基于Copula函数的甬江流域雨潮遭遇组合分析

雨潮遭遇组合分析和组合方式的选取是沿海地区防洪治涝规划的重要内容之一。以甬江流域为例,在考虑尾部相关性的基础上,采用Gumbel Copula函数构建流域暴雨和河口潮位的联合概率分布,分析不同暴雨潮位组合下的同现风险率、条件风险率和组合风险率,并基于条件最可能组合原理,计算给定设计暴雨条件下潮位的条件最可能值和置信区间。结果表明,当甬江流域发生10、20、50、100年一遇暴雨时,相应镇海站最可能发生4、8、21、43年一遇潮位。     

基于Kendall重现期的降雨潮位风险分析

短时强降雨和外江潮水位顶托是诱发城市内涝的两个重要因素,分析雨潮风险对于减少内涝灾害,确保居民人身财产安全具有重要意义。重现期与设计值的定义和计算是风险分析中的重难点,通过构造年最大1h降雨量与相应潮位的联合分布,介绍了Kendall重现期的定义和计算方法,指出了Kendall重现期与传统重现期在危险区域识别上的差异性,并通过实例分析,验证了Kendall重现期法的合理性。研究结论可为城市内涝防治提供依据。     

基于Copula函数和Monte Carlo法的防洪调度风险分析

以黄河万家寨水库为例,采用Copula函数构建洪峰和洪量的联合分布模型,随机抽样模拟洪峰和洪量系列并转化为洪水过程线,同时考虑泥沙淤积和泄流能力不确定性影响,在给定汛限水位和调洪规则下调洪演算模拟洪水.结果表明,水文因素的随机性、库容与水位关系的不确定性是万家寨水库防洪风险的主要影响因素,泄流能力不确定性对水库泄洪影响不明显,并获得了各汛限水位方案下水库的防洪风险率,为万家寨水库前汛期汛限水位选择提供了参考依据.     

基于Gumbel Copula函数的滇中高原湖泊区湿度变化

根据滇中高原上滇池、洱海、抚仙湖、杞麓湖、异龙湖等5个湖泊区1960～2015年的逐月(日)气象、水文观测系列,基于气候湿润指数(H)、相对湿润指数(RAI)、舒适度指数(NET)三类湿度变化指数研究滇中五湖区的湿度变化特性,并采用Gumbel Copula函数构造同一湖泊、不同湿度变化指数序列的三元联合分布(C3)及同一湿度指数在五个湖泊间变化的五元联合分布(C5)进行联合概率分析。结果表明,滇中五湖区近50多年来的H、RAI、NET序列均处于下降趋势,干燥趋势明显;湖泊区的湿度变化存在20～25年左右的周期,春、冬两季湿度的周期性振荡较夏、秋季剧烈,干湿变化更为分明;湖泊区呈以湿润为主、但趋于干旱的特点,在2000年以前为"湿润"概率高值期、以后为"干旱"概率高值期;湖泊区湿度同干、同湿变化现象出现概率多在20%～30%之间,1960～1980年代较为湿润,1990、2000年代后的湿润程度呈减弱趋势,而2009～2013年最为干旱。     

基于Copula函数流域防洪分析

采用Copula函数的基本理论和方法构建了边缘分布为P-Ⅲ型的联合分布,描述分析了潮位和降雨二者频率组合后确定流域防洪标准的合理性,为流域防洪分析提供了一种新方法。算例结果表明,在给定某一频率的潮位下,有多种频率的降雨进行组合,且概率随频率的增加而减小。     

基于Copula函数的河南省干旱特征分析

基于河南省及周边26个站点降水资料,采用降水距平百分率识别干旱事件,统计了干旱历时和干旱烈度两个干旱特征变量,利用四种Copula函数建立了干旱历时和干旱烈度的联合分布,选取拟合度最优的Copula函数,通过空间插值法得到河南省干旱联合重现期空间分布,分析了干旱重现期的空间分布特征。结果表明,干旱联合重现期低值(干旱风险高)区在河南省南部,如南阳、信阳一带;干旱联合重现期高值(干旱风险低)区分布在河南省西部,如三门峡、栾川等地区。     

基于Copula函数的云龙水库月径流预测研究

为保障向昆明市供水的掌鸠河引水供水工程水源地（云龙水库（含双化水库））水源充足,对云龙水库上游掌鸠河天然径流量进行精确预报就显得十分必要。为此,采用Copula函数构建相邻月径流之间的联合分布函数,给出了基于Copula函数的月径流预测方法及步骤,并将其应用于云龙水库上游掌鸠河天然径流量预测中。结果表明,2011～2013年各月的天然流量均处于预测流量的上、下限之间;2011～2013年各月径流量预测值的相对误差多为5%～15%。显然基于Copula函数的月径流预测精度较高,可为云龙水库（含双化水库）水资源调度及水资源优化配置、防洪抗旱提供参考依据。     

基于Copula函数的渡槽并联体系地震易损性分析

鉴于渡槽结构易损性分析的关键是建立排架、橡胶支座等构件的联合概率分布函数,采用准确描述构件地震需求相关性的Copula函数方法,简化了系统联合分布函数的建立过程.在排架、橡胶支座地震易损性分析的基础上,通过Copula函数建立了并联体系下渡槽地震易损性曲线.结果 表明,排架与橡胶支座间相关系数大于0.9,说明渡槽构件间...     

基于Copula函数的柘林水库设计洪水频率分析

针对传统设计洪水频率分析采用单变量方法且不考虑变量间相关关系的问题,以江西省柘林水库坝址洪水为研究对象,采用Frank Copula函数构建洪峰与5d洪量的二元联合分布,并引入联合重现期的概念。结果表明,柘林水库坝址洪水主要受洪峰和洪量控制,峰量间存在良好的相关性;两变量方法推求的峰量联合设计值均大于单变量方法,各特征量的重现期均高于设计标准。可见Copula函数拟合度较高,计算所得频率设计值更符合洪水事件的内在规律以及工程实际要求,且同时可得不同情况下的峰量设计值组合,在水文领域具有广阔的应用前景。     

基于Copula函数的水库汛期分期设计

鉴于水库汛期分期设计是充分利用水库洪水资源的重要手段,以红枫水库为例,在实测系列洪水中加入历史特大洪水,采用超定量方法取样,用混合Von Mises分布拟合洪水发生时间,建立了基于二维Frank Copula函数的洪水发生时间与量级的联合分布,推求分期设计洪水,进而进行了调洪计算,确定了水库汛期分期方式为汛前期(5月1日~5月31日)、主汛期(6月1日~7月31日)、汛末期(8月1日~9月30日),并在满足防洪标准的前提下,确定了各分期汛限水位分别为1 239.1、1 236.5、1 239.6m。     

基于Copula函数的混凝土特高拱坝变形风险量化模型

对混凝土坝运行状态的风险量化分析是大坝风险管理中的重要环节,通常使用单个变形监测点数据进行混凝土坝变形风险分析,但对于混凝土特高拱坝,同时还应考虑坝基和坝体的变形状态。因此,提出了一种基于变形监测数据和Copula函数计算混凝土特高拱坝变形风险率的方法。以四川锦屏一级混凝土特高拱坝为例,先通过构造反映变形监测量残差与风险率关系的风险概率函数,分别得到坝体和坝基变形监测量风险,再结合Copula函数考虑坝体变形和坝基变形风险的相关关系,得到锦屏一级混凝土特高拱坝的多变量变形风险率,取2014年7月2～26日变形风险进行分析,对比仅考虑坝体变形变量和同时考虑坝体、坝基变形变量的结果,多变量变形风险率考虑大坝两重要部位的风险,结果更加安全可靠。     

基于Copula函数的不同历时降雨量组合概率研究

为查清越西县不同历时降雨量组合概率情况,根据越西雨量站1954~2012年降水资料,基于三维不对称Gumbel Copula函数构建了年最大1日降水量(R1d)、年最大3日降水量(R3d)、年最大7日降水量(R7d)的三维联合分布函数,计算了不同历时降水量的组合概率、条件概率和相应的重现期。结果表明,R1d、R3d、R7d三变量发生极端降水事件的联合概率最大,同现概率最小,单变量发生的概率介于二者之间;单变量的重现期(T)介于三变量联合重现期(Ta)与同现重现期(T0)之间;通过组合概率分布图和等值线图可得到给定条件下的两个不同组合事件的条件概率;三维不对称Gumbel Copula函数能够很好地描述不同历时降水变量之间的关系;可为城市防洪排涝及县域水资源开发利用提供参考依据。     

基于Copula函数的赣江流域气象干旱特征分析

赣江流域是我国粮食主要产区之一,也是干旱灾害频发的区域。基于流域内39个站点1960～2018年的逐月降水和气温资料,计算逐月标准化降水蒸散发指数,通过游程理论提取干旱历时和烈度,分析其逐年变化趋势,对干旱历时进行边缘分布拟合前预处理,利用Copula函数计算‘或’和‘且’两种情境下不同等级干旱的重现期,分析干旱历时与烈度的时空特征。研究结果表明,赣江流域干旱历时和烈度两变量均呈减少趋势,跨季节干旱为主要类型;干旱历时的最优边缘分布函数中威布尔分布居多,Frank-Copula函数能很好地描述大部分站点的联合分布状况;重旱及以上两种重现期均小于7年,表明干旱严重且多发。     

基于Copula函数的波浪周期-波高联合分布研究

为研究波浪谱峰周期和有效波高联合分布,采用Weibull分布拟合谱峰周期和有效波高的边缘累积分布,根据周年实测逐时序列值估计参数Kendallτ,利用Gumbel-Hougaard Copula函数构建有效波高和谱峰周期联合分布函数,并与实测序列值统计结果进行对比分析.结果表明,Copula方法可较好拟合谱峰周期和有效...     

基于Copula函数的区域降水联合分布与特征分析

为深入研究降水时空分布特性,以便为流域水资源合理配置提供科学依据,以广东省东江流域内32个代表雨量站1956~2009年月降雨量资料为例,根据泰森多边形法计算四个子区间的面雨量,采用边际插值函数法（IFM）估计Copula函数参数,通过AIC信息准则确定研究时段内任意两相邻区间面雨量指标的联合分布。结合历史雨量极值组合所对应的重现期计算结果表明,东江流域降水时空分布不均匀,前汛期时段流域水资源状况较为安全,流域上游水资源状况也较为安全,后汛期与枯季时段流域下游水资源状况最为严峻。基于Copula函数方法与传统面雨量频率分析方法相比,能更全面地反映降水的分布特征。     

洪水遭遇组合下防洪区的洪灾风险率估算

在洪水风险分析的基础上,以洪水遭遇组合规律为分析对象,运用概率组合方法估算了水库下游防洪区的洪灾风险率,以判断当地防洪措施的实际防洪能力,为水库防洪调度方案的制定提供科学依据．     

基于Copula函数的并联水库群洪水地区组成方法

目前,我国规范推荐的洪水地区组成方法存在主观性、经验性较强问题或概化问题,特别是对于洪水地区相关关系较弱的并联水库群,计算结果与理论的洪水地区组成可能存在较大差异.利用Copula函数建立的并联水库群洪量地区组成多元联合分布,构建最可能地区组成模型,应用遗传算法求解最可能地区组成方案,并以某并联水库设计洪水为例,将该方...     

基于Copula函数的西南岩溶流域多变量洪水频率分析

基于西南岩溶区澄碧河流域平塘水文站年最大场次洪水数据,利用Copula函数建立多维洪水变量的联合分布并计算联合、同现重现期.结果 表明,Frank Copula对洪峰—洪量二维联合分布的拟合效果最优(RRMSE=0.0411,AAIC=-56.2),Gumbel Copula对洪峰—历时二维联合分布的拟合效果最优(RR...     

基于Copula函数的长江堤防岸线土体参数分布模型研究

针对二维独立分布不能考虑变量间相关性,导致堤防边坡稳定性的可靠度计算结果不够准确的问题,基于171组长江堤防岸线土体抗剪强度试验数据,采用Copula函数研究长江堤防岸线土体抗剪强度参数间相关性,利用AIC、BIC准则识别最优边缘分布与Copula函数,构建二维联合分布模型,并分析数据量对参数间相关结构识别的影响。结果表明,基于Copula函数的二维联合分布模型能够较准确地表征长江堤防岸线土体参数间的相关性;当数据量大于24组时,AIC、BIC准则可准确识别最优Copula函数,为堤防边坡可靠度计算和Copula函数模型的构建提供参考。     

基于综合Copula函数的风电功率相关性分析及其在无功优化中的应用

相同区域内的风电场风电功率之间存在较强的相关性,基于相关性分析理论,对5种Copula函数特性进行逐一分析,分别对某地区存在相关性的实际风电功率进行拟合和对比,进而构建综合Copula函数模型,对模型参数采用EM方法进行估计,并对构建的综合Copula函数进行拟合优度检验和对比,选取最优函数组合,运用多场景技术构建的两风电出力场景,对实际系统进行无功优化,验证了综合Copula函数模型在无功优化中运用的合理性和有效性。