天津市防洪圈内涝与大清河流域洪潮遭遇分析

天津市防洪圈地处海河流域下游,紧邻渤海湾,其防洪安全受流域上游洪水、区内涝水及下游潮水共同影响。以天津市城市防洪圈与大清河流域河口段为例,选取洪水代表水文站、平原区涝水雨量代表站、入海口潮位代表站同期相关要素,考虑洪水传播时间,分别按洪水为主、涝水相应,洪水为主、潮位相应,涝水为主、洪水相应,潮位为主、洪水相应等方式,进行洪、涝、潮的遭遇分析,得出遭遇组合的规律,为优化防洪排涝工程布局提供基础支撑。

南水北调西线工程水源区和受水区降水变化及丰枯遭遇特征分析

基于规划中的南水北调西线工程区域内274个国家气象站1961—2022年逐日降水资料,分析了西线工程水源区和受水区年和四季降水量的时空分布特征,以及两区降水的丰枯遭遇特征。结果表明:近62年来,南水北调西线工程水源区年降水量总体呈增多趋势,而受水区年降水量没有明显变化趋势;夏、冬季水源区和受水区降水量均增多,春、秋季水源区降水量增多而受水区降水量减少;年和春、夏、秋季水源区枯水频率均低于受水区枯水频率,并且水源区枯水频率呈减少趋势,而丰水频率呈增加趋势;水源区和受水区年和四季降水丰枯异步频率普遍在60%以上,远大于丰枯同步频率,有利调水的5种丰枯遭遇在年和春、夏、秋季发生频率均超过50%。总体而言,南水北调西线工程水源区和受水区的降水具有较强的丰枯补偿性,且1971年以来有利调水发生频次呈增加趋势,理论上存在保证供水的可能性。但水源区出现连续枯水年的频次较多。因此,在南水北调西线工程规划设计和运行调度时需充分考虑水源区和受水区降水的变化。

基于非对称乘积Copula函数的城市雨洪遭遇风险分析

针对沿江城市暴雨与外江洪水诱发的内涝问题,对城市雨洪遭遇特性开展研究。以广东省肇庆市端州区为例,利用长系列实测降水量和西江流量数据,分别采用对称和非对称乘积Copula函数构建雨洪联合分布,采用赤池信息准则和图形评价法选择最优Copula函数进行雨洪遭遇风险分析。结果表明:非对称乘积Frank CopulaⅡ函数拟合效果最优;以暴雨为主的组合中,端州区发生较大量级暴雨时,西江发生洪水的条件风险概率相对较高;以洪水为主的组合中,不同洪水重现期雨洪联合风险概率均略大于相应西江洪水出现频率。

非一致性条件下松澧地区洪水遭遇规律分析

为研究澧水与松滋河洪水遭遇规律,根据澧水石门站和松滋河新江口站、沙道观站1959—2020年实测日均流量资料,采用非一致性GAMLSS模型优选了年最大洪峰和连续7 d年最大洪量的边缘分布,构建了基于Copula函数的二维联合分布模型,进而得出不同量级组合下的洪水遭遇概率。结果表明:松澧地区的洪水序列发生了显著变异,基于时变对数正态、伽马、威布尔分布以及Copula联合分布能够较好地反映区域实际洪水特征;松澧地区典型年洪水遭遇以松滋河洪水过程遭遇澧水洪水为主;澧水与松滋河的年最大洪峰或连续7 d年最大洪量的同现概率随着洪水量级的增大而减小,且澧水与松滋河东支的洪水遭遇概率更高;当澧水发生千年一遇大洪水时,与松滋河中小洪水的遭遇概率更高。

基于Copula函数的嘉陵江流域水沙丰枯遭遇关系探究

为了深入了解嘉陵江水沙关系的变化规律。基于嘉陵江出口北碚水文站1965-2022年的年径流量和年输沙量资料,利用Mann-Kendall检验法、双累积曲线法并结合物理成因法诊断水沙关系的变异点,通过AIC、BIC、RMSE对径流量和输沙量的边缘分布函数和Copula函数进行优选,确定最优Copula函数并建立嘉陵江流域水沙联合分布模型,运用模型对流域内水沙丰枯遭遇概率、联合和同现重现期进行计算,进而对比分析水沙单变量和联合变量设计值。结果表明:①水沙关系在1989年发生突变,变异前的水沙相关性强于变异后的水沙相关性;②1965-1989年阶段水沙序列最优边缘分布都为Logn,最优水沙联合分布模型为Gumbel Copula模型。1990-2022年阶段径流量和输沙量的最优边缘分布分别为Gamma、GP,最优水沙联合分布模型为Frank Copula模型;③2个阶段水沙序列同步概率分别是59.77%、61.14%,均大于异步概率,且出现极端情况“水丰沙枯”、“水枯沙丰”类型的概率极低,表明水沙概率存在较大的相关性,来水来沙条件相对稳定;④联合变量设计值大于单变量设计值,通过两变量联合分布计算的径流量和输沙量设计值更加可靠。水沙联合重现期集中在2年附近,同现重现期绝大部分小于50年。通过探讨嘉陵江流域来水来沙联合变化特征,可为流域的水沙调控、防灾减灾等工作提供参考。

珠江河口区复合洪水事件多要素非一致性的时变遭遇分析

利用1988—2017年珠江河口三灶站潮位、澳门风速、上游流量日极值数据,基于广义可加模型(GAMLSS)的非一致性频率计算方法与时变Copula函数,对上游洪水、台风和天文潮的复合洪水事件重现期及其主控因子展开研究,结果表明:1)珠江河口区潮位、风速、流量均为非一致性序列,构建的时变Copula模型相比传统恒定参数的Copula更符合实际情况。2)1988—2017年珠江河口区典型复合洪水事件发生周期随时间不断缩短,发生概率增大,未来极端复合洪水事件发生概率增强。“黑格比”台风引发的复合洪水事件重现期从1988年的13.06 a一遇减小到2017年的10.80 a一遇,“韦森特”“天兔”引发的复合洪水事件在1988—2017年重现期缩短了1.06和0.97 a;3)当3种因子重现期为5 a一遇时,珠江河口区复合洪水事件主要受台风风速影响较大;重现期为10、20、50 a一遇时,复合洪水事件主要受天文潮潮位影响较大。

工程设计中水文要素遭遇分析浅析

在水利工程设计中,为使工程规模安全、功能保障安全、投资经济合理,常需进行水文要素遭遇情况的分析。以汕头大围加固工程和环北部湾水资源配置工程为例,通过要素相关的方法,浅析了洪潮遭遇、雨潮遭遇、雨洪遭遇以及径流丰枯遭遇分析的基本思路和过程,通过分析得出遭遇结论,为有关专业设计计算提出设计参考依据,满足工程设计要求。

南水北调中线工程水源区和受水区的降水时空变化特征及丰枯遭遇

[目的]基于1950—2022年时间序列ERA5再分析降水数据,探究南水北调中线工程水源区和受水区降水量时空变化特征,旨在保障跨流域调水的可行性和持续性,为南水北调中线工程水资源调度和运行管理提供科学参考。[方法]采用Mann-Kendall检验、小波分析、云模型以及Copula函数等方法,分析水源区和受水区降水变化趋势以及丰枯遭遇特征。[结果]①1950—2022年南水北调工程水源区和受水区分别按照年降水量34.75和39.35mm/(10a)幅度减少,水源区年降水量存在43a的主周期,受水区年降水量存在55a的主周期。②云模型隶属云图夏季降水量分布不均且离散程度较高,而冬季分布均匀且较集中。③调水不利的组合汛期和非汛期遭遇频率分别为23.15%和25.92%。[结论]水源区和受水区年降水量均呈现明显减少趋势,水源区丰枯交替变化显著;南北丰枯异步概率大于丰枯同步,同枯频率不高,有利于调水工程的安全性和可靠性。研究结果可为制定南水北调中线工程相关政策和技术指导提供理论依据,有助于工程的规划和管理,提高水资源利用效率和可持续性。

基于Copula函数的江淮流域梅雨期台风降水量与梅雨雨强遭遇概率分析

在气候变化和城市化背景下,江淮流域台风与梅雨遭遇时的降水概率特征尚不明晰。为此,基于1961~2020年江淮流域及其子区域梅雨期台风降水量与梅雨雨强,使用Copula函数建立并求解台风与梅雨遭遇概率模型,分析了梅雨期台风降水量与梅雨雨强的联合概率分布、联合重现期和50年联合重现期对应的降水量。结果表明,江淮流域台风与梅雨遭遇时低台风降水量、高梅雨雨强事件发生的概率较大,高台风降水量、低梅雨雨强和高台风降水量、高梅雨雨强事件发生的概率较小,梅雨期台风降水量与梅雨雨强的联合重现期大多不超过5年,梅雨期台风降水量与梅雨雨强双变量50年联合重现期对应的降水量比单变量50年重现期对应的降水量大,说明台风与梅雨遭遇概率分析能反映出两者同时发生时较强的致灾能力,可为江淮流域暴雨洪涝灾害事件预警和水资源调度提供参考。

江湖洪水遭遇下鄱阳湖水动力模拟

鄱阳湖接纳流域内来水,其洪水的形成和发展受鄱阳湖流域来水和长江洪水的双重影响,造成该地区在特定时段极易引发特大洪水。文章分析了江湖作用机制,并基于1959-2009年汉口和湖口洪水资料,统计分析了江湖洪水遭遇及长江洪水倒灌入湖频次;通过构建鄱阳湖-长江干流二维水动力模型,对江湖顶托加剧情景、江湖顶托相持情景、长江洪水倒灌情景等典型洪水过程进行了重演与分析,将模拟结果与实测水位过程进行验证与误差分析,并应用该模型对1998年极端洪水遭遇过程进行模拟分析。研究结果表明:鄱阳湖洪水一般早于长江洪水出现,两者遭遇主要在6-7月;长江倒灌情景一般发生在长江主汛期,通过统计分析长江洪水的倒灌天数及倒灌水量,反映了江湖顶托强度在年代际尺度上处于此消彼长的波动状态;模型对江湖洪水遭遇典型水位过程与1998年极端洪水遭遇过程的模拟预测精度较高,效果较好,说明模型能够很好地处理鄱阳湖洪水与长江洪水遭遇的高动态变化问题,可为鄱阳湖地区的经济建设和防洪治理提供理论支撑。

基于Copula函数的西江干流与粤西沿海诸小河径流丰枯遭遇分析

环北部湾广东水资源配置工程从西江干流取水至广东省粤西地区,为从根本上缓解粤西地区缺水问题,研究西江干流与粤西沿海诸小河径流丰枯遭遇对工程水资源优化配置及运行调度具有重要意义。为此,基于西江干流控制水文站梧州站与粤西二个小河控制站,即鉴江化州站及九洲江缸瓦窑站数据资料,采用Copula函数建立了年、枯期、汛期不同时间尺度的径流联合分布函数,分析了径流丰枯遭遇规律。结果表明,西江干流与粤西诸小河径流间具有较高的互补性,建设水资源配置工程可很好地缓解粤西地区的缺水问题。

基于Copula函数的区域雨潮遭遇风险概率分析

随着气候变化、人类活动影响加剧以及城市化进程等一系列事件的加快,我国的城市内涝问题日渐突出。以扬州市仪邗区域为例,由于扬州南濒长江,受长江洪水、潮水顶托,当面临暴雨等灾害时,仪邗区域无法快速外排,进而增大了内涝风险,针对内涝灾害的研究也因此成为了重要内容。本文利用Copula函数构建了研究区域最大三日面雨量和长江最大三日平均潮位的联合概率分布函数,并对不同雨潮组合情况下的遭遇概率进行分析,最终得到了雨潮的联合风险概率和同现风险概率。最终结果显示,Copula函数在雨潮联合概率分布方面拟合良好。这一拟合结果不仅可以为解决仪邗山洪在长江高水位时出路不足的问题提供一定的理论支持和科学依据,也可以为其他感潮河段的防洪决策提供参考。

巢湖流域江湖洪水遭遇规律分析

巢湖流域地理位置特殊,江湖遭遇关系复杂,江湖遭遇规律是开展《巢湖流域防洪规划》的首要内容。文章对巢湖流域10个主要受灾年份的洪水过程、江水位过程及受灾程度进行分析,根据分析结果提取主要影响要素,将江湖洪水遭遇规律总结为不遭遇、半遭遇及完全遭遇3种类型,并根据这3种类型的特点确定巢湖流域的2个代表典型年,该典型年反映了巢湖和长江最为恶劣的遭遇,为《巢湖流域防洪治理规划》中防洪方案拟定提供依据。

基于Copula函数的章水流域水沙丰枯遭遇频率研究

为探究章水流域内径流与输沙的相关性程度,以坝上水文站1956—2020年的月径流量及月输沙量数据为基础,采用Pettitt检验法、二维Copula函数法等,计算流域内多年径流、输沙量的变化趋势及丰枯遭遇特征。结果表明:章水流域年径流量变化平缓;年输沙量呈显著下降趋势(α<0.01),并在1994年产生显著突变(P<0.001);Lognormal分布为径流总序列的边缘分布函数;P-Ⅲ分布为输沙总序列及丰水期、枯水期、变异前、变异后序列的径流、输沙量分布函数;Clayton Copula函数为变异前后序列最优联合分布函数;Gumbel Copula函数为总序列、丰水期、枯水期序列最优联合分布函数;水沙变异前后呈现出的丰枯遭遇状态不同,遭遇频率相差较大。人类活动是章水流域水沙丰枯遭遇变化的主导因素。

基于Copula函数的金沙江流域云龙与松华坝水库入库径流丰枯遭遇分析

通过Copula函数进行建模,采用P-Ⅲ分布分别对金沙江流域承担昆明市供水的两座重要水库——云龙水库和松华坝水库入库径流在三大时间尺度(全年、汛期、非汛期)上进行边缘分布函数的拟合,对拟合的边缘分布函数进行联合分布函数的构建,并对联合分布函数采用K-S检验法进行拟合优度检验,采用图形分析计算法、AIC准则和BIC准则对联合分布函数进行拟合优选,最后通过优选出来的Copula函数对两座水库在三大时间尺度上进行丰枯遭遇分析。主要结论如下:两座水库全年与非汛期入库径流最优Copula函数均为Gumbel Copula函数、汛期为Frank Copula函数。三大时间尺度上两座水库的丰平枯同步概率之和(全年0.734,汛期0.541,非汛期0.728)均大于三大时间尺度上两座水库的丰平枯异步概率之和(全年0.266,汛期0.459,非汛期0.272);在所有丰平枯组合中,两座水库的同丰概率在所有丰平枯组合情况中最高(全年同丰0.310,汛期同丰0.232,非汛期同丰0.308),表明两座水库在所有丰平枯组合中同为丰水年的可能性最大;在全年和非汛期时间尺度上两座水库为枯枯的概率(全年同枯0.298,非汛期0.296)相差不大且均大于两座水库在汛期时间尺度上为枯枯的概率(汛期同枯0.232),因此在两座水库进行实际调度的过程中,特别是在枯水年应考虑两座水库的丰枯同步性。该研究结果可在金沙江流域的水库群联合优化调度中提供一定的决策参考依据。

考虑径流非一致性的渭河径流丰枯遭遇研究

准确评估径流非一致性条件下的流域多时间维度(全年期、汛期和非汛期)和多空间维度(不同控制站)的径流丰枯遭遇特性对区域防洪抗旱和水资源统筹开发利用具有重要意义。提出一种考虑径流非一致性的流域径流丰枯遭遇分析方法,以渭河干流为例,通过滑动平均法和Mann-Kendall法分析了渭河干流的林家村站、咸阳站和华县站的1960-2020年径流演变规律,并从流域尺度分时段构建了不同站点间的Copula联合分布函数,对径流非一致性条件下的渭河干流丰枯遭遇特性进行了分析。结果表明:①渭河干流的径流丰枯演变特征明显,且在1978年前后出现突变,突变后的径流序列呈现显著下降趋势。②渭河干流的径流丰枯遭遇同步性随着站点间的距离增大而下降,林家村-咸阳站的丰枯遭遇同步性最高,林家村站-华县站的丰枯遭遇同步性最低;两个站点间最容易发生的径流丰枯遭遇是平-平组合,最不易发生的是丰-枯组合。③在径流变异后,不同站点之间的丰枯遭遇同步性明显发生改变,林家村站-咸阳站之间的丰枯遭遇同步性明显下降,咸阳站-华县站之间的丰枯遭遇同步性明显上升;变异前各站点之间在非汛期的丰枯同步性最强,全年期的丰枯同步性最弱,变异后各站点之间在非汛期的丰枯同步性最弱,在汛期的丰枯同步性最强。研究成果可为渭河干流的径流丰枯遭遇特性分析提供参考。

滇中引水工程水源区与受水区径流丰枯遭遇及水文干旱研究

滇中引水工程水源区为金沙江虎跳峡河段,受水区为云南滇中高原区,研究两者径流丰枯遭遇及水文干旱变化趋势,可为滇中引水工程的水资源调度和区域水旱灾害防御提供理论指导。通过多元Copula函数描述径流系列的独立结构,运用游程理论基于标准化径流指数分析水源区和受水区的水文干旱历时、烈度和重现期,用于定量评估滇中引水工程水源区和受水区径流丰枯遭遇情况及其对水文干旱的影响。结果表明,滇中引水工程供水后,水源区标准化径流指数变幅较小,其识别的水文干旱事件历时、烈度和重现期也相对平稳;受水区标准化径流指数变幅较大,其识别的水文干旱事件历时变短、烈度减弱、重现期增大,特别是严重干旱、多年干旱事件。这说明实施滇中引水工程可有效增加受水区水资源量,显著提高受水区水旱灾害防御能力。

空间目标可拦截区与可遭遇区的确定

给出了天基拦截器对空间在轨目标的可遭遇区、可拦截区和实际可遭遇区的定义,基于冲量变轨理论,并以真近点角表示这三个区域,给出了确定这三个区域的数值搜索算法。对于非机动轨道目标,训练好的BP神经网络可根据拦截器/目标的相对位置,快速给出目标轨道上的可拦截区和实际可遭遇区。

多准则下反导作战单、多遭遇点预测模型

整个反导射击过程可以简单看作一个基于预测的遭遇点起始的,不断重复、修正的过程。分析遭遇点预测的时间和空间前提,并给出遭遇点预测的3个基本准则;在多准则下建立了单遭遇点预测模型,给出了模型公式中未知量的转化方法;分射击-观察-射击和射击-射击两种情况建立了多准则下多遭遇点预测和优化模型,并给出了拦截弹最晚发射时间的计算方法;就观察时机对遭遇点预测的影响进行了分析与建模。部分研究属于探索性的研究,相关结论对指控模型开发和实施连续反导,从方法和作战理念方面提供了一些参考。