基于正态变换的玛纳斯河水文频率研究

以Box-Cox和Johnson变换为研究工具,对比分析其正态转换效果,然后通过各自逆变换将工程规划、设计等所需频率下正态分布的年径流量设计值(正态分位数)转换为原始偏态分布对应频率的年径流量设计值,最终得出两种变换年径流量理论频率和经验频率的拟合结果。基于新疆玛纳斯河56 a径流资料,以P-Ⅲ型分布作为频率计算曲线。研究发现,对比实测序列适线结果,将Box-Cox变换和Johnson变换应用于水文频率计算中,得到了较好的数据拟合效果,表明这2种变换方法在干旱区适应性良好。     

非正态随机变量的可靠性评价方法研究

不确定性及可靠性分析技术已广泛应用到水利及土木系统工程分析中，可靠性计算的核心之一是对随机变量进行正态转换。文中旨在对土木工程系统不确定性及可靠性分析中有着潜在应用前景的非正态随机变量的多项式正态转换方法进行研究。通过在各种条件下非正态随机变量的正态多项式转换成果之评价，发现在水利及土木工程系统可靠性分析中常用的许多分布可以保留其自身的比较好的特征。     

基于统计推断的GEV分布水文频率计算充分样本长度研究

针对水文频率计算样本长度的充分性问题,本文根据最大似然估计量的渐近正态性质,界定了充分样本长度的概念,将bootstrap与Shapiro-Wilk正态性检验相结合,确定给定水文序列不同设计频率计算所需的充分样本长度。该法不依赖于模型及经验法则,可避免主观因素的影响,能够应用于水文实际计算。为验证方法的可行性,选取广义极值（GEV）分布进行数值模拟分析,计算不同频率下设计值计算所需的充分样本长度na,在此基础上,选用相对置信区间（RCI）、平均相对误差（RMAE）为评定误差指标,应用曲线拟合法,定量分析不同参数、频率、参数估计方法与样本长度间的潜在关系。数值模拟结果表明：（1）通过正态性检验,验证了文中方法的合理性,采用误差指标曲线对推导结果na进行分析,在不同参数、频率下均表现出充分样本长度na规律性,论证了文中方法的正确性。（2）误差指标与样本长度表现为幂率函数关系,当样本长度达到一定样本量时,两种参数估计方法的RCI、RMAE拟合曲线出现交叉点,交叉点后最大似然估计法表现出良好的估计性能。（3）在10%~75%的频率范围内,样本长度30基本满足不同参数、不同参数估计方法下参数估计的充分条件,而在该频率范围外,充分样本长度远大于30,且重现期越大,所需样本长度越大。最后,将文中方法应用于国内8个典型径流、降水和洪峰序列,对实例计算结果进行方差分析（ANOVA）检验,进一步论证了方法的可行性。     

几种水文频率曲线参数估计方法的比较

水文频率曲线参数估计多采用计算机优化适线法,然而该方法在拟合经验点据时将特大值序列与一般洪水序列等同对待,仅在数学上寻找拟合误差最小的曲线,不符合水文学中历史洪水的克-闵假定。通过对比矩法、权函数法、概率权重矩法、线性矩法、目估适线法、计算机优化适线法6种方法在柴石滩水文站水文频率的计算结果,表明:在一般洪水部分,各方法得出的结果相近,但在特大值部分,计算机优化适线法较其他方法得出的设计值大得多。在推求特大洪水设计值时应从理论上继续深入探讨,不宜简单用计算机优化适线法进行计算。     

水文频率分析中修改双权函数法的研究与应用

修改的双权函数法（MDWF）是将两个负指数型函数之差所构成的函数类取作权函数。对于皮尔逊Ⅲ型分布,它能使σ和Cs的估计由原权函数法的二阶加权中心矩降低为一阶加权中心矩估计。采用Monte—Carlo模拟分析技术,以设计值估计的不偏性和有效性为评价标准,将MDWF法与近年来在水文频率分析中得到广泛研究和应用的线性矩法（L-M）进行比较。统计试验结果表明,两种方法的无偏性、有效性均相当。采用全国范围内26个站点的洪水极值资料对MDWF方法的实际应用效果进行了验证,拟合结果表明,与L—M法相比。MDWF的整体拟合效果略优。     

基于地区线性矩法对四川省水文频率分析的研究

为了促进地区线性矩法在水文频率分析领域的研究与应用并改进我国传统水文频率分析的研究成果,为四川省的防洪工作提供一定的参考,根据地区线性矩法的基本思想和原理,对四川省共计150个国家自动气象站点的年最大日降雨序列进行分析,对四川省进行水文气象一致性区域划分,并确定各区域的最优频率分布线型。根据各个一致性区域的最优频率分布线型,估算出各个站点不同重现期下的设计值。此外,还把地区线性矩法与传统水文频率分析法估算的结果进行比较分析。结果表明:四川省可以划分为9个水文气象一致性区域;水文气象一致性区域1区、2区、3区、5区、6区、7区、8区、9区的最优频率分布线型均为广义逻辑斯蒂分布(GLO),4区的最优频率分布线型为广义极值分布(GEV);水文气象一致性区域3区、4区、6区为主要暴雨区。随着重现期增大,利用传统方法得到的设计值总体偏低。     

基于熵权-正态云模型的地下水水质综合评价

针对地下水水质综合评价问题,建立了基于熵权—正态云的地下水水质综合评价模型。选取氟化物、高锰酸盐指数、氨氮、氯化物、总硬度、亚硝酸盐、硫酸盐、硝酸盐以及溶解性总固体9个指标作为水质综合评价指标,建立了相应的评价标准,采用云模型正向发生器计算水质分级评价指标的隶属度,采用熵权法给出各指标权重,根据隶属度矩阵和权重矩阵给出水质分级的确定度并进行综合评价。结合工程实例,选取模糊物元模型和投影寻踪模型对评价结果进行对比分析,结果表明:熵权—正态云模型评价结果和模糊物元模型、投影寻踪模型给出的评价结果基本一致;该模型在水质分级综合评价中应用是可行的,可作为一种新的水质分级模型。     

基于正态模糊线性回归确定河流横向扩散系数

为寻求水质污染时河流扩散参数的计算方法,以确定河流横向扩散系数的直线图解法为基础,在模糊数的基础上分析河流水团示踪试验数据,建立正态模糊线性回归模型,通过模糊集的隶属函数计算不同置信水平下河流横向扩散系数和河流平均流速等河流水质参数的取值区间。实际算例验证结果表明,应用正态模糊线性回归模型确定的河流水质参数值与真值非常接近,说明该方法是可行的,并且是可靠、合理的。该方法能够反映河流系统自身的不确定性以及实际中存在的各种不确定因素对其的影响。     

基于小波变换的水文预报FAR模型

基于月径流时间序列的非平稳性特点,首先,将小波变换与函数系数自回归(FAR)模型相结合,利用Mal-lat算法中的Daubechies小波变换和多项式样条估计,建立了基于小波变换的水文预报FAR模型。然后,根据长江芜湖站1972年1月-2006年12月的月径流数据,建立了基于小波变换的FAR模型,并对2007年1月-2008年12月的月径流量进行了预测。计算结果表明:相对于单纯的FAR模型,基于小波变换的FAR模型的拟合与预测误差明显减小,基于小波变换的FAR模型优于FAR模型。     

对数正态分布参数估计的积分变换矩法应用

针对对数正态分布参数估计矩法存在的缺陷,探讨了梅林变换的应用,推导了参数对应的一般矩和对数矩,提出了一种对数正态分布参数估计方法-积分变换矩法,包括二参数对数正态分布和三参数对数正态分布。以西南诸河16个水文站为例,利用三参数对数正态分布作为水文频率线型,对年平均流量系列进行了拟合。结果表明,与矩法相比,积分变换矩法能明显提高Cs的估算精度。     

变参数PDS/GP模型及其在洪水频率分析中的应用

传统的洪水频率分析模型一般假定研究区域是完全均质的,未能考虑分布函数参数会随协变量而变化,忽略了水文序列时空上的异质性。本文将广义Pareto(GP)分布函数的参数作为随机变量,利用自动阈值法确定独立样本的超定量系列(PDS),并将线性矩法和核回归法相结合估计含协变量的模型参数,从而构建了可考虑水文序列时空分布异质性的变参数PDS/GP模型。丹江口水库实例研究表明:定参数模型的尺度参数估计值和设计洪水预测值均在变参数PDS/GP模型的估计区间内,这说明本文提出的变参数PDS/GP模型能够更好地反映参数变化对模型不确定性的影响。而且,变参数PDS/GP模型的估计区间随重现期的增大而变宽,表明频率分析外延存在较大的不确定性,有必要考虑丹江口水库水文序列时空分布的异质性。     

基于时变矩模型的湄公河上游非一致性洪水频率分析

以湄公河上游为研究案例,基于清盛水文站1960-2019年逐日流量观测数据,采用时变矩模型进行非一致性洪水频率分析,探讨梯级水库建设对洪水频率的影响。结果表明：清盛水文站年最大日流量序列呈显著减小的非一致性特征;清盛水文站广义逻辑斯谛分布搭配均值具有线性趋势的模型拟合最优;与传统频率分析方法相比,时变矩方法计算得到的100年一遇设计流量随时间呈减小趋势,重现期随时间呈上升趋势。湄公河上游梯级水库尤其是糯扎渡水库运行后明显减小了清盛水文站100年一遇的洪峰流量,对下游防洪具有积极作用。     

L-矩在区域洪水频率分析中的应用

L－矩是在常规矩的基础上发展起来的估计洪水频率曲线参数值的一种新方法。为此，重点讨论它在区域洪水频率分析计算中的应用。选用洪水系列的L－变差系数和L－偏度系数作为水文站点分组聚类的影响因子，通过模型聚类分析方法研究长江中游干流区的区域洪水频率关系。L－矩最大的特点是对洪水系列中的极大值和极小值远没有常规矩那么敏感，其求得的洪水频率曲线参数的估计值比常规矩所求得的要稳健得多。     

基于支持向量机回归的区域洪水频率分析

区域洪水频率分析是解决无资料地区设计洪水计算的重要方法之一。在过去的研究中,区域洪水频率分析主要基于经验方法以及传统的指标洪水法。随着数学理论的完善和人工智能算法的提出,越来越多的非线性模型逐渐应用于解决区域洪水频率分析的问题。在该背景下,提出了一种基于支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)的方法,并将其应用于湘江流域区域洪水频率分析,将分析结果与传统回归手段的计算结果进行对比分析。结果表明:与传统指标洪水法相比,SVR算法能基于较小的样本量对无资料地区设计洪水作出更加稳健的估计,为无资料地区设计洪水的估算提供了一种新思路。     

条件期望在两变量洪水频率分析中的应用

针对现行单变量洪水频率分析计算方法无法考虑洪水要素之间的相关性这一不足,采用Copula函数构建洪水峰、量之间的二维联合分布,根据条件期望的原理,提出了一种推求两变量设计洪水的新方法。以清江隔河岩水库为例,计算了1 000 a一遇的两变量设计洪水,推求了对应的设计洪水过程线,并与单变量设计值进行了比较。结果表明,两变量设计值大于单变量设计值,两变量设计值对应的水库调洪最高水位略高于单变量设计值。由于两变量频率分析考虑了洪水峰、量之间的内在相关性,更符合水文现象的内在规律,所推求的两变量条件期望设计值组合相对于单变量设计值而言也是偏安全的。所提方法为洪水频率分析提供了一条新途径。     

短期降雨预报在汛限水位动态控制中的应用

以丹江口水库为例,根据考虑降雨预报的水库汛期限制水位控制的新理念,研究了利用短期降雨预报信息进行水库汛限水位动态控制的调度方式;同时分析了在发生降雨预报误差时,汛限水位动态控制的风险率以及大坝所能抗御洪水标准的变化,概化计算了抬高汛限水位增加的发电效益。结果表明,在不增加丹江口水库及其上下游防护对象风险的前提下,抬高汛限水位可以为丹江口水库带来较大的经济效益。     

设计流量推求中特大值判断方法的改进

设计洪峰流量的推求过程中,特大值判断的正确与否对洪水频率分析的精度有着较大的影响.而在特大值判断的过程中,Ex+kσ常作为水文频率分析中特大值判断的准则,其中k为经验常数,其取值的不同常会给设计流量的计算带来较大的误差.采用数值模拟方法,生成符合PⅢ型曲线分布的样本,再通过适线拟合,探讨了k值与样本总量、变差系数及偏态系数之间的相互关系,并在此基础上建立了k值估计公式.最后,通过将该k值的估计公式应用于天然河道设计流量的推求过程中,取得了良好的效果.     

两变量极值分布在洪水频率分析中的应用研究

采用了一种两变量极值分布来研究长江流域上某个站点的洪峰流量Q和洪水总量V之间的联合分布。该联合分布由实测资料来进行率定。率定结果表明,观测值(Q,V)联合分布的理论概率和经验概率基本上相符。在洪峰流量Q和洪水总量V联合分布函数的基础上,就可以很方便地推求洪峰流量和洪水总量同时发生的概率,或者在给定一个变量(比如洪水总量)的发生概率的条件下推求另外一个变量(比如洪峰流量)发生的概率,从而能对水文事件的统计规律有更加全面的认识。     

灰色正交多项式模型在水文预报中的应用

文章通过对灰色正交多项式模型的建模、应用实例及模型精度分析,表明该模型用于处理短系列资料较为实用。     

关于水文同频率地区组成法中相应洪量频率的探讨

水文中往往需要研究水文变量在空间上的分配规律,同频率地区组成法是目前解决该问题的一个重要方法,但其中仍有一些理论问题悬而未解。以"上下同频、区间相应"的组成方案为例,区间相应量的频率C与"同频"中设计频率P之间的大小关系,无法判断,目前尚无理论证明。因此,对正态分布和P-Ⅲ分布,分别通过理论推导和统计试验途径,明确了C与P之间关系。对设计洪水问题,根据"上下同频、区间相应"求得的区间相应洪量,其频率C将大于设计频率P;对径流或枯水设计问题而言,区间径流量的频率C将小于设计保证率P。研究结果从理论上进一步明晰了同频率地区组成法中相应量的频率问题。