基于Copula函数的北江上游干支流丰枯遭遇分析

北江上游干支流洪水丰枯遭遇的概率直接影响着乐昌峡与湾头水利枢纽的联合调度方案以及下游城市的防洪安全,为此采用Copula函数构建北江上游浈江、武江、南水、锦江等支流分别与北江干流年径流量序列的二维联合分布函数,主要结论为:(1)北江上游各支流与北江干流丰枯同步的概率均较高,其中武江与北江丰枯同步的概率最高,为81.89%;(2)各支流与北江干流发生丰水年遭遇枯水年的概率均较小,其中浈江、武江、锦江分别与北江干流丰枯遭遇的概率均在0.5%左右;(3)南水水库的调节对南水的年径流量影响较大,南水发生洪水的条件下,北江干流发生洪水的概率最低。     

新疆和田河两支流丰枯遭遇分析

和田河是是塔里木河三大源流之一,是和田绿洲生存的命脉。和田河两支流的丰枯变化直接影响着绿洲内各种经济活动和向塔里木河的输水。应用copula函数方法理论,建立了和田河两支流喀河、玉河年径流量的联合概率分布模型,并对两支流丰枯遭遇进行了研究。结果表明,用copula函数方法研究两支流的丰枯遭遇问题是可行、合理的。通过分析,得到以下主要结论:两支流年径流具有相同的边际分布,均服从皮尔逊Ш型;两支流同丰的概率大于同平、同枯的概率,绘制了两支流的联合分布等值线图,并对两支流的条件概率分布进行了研究,结果表明随着一条支流来水的增多,条件概率分布趋近于单变量的频率分布曲线。这些研究成果对和田绿洲灌溉水量优化配置和实时调度具有重要的现实意义与参考价值。     

乌江流域上下游径流丰枯遭遇分析

乌江流域上游代表站-洪家渡站和下游代表站-构皮滩站年径流的丰枯遭遇情况可为流域梯级水库中长期合理调度提供依据.采用Copula函数构建了洪家渡站和构皮滩站联合概率分布模型,并对其丰枯同步和异步频率进行了分析.结果表明:洪家渡与构皮滩两站丰枯同步频率大于丰枯异步频率.丰枯同步频率中,同丰的频率略大于同枯的频率,同平的频率最小.Copula函数可以有效地分析乌江上下游的丰枯遭遇问题,可为流域规划管理提供依据.     

基于贝叶斯网络的流域内水文事件丰枯遭遇研究

基于贝叶斯网络理论结合Copula函数建立了东江流域上、中、下游三个站点降雨、径流丰枯遭遇的风险管理模型,直观地描述了各个站点间降雨、径流的相互关系。利用Copula函数建立联合分布模型计算了站点间不同丰枯组合状态调水不利情况的风险概率。通过贝叶斯网络结构的反向推理功能,以后验知识作为输入,进一步对流域内未来调水可能面临的丰枯遭遇情况进行了仿真计算。结果表明,系统中一个节点的变化将会对其他节点的概率值产生巨大影响,以上、中游降雨为枯水情况作为后验输入,站点间丰枯遭遇调水不利风险概率增幅至55%以上;仿真结果可以为流域内调水方案的制定提供理论支撑。     

南水北调西线工程水源区河流与黄河的丰枯遭遇分析

针对目前二维联合分布模型不能同时分析多条河流的丰枯遭遇特性，运用四元Copula连接函数构造了鲜水河、足木足河、绰斯甲河以及黄河上游兰州水文站天然径流系列的四维联合分布，研究了南水北调西线工程水源区河流与受水区黄河上游的丰枯遭遇问题。结果表明，如果不考虑黄河上游兰州水文站丰与水源区河流非全枯的组合，则有利于调水的丰枯遭遇频率为43.8%；如果把兰州水文站丰、水源区河流非全枯的组合考虑进来，有利于调水的丰枯遭遇频率可达77.8%，即调水河流之间能进行补偿调度的概率比较大，这对南水北调西线工程的实施是非常有利的     

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。     

汉江干支流径流丰枯遭遇对跨流域调水的影响

引汉济渭工程是缓解关中地区缺水、改善渭河生态的重要措施之一。针对汉江干支流径流的丰枯遭遇规律对工程调水造成的巨大影响,以保障引汉济渭工程供水为目标,建立了调水区可调水量最大的模型,选用Copula函数确定了对跨流域调水影响最大的丰枯遭遇组合的概率,基于实测径流分析确定了不同丰枯遭遇组合情形下的典型年,并采用自迭代优化算法长系列计算分析了不同丰枯遭遇对各典型年调水的影响。结果表明:在56年长系列(1954—2009)计算中,供水保证率为95%,共计有8年调水量大于16亿m~3,其中,1975年调水最大,达到17.74亿m~3,2002年调水最少,为9.41亿m~3。汉江干支流不同丰枯遭遇组合情形下,干支流同枯概率为20.79%,调水量仅为9.41亿m~3,为水库调水量最小值,该组合对引汉济渭跨流域调水的影响最为显著,为最不利情况,应引起足够重视。研究成果对于引汉济渭工程水源区的水库调度和受水区的水资源配置均具有一定的参考价值。     

基于Copula函数的韩-榕-练三江径流丰枯遭遇分析

韩江、榕江、练江是广东省粤东的重要河流,其径流丰枯遭遇规律对三江水系连通工程水资源优化调度具有重要意义。研究基于三江控制站径流和降水数据,采用Copula函数构建了三江径流年、汛期、非汛期等不同时间尺度的二维联合分布,定量分析了三江径流的丰枯遭遇规律。结果表明,榕江与练江的丰枯同步性最强;三江两两丰枯异步的概率明显大于丰枯同步的概率,具有水量互补条件;非汛期韩江-练江、榕江-练江调水有利的组合概率分别为0.4433、0.4641,跨流域补水可行性较高。研究成果可为三江水资源优化调度提供参考。     

南水北调西线工程水源区河流与黄河的丰枯遭遇分析

针对目前二维联合分布模型不能同时分析多条河流的丰枯遭遇特性,运用四元Copula连接函数构造了鲜水河、足木足河、绰斯甲河以及黄河上游兰州水文站天然径流系列的四维联合分布,研究了南水北调西线工程水源区河流与受水区黄河上游的丰枯遭遇问题。结果表明,如果不考虑黄河上游兰州水文站丰与水源区河流非全枯的组合,则有利于调水的丰枯遭遇频率为43.8%;如果把兰州水文站丰与水源区河流非全枯的组合考虑进来,有利于调水的丰枯遭遇频率可达77.8%,即调水河流之间能进行补偿调度的概率比较大,这对南水北调西线工程的实施是非常有利的。     

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。     

三峡水库下游宜昌至汉口河段干支流平枯水遭遇特点分析

针对三峡水库下游枯水期生态环境健康发展用水的迫切需求,基于宜昌至汉口河段近60年的干支流实测径流资料,运用统计法分析各支流平枯水遭遇的可能性及条件概率,为三峡水库制定平枯水水量调度方案提供依据。以全年、丰、平、枯水期为不同时间尺度进行统计,结果表明,清江、城陵矶和汉江三条主要入汇支流同枯遭遇概率最高为14.3%;三支流两两组合中,以清江和城陵矶组合同枯遭遇概率最高达26.5%。以径流量为评价指标,可参考2006年全年和1979年枯水期干支流来流过程制定三峡水库全年和枯水期枯水水量调度方案;可参考2012年全年和2008年枯水期支流来流过程与长江干流宜昌站相应时段多年平均下泄流量制定三峡水库全年和枯水期平水水量调度方案。     

基于核密度估计和Copula函数的降水径流丰枯组

本文从规避水文风险角度出发,将非参数核密度估计方法与Copula函数相结合,利用核密度估计方法确定水文变量的边缘分布,利用Copula函数计算不同变量之间的联合分布,并应用于南水北调中线一期工程水源地丹江口水库不同分期降雨径流的概率计算与丰枯风险分析。研究结果表明：该流域汛期降雨与径流的组合概率中,丰平枯等级一致的总概率为76%,而非汛期降雨与径流丰平枯等级一致的总概率仅为53.3%。与汛期相比,非汛期降雨与径流等级不一致的概率明显升高。当汛期径流等级为丰时,非汛期径流等级为丰的条件概率达到60.1%;当汛期径流等级为平时,非汛期径流等级为丰、平、枯的条件概率相差不大;当汛期径流等级为枯时,非汛期径流等级为枯的条件概率达到59.8%。     

三峡工程与两湖河川径流丰枯遭遇研究

基于多种常用的统计技术对三峡工程坝址控制站与两湖入湖控制站天然径流序列进行趋势诊断,识别了其变化趋势;采用多种拟合精度评价方法,从构建的多种边缘分布和Copula联合分布模型中优选出拟合精度较高的模型,计算分析三峡工程与两湖天然径流量丰枯遭遇概率及其变化规律。研究表明:三峡工程坝址控制站径流量呈现不显著下降趋势,两湖入湖控制站径流量呈现不显著增大趋势;三峡工程与鄱阳湖丰枯遭遇概率较洞庭湖略大,全年期三峡工程与洞庭湖、鄱阳湖遭遇同丰同枯概率较汛期、非汛期要大,同丰概率分别为42.10%和44.71%,同枯概率分别为11.74%和16.62%。研究成果可为三峡水库供水调度研究提供理论参考。     

西大洋水库唐河支流丰枯演化特征研究

唐河支流入库径流状态的变化对于西大洋水库运行管理及保障雄安新区水量供给都具有十分重要的现实意义,为此本文以西大洋水库唐河支流上下游倒马关、中唐梅水文站实测径流资料为研究基础,运用Archimedean Copula函数及Markov相关理论对两站丰枯遭遇概率及丰枯转移状态进行系统研究。结果表明:丰枯遭遇概率分析中,下游中唐梅水文站承接上游来水效果较好,两站丰枯遭遇概率中具有很强的同步性,概率接近0.8;丰枯转移状态研究中,两站在丰水状态都具有最强的自保守性,倒马关径流序列更显平稳,相较更适合预测;在稳定状态下倒马关水文站极端情况的重现期呈现相反态势,即特枯状态平均重现期最长,约为14年,而中唐梅水文站特丰状态平均重现期最长,约为10年,极端情况下的上游有利趋势并没有在下游水文站更好地呈现。     

基于Copula函数的锦河与连锦河洪水遭遇分析

以实测洪峰流量估算Copula函数参数,建立联合概率分布模型计算连锦河和锦河洪水遭遇的概率。首先,建立4种最常见的Copula函数,并用Q-Q图及优度评价准则评价拟合效果,选择效果最佳的Frank函数进行洪水遭遇分析。结果表明,锦河与连锦河同时发生同一量级的洪水概率很小,锦河与连锦河同时发生20年一遇洪水的概率不大于0.61%,锦河10年一遇的大洪水遭遇连锦河20年一遇的洪水的概率高达23.01%。最后运用MIKE11模型计算该工况下锦河与连锦河的洪水水面线,其洪水遭遇概率的研究与水面线的计算成果对该市防洪工程具有重大意义。     

黄河宁夏段干支流洪水组成分析

黄河宁夏段干支流洪水特性差异,洪水来量及遭遇组合复杂,再加上汛期青铜峡水库防洪形势严峻,故需要对青铜峡水库入库洪水来源及洪水组成进行分析。基于Copula函数构建青铜峡水库上游干支流洪水变量的联合分布,并采用最可能地区组成法计算青铜峡水库上游最可能发生的干支流洪水要素组合。结果表明:青铜峡水库断面设计洪水主要来自上游干流,合理的洪水管理应当考虑支流对青铜峡水库断面影响。通过与同频率地区组成法和典型年实测洪水组成对比分析可知,基于Frank Copula函数的最可能组成法能得到更加合理的干支流洪水遭遇组成情况,从而为青铜峡水库断面提供了更加合理的上游洪水组成方案。     

引汉济渭工程水源区与受水区丰枯遭遇分析

对于引汉济渭工程来说,其水源区和受水区的丰枯遭遇对工程调度方案的制定有重要影响。利用Copula函数法和统计法对水源区与受水区的降水丰枯遭遇进行统计,为制定调度方案提供参考依据。统计结果的对比分析显示,Copula函数法和统计方法统计结果基本一致,水源区和受水区丰枯组合中对调水有利的概率均大于70%,但在样本序列较短时统计法存在局限性,Copula函数法可以弥补统计方法的不足。计算结果还表明,工程可以保证调水效益的正常发挥。     

基于联合分布的太湖流域梅雨特征研究

为了研究太湖流域梅雨特征量中入梅时间和梅雨量之间的相互关系,首先利用3种拟合评价方法优选单变量的边缘分布,然后基于Copula函数理论构造两变量的联合分布,并用所建的联合分布分析不同情况下入梅时间与梅雨量的遭遇概率和条件概率。结果表明:太湖流域不同入梅时间遭遇不同梅雨量的概率有明显差异,总体上仍以入梅时间和梅雨量正常遭遇为主,不同入梅条件下仍是出现正常梅雨的概率较高,但入梅偏早时出现梅雨偏丰的概率达0.417,入梅偏晚时出现梅雨偏枯的概率也达到0.374。因此,在太湖流域入梅偏早的情况下要密切关注流域防洪情势的变化;而当入梅时间偏晚时,则应注意流域出现干旱的情况。研究可为流域相关部门尽早采取防汛抗旱及水资源调度措施提供决策依据。     

基于Copula函数的抚河流域廖坊与洪门水库丰枯遭遇分析

本研究引入Copula函数方法,对抚河流域两大重要水库——廖坊与洪门水库展开丰枯遭遇状况研究.结果表明:在全年、汛期、非汛期三大时间尺度里,两大水库丰枯遭遇特性基本类似,丰枯同步的频率远大于丰枯异步的频率;在丰枯同步频率中,同平的频率最高,说明两大水库在所有丰枯遭遇中同为平水年的可能性最大;在非汛期尺度上同枯的频率最高,故在两大水库实际调度过程中,尤其是在枯水年份应特别兼顾其丰枯同步性.本研究可为抚河流域水库群联合优化调度提供一定的决策依据.     

引汉济渭工程水源区和受水区丰枯遭遇规律分析

水源区和受水区的丰枯遭遇规律分析对于引汉济渭工程的水资源调配以及调水风险评价具有重要的指导意义。根据华县、黄金峡和三河口的1954—2009年径流量资料,采用Copula函数构建双水源区和受水区的二维联合分布函数,分析水源区和受水区的丰枯遭遇。结果表明:黄金峡以及三河口水源区和受水区的丰枯组合中对调水有利的概率分别为82%和75%,概率相对较高,有利于引汉济渭工程的顺利实施。为引汉济渭工程的水资源调配以及风险分析提供参考依据。