基于Copula函数的多站洪水过程随机模拟研究

洪水过程随机模拟能够生成大量与历史洪水统计参数相似且形状各异的洪水过程,而水库群联合防洪调度需要结合流域内各水文站洪水过程统筹洪水资源的调度,实现洪水资源的科学调度,亟需发展多站洪水过程随机模拟方法。鉴于此,提出一种基于Copula函数的多站洪水过程随机模拟方法,该方法先利用二维Copula函数完成主站洪水过程的模拟,然后利用条件混合法构建三维Copula函数,依次模拟其余站的洪水过程。以长江中上游8处水文站为研究对象的结果表明,各站模拟洪水与历史洪水统计参数的相对误差较小,除了北碚和武隆站的最大值外,各水文站统计参数的相对误差在5%左右,能够反映历史洪水过程的统计特征,能够为水利工程防洪规划设计、水库群联合调度及防洪调度风险分析等工作提供支撑作用。

洪水过程线同频放大混合整数规划模型

当设计洪水峰、量关系较差时,设计洪水过程线同频放大会出现明显的畸形。构建了设计洪水过程线同频放大混合整数规划模型,以洪水过程线各时段流量作为决策变量,提出了时序系列光滑度函数,并以此作为目标函数,以设计洪峰流量、不同时段设计洪量作为约束条件,首次加入了涨落同向约束条件,保证设计和典型洪水过程线具备相近模式。实例研究表明,当设计洪水峰、量关系不协调时,此模型计算的设计洪水过程线顺滑、各频率之间无交叉,与典型洪水过程线(特别在洪峰附近时段保持)相近模式。研究成果为设计洪水过程线同频放大提供了新的、可行的方法。

基于LSTM-SWMM混合模型的滃江洪水过程模拟

以广东省滃江流域为典型研究对象,旨在通过先进的数据驱动方法改进传统的水文模型,从而提高洪水过程模拟准确性。文章提出一种新型LSTM-SWMM混合模型,其综合了SWMM物理模型和LSTM神经网络的优点。结果表明,LSTM-SWMM模型模拟的洪水过程与实际观测流量具有良好一致性,模型的R^(2)值为0.97,MAE和RMSE依次为81.3m^(3)/s、148.6m^(3)/s;而LSTM对照模型的R^(2)值为0.91,MAE和RMSE依次为100.8m^(3)/s、192.4m^(3)/s。LSTM-SWMM网络因其独特的设计,在预测洪水序列过程中上表现出显著优势。

黑河莺落峡水文站洪水过程预报

黑河莺落峡站洪水过程预报分析了洪水影响因素、涨水过程及洪水特性,采用莺落峡水文站多年洪水系列资料,选择典型洪水过程,计算洪水历时,对洪水过程放大,然后求流量相对数。对多场洪水的相对指标进行平均分析,求得典型洪峰值,再进行反推每一时刻流量,得到一条经验洪水涨水过程线。最后,通过近年随机洪水过程的检验证明,该平均洪水过程线适用于黑河流域的洪水预报。选用的预报方法在实际预报中简单易操作,实用性强,很大程度上提高了预报精度。

洞庭湖地形变化对洪水过程的影响研究

为了更好地理解地形变化对湖泊洪水过程的影响,采用已构建的长江-洞庭湖二维水动力模型,在洞庭湖2003及2011年实测地形的基础上,以2003年型洪水为例,定量分析了湖泊地形变化对洞庭湖洪水过程的影响。结果表明:2003—2011年洞庭湖超过40%的区域地形下降值大于0.10 m,特别是湘江洪道,其深泓线地形高程平均下降了5.72 m。通过对2003年洪水过程模拟发现,相比于2003年,在2011年地形情况下,以“四水”来流为主导的洪水过程中,南洞庭湖内洪峰水位下降超过0.40 m,西洞庭湖内洪峰水位下降约0.20 m,东洞庭湖内仅在南部地形变化较大区域的水位变化明显;斗米咀-城陵矶河段水面坡降变缓,南洞庭湖内洪道水面坡降变陡。而对于以长江来流为主导的洪水过程,由于长江洪水位的顶托作用,洞庭湖内洪峰水位下降了0.15 m,斗米咀-城陵矶河段及南洞庭湖内水面坡降下降不明显。因此,2003—2011年洞庭湖地形变化对“四水”来流型洪水影响较大,湖盆下切导致湖容增大,可有效缓解洞庭湖内防洪形势,但对长江来流主导的洪水影响较小。研究结果可为洞庭湖内疏浚扩容等防洪工程的开展提供参考。

河道束窄段对上游洪水过程特性的影响

为了研究束窄河段对洪水演进过程特征的影响,采用二维全水动力模型GAST模拟了束窄段河道洪水过程,通过理想河道和灞河上游实际河道分析了河道束窄程度与洪水特性间的定量关系。结果表明:束窄断面形状对洪水过程特征中水深、流速影响的大小依次为V形>U形>梯形>矩形。断面形状相同时,束窄程度越大对水深和流速影响越大。河道束窄段上游水位壅高,下游水位相对降低但流速更大。扩宽河道束窄段可以降低上游水位及上下游流速差。在“8·19”洪水下,灞河束窄河段束窄程度降低时(原河道束窄程度为64.4%,河道疏浚后束窄程度分别为55.6%、46.7%、37.8%),上游最大水深分别减小0.669、0.985和1.066 m,上下游流速差分别减小0.702、1.592、2.550 m/s。洪量越大则河道水位越高、流速越大,束窄程度变化对水位和流速变化的影响也越大。将“8·19”洪水进行缩放入流情况下,原始河道最大水深分别为2.177、2.778、3.618 m,束窄程度为37.8%时最大水深减小至1.866、2.367、3.175 m。通过分析不同束窄程度的束窄段河道洪水过程特性,可为束窄段河道防洪提供参考。

广西无资料地区典型洪水过程计算方法研究

为研究无资料地区水利工程设计阶段的典型洪水过程线,以广西区防城河流域为例,探究了一种将实测暴雨与《暴雨径流查算图表使用手册》结合的方法。以8场实测暴雨资料计算典型洪水过程,并与其实测洪水过程进行对比。结果表明该方法对单峰型典型洪水过程的计算精度较高。研究结果可为计算无资料地区工程典型洪水过程提供一种新的参考。

基于条件重采样的多站洪水过程随机模拟方法研究

以流域干支流多站径流过程自、互相关性为切入点,提出了基于条件重采样理论的多站洪水过程模拟方法,并对长江流域干流屏山、寸滩与宜昌站洪水过程进行模拟延拓,将模拟结果与多站季节性自回归模型模拟结果进行了对比验证分析。结果表明,相对于传统模型,所提方法能在满足径流序列基本统计特性及序列高阶自互相关结构的同时,能进一步考虑历史极端洪水特征,生成满足不同设计频率的多站点多情景模拟径流过程。

台风“烟花”期间黄浦江上游洪水过程及高水位分析

为研究2021年第6号台风“烟花”期间黄浦江上游洪水过程和高水位特征,在统计分析实测资料的基础上,利用产汇流模型计算,分析了黄浦江上游洪水下泄过程,高水位时空分布特征及成因。结果表明:台风“烟花”前期,受潮位顶托影响,黄浦江上游边界潮水上溯明显,后期边界洪水显著增大,主要通过黄浦江上游干流下泄;受台风强度大、移速慢,风暴潮洪叠加,外河低潮过高,乘潮排水能力降低,黄浦江上游底水趋势性抬升等综合影响,黄浦江上游各潮位站最高水位普遍超历史,超历史幅度由北向南、由下游往上游递增。研究成果可为黄浦江上游防汛工程调度的优化完善提供基础支撑。

基于洪水过程线的淤地坝溢洪道设计分析

淤地坝工程属于骨干大1型,工程等别为四等,工程洪水设计标准采用30年一遇洪水设计(P=3.33%),300年一遇洪水校核(P=0.33‰)。文章通过设计暴雨量计算、设计洪峰流量计算、设计洪水总量计算、洪水过程线计算等,对暴雨过程进行了模拟推理,根据暴雨推理结果,对淤地坝溢洪道进口段、泄槽段、消力池等进行了分析推理与计算,并基于以上成果进行了溢洪道设计。

一种新的洪水过程随机模拟方法研究

洪水随机模拟是防洪安全设计的新途径。利用Gumbel-Hougaard Copula构造边缘分布为PⅢ型分布的两变量联合分布,用以描述洪峰和洪量。根据该联合分布进行随机抽样同时模拟洪峰和洪量系列并转化成洪水过程线,从而建立一种新的洪水过程随机模拟方法。该方法用峰量联合分布代替单独的洪峰和洪量的分布,能够考虑洪峰和洪量之间的相关性,克服了分离处理峰、量的缺点。与现有的洪水随机模拟模型相比,如季节性一阶自回归模型和典型解集模型,文中提出的模型所模拟的洪峰和洪量统计特征的相对平均偏差和相对均方误差等指标均较优,能够更好地保持实测系列洪峰和洪量的统计特征。

中尺度流域次降雨洪水过程模拟——以太湖上游西苕溪流域为例

以太湖上游西苕溪流域为研究对象,通过分布式水文模型HEC-HMS模拟次降雨洪水过程:采用可视化数据存储系统HEC-DSS建立水义气象数据库,利用Geodatabase地理数据库技术集成流域自然属性数据库,通过距离平方倒数法对雨量数据进行空间插值,SCS曲线数法计算水文损失,运动波法计算直接径流与河道洪水演进,选用基流指数退水法模拟流域基流,并对模型中水库模拟部分进行适当修正．经模型校验,模拟结果表明,计算流量与观测流量拟合较好,效率系数大于0．8．洪峰流量误差低于4%,峰现时间误差低于2 h,该模型在土地利用变化对洪水水文要素的影响研究方面有较好的应用前景．

西江溶解有机碳的输送对典型洪水过程的响应

对2005年6月西江干流出现特大洪水期问及其前后的溶解有机碳（DOC）进行连续采样分析．结果表明，DOC浓度对流量变化的响应不敏感（n=43，R^2=0．23，p〉0．0．5），尽管流量有6—7倍的变化，但DOC浓度的变化不到30％．洪水前夕、洪水期间及洪水过后DOC平均浓度逐渐降低，且洪水过后西江下游各个采样点的DOC浓度明显低于洪水前夕．DOC的输出量主要受地表径流深度的影响，二者之间存在着显著的线性相关关系．DOC荷载通量与流量密切相关，通过建立二者之间的线性回归方程可以计算出DOC的输出量，洪水期间DOC的输出量为4．5×10^10g．

基于Copula函数的设计洪水过程线方法

采用Copula函数构造边缘分布为PIII分布的联合分布,用以描述年最大洪峰和年最大时段洪量,并介绍两变量情形下的重现期定义,根据建立的联合分布和两变量的重现期提出基于两变量联合分布的设计洪水过程线推求方法.研究有助于进一步认识设计洪水过程线的推求方法,并为设计洪水过程线推求提供了一种新思路.

基于土地利用与地表覆盖遥感信息的洪水过程模拟

基于数字流域平台,将遥感技术获取的土地利用和地表覆盖1km栅格信息与数字高程模型数据进行空间配准,由此直接提取新安江模型参数IMP(不透水面积比),并通过构建林地面积比与新安江模型参数SM(土壤自由水蓄水容量)的关系间接确定各子流域的SM值.汉江褒河流域24场洪水实例研究表明:采用半分布式水文模型,15场洪水的确定性系数增大,22场洪峰流量相对误差显著降低;SM对洪峰流量的影响要比对确定性系数的影响大.

基于Copula函数的洪水过程随机模拟

对实测截口序列进行等量变换,使变换后的截口具有较好的统计规律.应用Copula函数构造洪峰与历时的联合分布,以及相邻截口的联合分布,采用联合随机抽样方法进行大样本的洪水过程随机模拟,为洪水过程设计提出了一种新的随机模拟方法.结果表明,该方法能较好地描述洪峰、历时的统计特性及相关关系,克服了传统模拟方法对历时描述较差的缺点,且能反映出洪水过程的变化特性,截口具有随机波动性、锯齿现象较少.

人类活动对流域洪水过程的影响分析

流域洪水过程受降雨、流域下垫面等多种因素的综合影响,其中人类活动对流域出口洪水过程的影响在近些年越来越明显。选择第二松花江丰满水库以上为典型流域,在调查资料整理和分析的基础上,利用三水源新安江模型,结合人类活动对洪水的主要影响方式,建立了人类活动与模型参数之间的相关关系,依据参数物理意义对WM,B进行改进,并进行场次洪水模拟。通过结果对比分析可知,该方法模拟精度较高,模拟结果能合理反映人类活动对实际洪水过程的影响,可以为该流域水利工程建设与洪水预报提供参考,对其他流域洪水的研究也具有借鉴意义。

水库防洪安全设计时设计洪水过程线法适用性的探讨

本文以紫坪铺水库为例,在建立洪水过程随机模型的基础上,用统计试验手段探讨了设计洪水过程线作为水库防洪安全设计依据的适用性。结果表明:设计洪水过程线法能导致水库实际防洪安全标准偏离指定设计标准(偏高或偏低)。影响偏离的主要因素为时段洪量设计值的抽样误差和典型过程线的形状。现行方法的适用性是有条件的。

新疆塔里木河流域洪水过程集聚性及低频气候影响

运用Cox回归模型、月频率法以及离散指数法,研究了新疆塔里木河(塔河)流域8个水文站点POT抽样和5个区域洪水序列时间集聚性特征以及受低频气候变化的影响。结果表明:受气候变化的影响,塔河流域洪水序列呈现显著集聚性特征,洪水发生频率高的时期往往也是大量级洪峰集中发生的时期,这是塔河流域洪灾损失居高不下的主要原因;Cox回归模型拟合的气候指标系数值为正值的站点和区域,气候指标正相位导致相同超过概率的洪水发生时间提前,而相同发生时间的洪水发生超过概率降低,气候指标值为负值时则相反;塔河流域大部分水文站点和区域洪水发生的超过概率均对气候指标变化有较好响应,这一现象有利于塔河流域洪水风险控制与洪灾管理;塔河流域站点洪水序列多无年际集聚性现象,而区域洪水序列的年际集聚性特征显著。

大型水库群对流域洪水过程影响分析

以淮河流域鲁台子上游大型水库群为例,比较水库修建前后下游断面洪水过程变化情况,分析水库群对洪水过程的总影响,提出逐库添加法划分各水库在洪水过程变化中的贡献,明确各水库的影响程度,采用分级聚类法对水库影响程度进行划分,甑别重要水库。结果显示淮河流域大型水库群显著削减了鲁台子断面洪水总量与洪峰流量,峰现时间也有所变化,各库贡献差异较大,其中梅山、响洪甸、宿鸭湖、南湾、鲇鱼山和佛子岭等6座水库对鲁台子断面洪水过程影响显著,是流域防洪调度的重点水库。