基于Copula函数的浙江沿海流域雨潮组合风险分析

受暴雨与外江潮位共同影响,沿海地区防洪排涝问题异常复杂,传统的单变量水文频率分析已无法解决复杂的实际防洪排涝问题。为此,采用了二维Copula函数进行暴雨和潮位的二维联合概率计算,并基于同现风险率、条件风险率和防涝风险率进行风险分析,最终应用于浙江省多个沿海流域的雨潮遭遇分析。应用结果表明:Copula函数能够较好地模拟浙江省沿海流域的雨潮联合分布,准确定量地计算出不同雨潮组合下的风险率,且该方法分析成果与传统的洪潮遭遇分析成果基本一致,具有较强的可靠性和实用性。     

基于三维Copula函数的滦河流域干支流丰枯遭遇研究

滦河流域主要产流区位于中游,考虑流域上下游来水量、干支流的相依关系,应用三维Copula函数,开展主要产流区滦河干流、潵河支流、青龙河支流年来水量的联合概率分布及条件概率分布对滦河流域干支流丰枯遭遇的分析研究,为洪水资源利用、合理优化防洪调度提供参考依据。以该流域1956—2016年来水量系列开展建模分析,对各区间来水量系列采用拟合优度检验,边缘分布选择4种常用的分布线型,采用4种拟合准则,综合开展最优线型选择,经分析计算可知3个区间来水量均以P-Ⅲ型分布为最优;Copula函数采用均方根误差进行拟合优度检验,选取Frank Copula函数拟合效果最好。根据所建模型,可得到不同条件组合下来水量的条件概率,滦河干流、潵河、青龙河同时出现枯水年的概率为13%。Copula函数为研究多维联合概率分布及丰枯遭遇提供了新的有效手段。     

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。     

基于游程理论和Copula函数研究岷江流域干旱特征

为了合理评估区域干旱灾害风险,以岷江流域14个气象站1961-2012年逐月降水数据为研究对象,以阈值为变量设定3种游程截取水平识别干旱,然后利用经拟合优选的Copula函数构建干旱历时与干旱烈度的联合分布,并进行概率分析和重现期计算。结果表明:Gumbel Copula函数对整个流域的拟合效果最优;利用Gumbel Copula函数分析二维条件概率P(S≤60mm|D≥3月),3种截取水平的发生概率从流域东南到西北递增;联合重现期结果显示流域东北部和南部一带的旱情比中西部严重,而同现重现期结果则显示流域西部的旱情比东部严重;联合重现期比同现重现期的空间分布更稳定,任意一种截取水平下的联合重现期都比较接近。研究结果可为游程理论截取水平设定、Copula函数优选以及多变量干旱分析提供依据。     

基于Copula函数的珠江流域旱涝组合事件概率特征研究

以珠江流域高要、石角和博罗3个代表性站点1956—2000年月流量数据为基础资料,选取4种边缘分布函数拟合各站点春、夏、秋、冬四季的径流距平百分率序列,并利用线性矩法来估计参数,在此基础上采用3种Copula函数拟合春-夏、夏-秋、秋-冬、冬-春径流距平百分率序列,然后计算出各站点连旱连涝和旱涝交替这两类旱涝组合事件发生的概率,结果表明:基于Copula函数建立的联合分布模型可以较好地描述季节间连旱连涝和旱涝交替这两类旱涝组合事件发生的概率;东江、西江与北江3个地区中北江流域的极端旱涝灾害最为频繁,平均每0.98 a发生一次连旱连涝的事件,每3.17 a发生一次旱涝交替的灾害;在珠江流域春-夏、夏-秋、秋-冬、冬-春4个时段中,以夏-秋极端旱涝问题最为严重,发生旱涝组合事件的平均概率为27.52%。     

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.     

基于可变模糊集理论的滦河流域降雨径流演变特征分析

本文以滦河流域6个子流域为研究区域,依据降雨频率分级,对不同量级的降雨和对应径流序列分组,进行基于可变模糊集理论的演变特征分析。结果表明,各子流域降雨序列1980年后较1980年前仅发生量变,而对应的年径流序列却发生了渐变式质变,说明人类活动是导致滦河流域径流明显减少并发生渐变式质变的主要因素。通过实际降雨量和径流量的变化过程证实了质变与量变定理,说明其降雨序列演变特征参数可以量化水文序列。     

基于SWAP和SRI的汉江流域旱涝急转时空特征分析

汉江流域受亚热带季风影响,易旱易涝,旱涝急转事件时有发生,灾害突发、抢险难度大,对社会发展易造成重大威胁。以汉江流域为研究对象,采用SWAP和SRI指数分析和研究汉江流域的旱涝演变及旱涝急转变化规律。结果表明:①SWAP和SRI指数均能对旱涝急转事件作出合理诊断,具有良好的适用性。②干旱及旱涝急转事件频次均呈现从汉江上游的西北地区到下游的东南地区先逐渐减少后增加的趋势;洪涝事件频次呈从北到南逐渐增加的趋势;旱涝急转事件平均强度呈现从上游的西北地区到下游的东南地区逐渐增大的趋势。③干旱事件在任意时间段均可能发生,洪涝事件和旱涝急转事件主要集中在夏季,且旱涝急转事件发生的时间短且急,强度较高,更具威胁性。     

北江流域汛期的旱涝特征分析及预测

旱涝灾害是北江流域影响最大的气候灾害之一,因其出现的次数多、持续的时间长、影响的范围大,往往会造成严重的经济损失,甚至危及到人们的生命安全,而且还对环境方面有潜在影响.因此了解北江流域区域性旱涝的发生频率、时间分布特征和强度,对建立旱涝监测预警系统,提高防灾减灾能力,促进经济的持续发展,无疑具有十分重要的意义.利用Z指数旱涝指标,对北江流域近42年来汛期的旱涝情况进行分析,结果表明用前期气候指数建立的逐步回归方程预测效果较好.     

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。     

Analysis of spatio-temporal evolution of droughts in Luanhe River Basin using different drought indices

Based on the monthly precipitation and air temperature from 1960 to 1989 in the Luanhe River Basin, the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) and standardized precipitation index(SPI) at three- and six-month time scales and the self-calibrating Palmer drought severity index(sc-PDSI) were calculated to evaluate droughts in the study area. Temporal variations of the drought severity from 1960 to1989 were analyzed and compared based on the results of different drought indices, and some typical drought events were identified. Spatial distributions of the drought severity according to the indices were also plotted and investigated. The results reveal the following: the performances of different drought indices are closely associated with the drought duration and the dominant factors of droughts; the SPEI is more accurate than the SPI when both evaporation and precipitation play important roles in drought events; the drought severity shown by the sc-PDSI is generally milder than the actual drought severity from 1960 to 1989; and the evolution of the droughts is usually delayed according to the scPDSI. This study provides valuable references for building drought early warning and mitigation systems in the Luanhe River Basin.     

赣江流域洪水峰量演变规律及联合分布研究

为研究赣江流域洪水特征,基于赣江流域外洲水文站1950-2019年共70年逐日流量资料,对年最大洪峰流量和1日洪量进行研究,通过Copula函数研究其洪水峰量联合分布情况。结果表明：赣江洪峰和洪量保持良好的一致性,均呈减少趋势;洪峰和洪量的最优分布均为gamma分布函数;Frank copula函数可以很好的拟合赣江洪峰和洪量的相关关系;洪水单变量重现期为5年一遇时,实际重现期为4.89～5.12年;当单变量重现期为100年一遇时,实际重现期为72.51～161.05年。     

滦河流域大中型闸坝水文生态效应

为揭示滦河流域水库对下游河流水文影响,辨析其生态效应,建立了流域闸坝水生态效应评估体系,运用河流影响因子(RI)法评估了闪电河、庙宫、潘家口和桃林口水库的水生态效应,进一步运用水文变化范围(RVA)法评估了潘家口水库的水生态效应。结果表明:1各水库对水文的影响程度为:潘家口桃林口闪电河庙宫,水库的水文效应同时受其级别(库容)和河流原始径流量影响,小型河流水库的水文生态效应不容忽视。2潘家口水库IHA指标(RVA法)总改变度为0.88,第1~2组指标发生了高度改变(0.91),第3~5组指标发生中度改变(0.45),强烈改变了鱼类洄游、底栖生物和植物群落等生态过程。生态水文同步监测与生态模型构建将有助于提升河流生态系统预警能力,为河流生态恢复提供科学依据和技术工具。     

滦河流域生态分区方法研究

通过对滦河流域自然地理环境和生态特征的分析,依据提出的各级分区指标、分区方法和区域划分原则,建立流域生态分区框架体系。基于Arc GIS平台,以ISODATA聚类分析方法及相关生态分区原则,将滦河流域划分为3个一级生态区和7个二级生态区,用以表达不同地区生态环境特征和受到人类活动的影响程度,同时对各个分区的生态特性和所面临的问题进行总结和归纳。滦河流域生态分区研究可为其生态系统保护、资源高效管理和流域整体规划提供了科学依据和空间管理框架。     

基于投入产出模型的滦河流域水资源利用研究

将投入产出表与产业部门的用水数据相结合,建立滦河流域2002和2007年水资源投入产出表,基于水资源投入产出模型,系统地分析滦河流域2002、2007年三产业部门的用水效率与效益、产业间的水转移、虚拟水贸易量和消耗总量。结果表明:1第一产业以直接用水为主,效率低;二、三产业以间接用水为主,效率较高,滦河流域第二、三产业的间接用水均主要来源于第一产业;2用水效益方面,第一、二产业较高,第三产业很低。2007年用水效率与效益较2002年均有显著提高;3滦河流域是虚拟水贸易的净输出地区,2007年贸易量较2002年呈上升趋势,其中第一产业所占比例最大,上升77%;第三产业所占比例最小,输入与输出接近平衡;42007年虚拟水消耗总量是2002年的2倍。     

基于GH Copula的渭河与汾河径流丰枯遭遇频率研究

在分析现有的常用二维理论联合分布模型不足之处的基础上,应用GH Copula函数方法构建了渭河与汾河之间年径流量的二维联合分布模型;然后,基于该联合分布模型,应用频率分析法对二者之间的径流丰枯遭遇频率进行了深入研究。研究获得了渭河与汾河年径流量之间变化的基本规律,其结果对黄河中下游水资源的开发利用和防洪减灾工作具有一定参考价值。     

不同水文模型在滦河流域对比运用研究

为对比研究不同水文模型在滦河流域的模拟精度,分别选取垂向混合产流模型和VIC模型,以滦河滦县水文站以上流域为研究流域,基于滦县水文站1980—1989年水文资料,对比分析不同水文模型的模拟精度,并在此基础上,定量分析不同蒸发输入和不同计算时段对水文模型模拟的影响。研究结果表明:垂向混合产流模型相比于VIC模型,在滦河流域具有更好的适用性,日模拟相对误差均小于VIC模拟的相对误差,且确定性系数均高于VIC模型;时段步长为0.5 h的次洪模拟,不论是在洪峰峰值模拟还是整个洪峰过程的拟合程度方面模拟精度都要优于计算步长为1 h的次洪模拟;运用Penman-Monteith公式计算的潜在蒸散发作为垂向混合产流模型蒸发输入,模拟的日径流过程总体上优于运用实测蒸发皿蒸发作为蒸发输入的模拟精度。模型的研究成果可以为滦河流域水文模拟和模型研究提供参考价值。     

基于多元线性回归模型的滦河流域径流量变化驱动因子分析

基于滦河流域中上游以山区地形为主,地势变化剧烈,地貌及土地利用类型多样,生态环境复杂的背景,为研究不同土地利用类型对流域径流量变化的影响,基于多元线性回归模型,分析了流域内不同子流域土地利用类型和降水量变化对各子流域径流量变化的影响。结果显示,处于下游的瀑河和柳河流域径流量受到耕地的影响较为显著,而滦河流域中上游各子流域径流量变化则主要受到草地、水域和林地面积变化的影响。因此,不同子流域降水量与各土地利用类型对流域内径流量变化的驱动性存在较大差异,在进行水利工程规划设计时需进行单独的讨论与分析。