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。     

基于部分概率权重矩的P-Ⅲ分布参数估计方法

在洪水频率分布参数估计中，根据部分概率权重矩（PPWM）和无限区间积分原理，推导了PPWM的皮尔逊三型分布(P-Ⅲ)参数估计公式，并用Monte Carlo试验验证了估计量的统计特性。以陕北地区枣园、吴旗、黄陵3个水文站的年最大洪峰流量系列为例，建立了PPWM的P-Ⅲ分布。结果表明，低删失样本的PPWM在高分位数估计方面有效性良好，适用于洪水频率分布参数估计。      

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。     

干、支流洪水作用下洪水组合样本的选择对防洪设计的影响

不同的洪水组合样本反映的干、支流洪水变量相关性是不一样的,对防洪设计存在着一定的影响。以桂平航运枢纽水闸为例,运用Copula函数构建干流浔江年最大洪峰与支流郁江年最大洪峰、浔江年最大洪峰与相应时段郁江流量、郁江年最大洪峰与相应时段浔江流量3种洪水组合样本的联合分布,在此基础上随机模拟洪水组合经调洪计算推求防洪水位,对比这3种洪水组合样本对防洪设计的影响。研究表明:3种洪水组合样本联合分布拟合最佳的Copula函数均为Clayton Copula;浔江年最大洪峰与相应郁江洪峰流量组合样本得到的防洪水位更加合理,既不高估洪水风险也不会低估洪水风险,在经济性与安全性之间取得了较好地平衡,该组合样本推求的100a一遇防洪水位为43.54m,相比采用经验方法确定的原设计洪水位43.48m更安全。Copula-Monte Carlo法考虑了干、支流洪水间相关性以及洪水组合与调洪耦合的关系,设计结果更合理。     

基于Copula函数的水文随机变量和概率分布计算

水文随机变量和分布计算是推求设计洪水地区组成、梯级水库下游设计洪水等的重要内容,对于水库下游水利水电工程规划设计与管理、城市防洪风险评估等至关重要。传统的水文随机变量和分布是根据二维变量函数分布推导而来,边际分布必须为同一类型分布,其应用受到限制。本文根据二维随机变量和概率分布定义,运用条件Copula函数和积分变换原理,严格地推导了二维相依随机变量和概率分布计算公式,以及Gamma分布、P-Ⅲ分布两类常用边际分布下变量和的分布概率计算公式,该计算公式仅为条件Copula函数的一维积分,避免了概率组合离散求和法数据转换的信息失真,克服了传统多变量分布要求边际分布为同一类型分布。以清江流域水布垭水库至隔河岩水库3h洪量组成为例,给出了水文随机变量和分布的计算方法。文中模型与计算方法以期为我国设计洪水地区组成和梯级水库下游设计洪水计算提供理论支撑。     

降雨时空分布量化及其在洪水过程分类中的应用

洪水过程是水利工程运行管理、防洪调度决策的重要依据,降雨的空间分布和降雨雨型是影响洪水过程形成的主要驱动因素。本文旨在采用描述降雨时空分布的量化指标,分析降雨时空分布特征与洪水过程的联系,探索量化指标在洪水过程分类中的应用。基于大清河流域北支紫荆关和南支阜平流域68场降雨洪水资料,计算了降雨一、二阶空间矩和一、二阶时间矩,分析了降雨时空分布特征对洪水过程线形状的影响,依据降雨时空特征信息采用K-medoids聚类分析法对洪水分类。结果表明：采用的降雨时空分布量化指标能够准确刻画两个流域的降雨中心空间分布和降雨雨峰时间分布。基于降雨时空特征指标的洪水聚类分析得到的不同洪水类型特征显著,两个流域的洪水主要有3种代表性类型,即尖瘦型、多洪峰长历时型和矮胖型洪水过程。研究结果验证了仅将降雨时空分布特征作为洪水分类依据的可行性,展示了其应用于流域洪水过程分类的潜力,降低了传统洪水过程分类方法对洪水数据的依赖性。本研究可为分析流域洪水形成过程的驱动因素、预测无资料流域洪水类型及揭示流域产汇流机理等提供科学依据。     

秦淮河流域“2007·7”暴雨洪水分析

2007年7月上旬，秦淮河流域出现了大范围持续性降雨过程，暴雨中心最大1、3、7d雨量均超历史最大雨量，致使流域形成1991年以来的最大洪水。分析了这次暴雨的时空分布和洪水特点，并与历史典型年暴雨和洪水进行了多方面比较，最后针对分析中存在的问题提出了一些建议，为该流域今后的防汛调度和防洪规划提供支持。     

分期设计洪水重现期计算模型研究

年最大洪水与分期最大洪水序列是两个选样不同的样本,其重现期和设计值计算对于水库安全防洪、提高兴利效益和洪水资源安全利用至关重要。本文根据重现期的定义,运用数理统计法,推导了独立同分布单变量和多变量水文事件重现期的计算公式。在此基础上,结合现有的3种分期洪水概率模型,严格推导了年最大洪水重现期与分期最大洪水有关重现期计算模型和关系式。采用蒙特卡洛试验,经模拟计算,文中有关重现期模型计算值与经验重现期一致,表明文中推导的重现期模型是正确的。最后,以南四湖流域1963—2008年分期7日最大入湖洪量资料为例,给出了分期最大洪水分布参数估计、年最大洪水分布计算过程,说明分期最大设计洪水的计算问题。文中模型与计算方法以期为我国分期设计洪水计算提供理论支撑。     

考虑高水影响的洪水频率分布线型对比研究

洪水极值事件在全球范围频频发生,准确估计设计流量对降低洪水灾害十分重要。洪水频率分析已广泛应用于水文设计领域,有很多被推荐的频率分布,还包括很多选择分布的准则。在北纬23.5°—66.5°之间选取4条河流——泰晤士河、沃巴什河、北江和淮河,采用极大似然法估参,并以3种分布选择准则对8种频率分布进行拟合优选。为减少可能的分布线型数量,不仅总结对比100%实测年最大日流量与分布的拟合结果,而且对在洪水频率分析中起重要作用的50%高水端实测年最大日流量进行分布拟合对比。结果表明：（1）适合100%实测流量与50%高水实测流量的最优分布基本一致但存在差别,适合50%高水流量的分布与大洪水点据拟合得更好;（2）综合考虑100%与50%高水实测流量选择最优分布,泰晤士河为 Gumbel,沃巴什河是 GEV 和 P3,北江为 Weibull和 GEV,淮河为 Weibull;（3）为满足工程设计洪水要求,选择最优频率分布时,应综合考虑既适合100%又适合50%高水实测序列的共同分布,以减少设计洪水的不确定性。     

大渡河流域超阈值降雨样本模拟及不确定性分析

大渡河流域地形十分复杂,流域内气候随高程变化差异较大。通过超阈值模型模拟大渡河流域范围内9个雨量站的逐日降水资料序列,利用极大似然估计法计算模型参数,采用概率图、分位数图、重现水平图、密度函数图4种较直观的诊断图形对模型的合理性进行了全面评估,并借助轮廓似然方法估计模型关键参数及设计强降雨的置信区间。研究结果表明,各站点超阈值降雨样本均服从Pareto分布,可以选择GPD模型作为大渡河流域强降雨统计推断的分布函数类型,轮廓似然法能反映重现期长短对设计降雨置信区间的影响。可为大渡河流域降雨不确定性的定量评估及梯级水库群洪水预报提供依据。     

地表水质模型研究综述

水质模型是进行水污染控制和水环境质量规划的有效工具。简要描述了地表水质模型的分类和国内外研究现状,重点介绍了目前几个主要的综合地表水质模型:Streeter Phelps模型及其修正公式、QUASAR模型、QUAL模型、WASP模型、MIKE模型,并对地表水质模型研究方向进行了展望。     

游荡河型成因及其河型转化问题的研究

本文借鉴前人有研究成果，归纳分析后得出河床纵向与横向稳定性指标的表达式，并进一步给出河床的综合性指标ＮＷ，将它作为区划河型的判数：ＺＷ〈５，游荡型；５≤ＺＷ≤１５，分汊型；ＺＷ〉１５，弯曲型，为研究游荡河型转化而进行的自然河工模型试验表明，若要将黄河下游的游荡河型转化为限制性弯曲河型，两岸有效的控导工程总长度至少应占工度的８８％，每处工程长度需要达到４ｋｍ左右，但就现在的整治工程情况而言，即使来多     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

Comparison of infiltration models to describe infiltration characteristics of bioretention

Bioretention is one of low-impact development measures, which widely used not only because it can reduce stormwater runoff total volume, decrease peak flow rate and delay peak flow time, but also can remove the runoff pollutants. Infiltration is an important hydrological process for bioretention to evaluate its runoff total volume reduction and pollutants removal. So, it is important to find an optimal infiltration model that can well describe the infiltration performance of bioretention. The Horton, Philip and Kostiakov infiltration models were selected to compare their accuracy when using for describe the infiltration characteristics of bioretention, and the errors between the different models simulate results and experiment results were assessed via the maximum absolute error (MAE), bias and coefficient of determination (R²). The experimental results showed that Horton model is fitting well and flexible under different experiment conditions, especially when the hydraulic head was 10 cm, with MAE of 0.50–0.81 cm/h, bias of 0.1–0.23 cm/h and R² of 0.98–0.99. R² of the Philip and Kostiakov models were all over than 0.87 at the initial infiltration period, but the model fitting accuracy decreased significantly with infiltration time elapse. Furthermore, the total runoff volume capture ratio and emptying time were advanced used to evaluate the flexibility of Horton model, and the Nash-Sutcliffe efficiency coefficients of them were over than 0.61 and 0.58, respectively. Therefore, the Horton model can be optimal selected to describe the infiltration process of bioretention and for its hydrological evaluation.     

变态模型对水流运动相似的影响

归纳了模型变态的三种主要方式,重点对垂直比尺与水平比尺不同（λh≠λl=λB）的方式进行了介绍,分析模型变态对水流运动相似的影响,推导建立了其变态模型比尺关系,并重点推导出了矩形、梯形断面河渠的糙率比尺关系式。     

软基沉降预测模型的比较分析与应用

公路软基沉降预测是目前高速发展的软土地区公路建设中亟待解决的一大技术难题,预测模型也有多种,预测精度不尽相同。对工程中基于经验公式法预测沉降的传统模型(指数模型、双曲线模型)和成长曲线模型(Logistic模型、Gompertz模型、Weibull模型)给予介绍,并分别对各模型进行了数学比较分析。结果表明:传统模型不能利用施工期间的观测数据,只能用工后资料预测工后沉降,且对工后资料的要求较高;成长曲线模型能较好的反映沉降全过程的变化规律。Weibull模型较其它两种成长模型有较广泛的适应性,其对沉降的预测与实际吻合较好。     

河型变化段河工动床模型设计方法研究

以模型相似原理为基础，结合黄河小浪底至花园口河段河道整治模型试验研究，对河型变化段河工动床模型设计方法进行了初步探索，提出了“分段设计、过渡处理”的设计方法．辩证地解决了同一模型具有不同河型河段的河工动床模型设计问题。     

Hyperbola-Logistic叠加模型预测地基沉降

针对Hyperbola模型和Logistic模型的优缺点,提出Hyperbola-Logistic叠加模型,该叠加模型综合了两种单项预测模型的优点,以期达到高精度的预测结果。结合发电厂地基沉降现场观测数据,利用Hyperbola-Logistic叠加模型预测地基沉降,并与单项沉降预测模型的拟合结果进行比较分析。结果表明:与两种单项预测模型的预测结果相比较,叠加模型减小了系统误差,提高了整体的预测精度,拟合结果可靠,适用于发电厂地基沉降量的预测。新模型具有一定的适用性,是一种分析预测地基沉降的有效方法。     

A NEW DEPTH-AVERAGED ALGEBRAIC STRESS MODEL AND ITS VERIFICATION TEST

1.mThonvrmNTurbulencemodelshavefoundtheirwideapplicationsinscienceandtechnolOgyrelaedtofiuidflOw.UptonowvariouskindsOfturbulencemedelsaredeveloPedincludingtheone-equatbomodel(Bradshaw,P.etal.,1967),thetwo-equatbomedel(SPalding,l969),themuliple-equationmodel(Davidov,1961),thealgebraicstressmodl(Launder,etal.,1972)andsoon.Amongthesemodels,thetwo-equationkBmodeliswidelytestedandued.Thealgebraicstressmodelsareintermediatebetweensecond-ordercforuerschemesusingtranSPOrtequatbosfortheindividual…     

黄龙滩水电厂洪水调度方案生成模型与计算方法

针对黄龙滩水电厂洪水调度的具体情况 ,在指定的目标要求和内外环境下 ,运用定量、定性或两者相结合的方法 ,提出了常规调度、优化调度和自拟调度三种洪水调度模型 ,产生了相应的洪水调度方案。这些方案是电厂运行人员分析、比较、评判和选择洪水调度方式的基础