究的难点和创新点以及进一步研究的趋向。