基于集成时变矩模型和动态蒙特卡洛方法的防洪风险分析

与作为水利水电工程设计依据的历史水文情势相比,未来受到全球气候变化影响的水文情势将与之产生偏差,进而导致流域内各水电工程水文分析成果的改变。这些成果的改变又将对流域梯级水库群中长期的运行安全和防洪调度产生影响。本文以雅砻江流域为研究区域,通过耦合SWAT水文模型和全球气候模式,定量识别未来气候变化条件下的流域气象水文要素变化情况,在此基础上提出能同时考虑非一致性和历史特大洪水的集成时变矩模型方法,最后选取流域内杨房沟水电站,基于动态蒙特卡洛方法进行未来气候变化条件下的调洪演算。主要结果如下:率定好的SWAT模型模拟精度较高,且在雅砻江流域有较好的空间适用性。在未来气候变化条件下,麦地龙站洪峰流量序列在SSP1-2.6情景下,从现在到2070年左右小幅上升,随后小幅下降;在SSP2-4.5情景下,从现在到2070年左右明显上升,然后趋于稳定;仅在SSP5-8.5情景下持续上升,且上升趋势非常明显。在未来气候变化条件下,除SSP1-2.6情景的超校核洪水位风险率外,其他情景下杨房沟水电站超设计洪水位、校核洪水位风险率较设计标准均明显增大。未来全球气候变化将对雅砻江流域水循环和陆气水分交换产生显著影响,导致水文极端事件更加突出,流域内基于稳定环境下水文情势及水文分析成果规划建设的水电站(水库)将面临更大的防洪风险。本文提出的融合集成时变矩和动态蒙特卡洛模型的防洪风险分析方法,在考虑未来全球气候变化导致的非一致性基础上同时融入了历史特大洪水信息,经验证适用性较好。研究成果可为相关运行管理部门应对相应风险和指导实际生产提供一定参考。

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。

非一致性水文频率分析的研究进展

水文频率分析计算需满足独立随机同分布假设,其中同分布是指水文样本在过去、现在和未来均服从同一总体分布,即样本应具有一致性。然而,由于气候变化及人类活动的影响,使得一致性的假设受到挑战,因此变化环境下传统频率计算方法获得的设计结果,其可靠性受到质疑。为此,探索适应非一致性极值系列的频率分析方法已显得非常重要。总结介绍国内外关于非一致性水文频率分析的一些代表性研究成果,主要集中在以下两方面:一是基于还原/还现途径;二是基于非一致性极值系列直接进行水文频率分析途径。最后对进一步值得研究的问题进行了展望。

考虑非一致性的渭河流域设计洪水过程线研究

本文选取渭河华县站1951~2011年间年最大日流量以及年最大3日、5日和7日洪量资料作为研究对象,首先引入基于皮尔逊III型分布的时变矩模型分析了洪水序列的趋势性,然后以前期影响雨量和水土保持面积作为解释变量,建立洪水序列分布参数与解释变量的函数关系,结果发现洪水序列都存在明显下降的趋势并且与这两个解释变量是显著相关的。在Pettitt变点检验的基础上,以基于皮尔逊III型分布的时变矩模型推求四组洪水序列时变的概率分布,通过同频率放大得出变点前后两个时期10,50,100,500和1000年一遇的典型洪水过程线。结果发现,四组洪水序列均在1985年发生明显的突变,序列的均值在变点之后有显著的下降,由此造成相同重现期对应设计洪水的量级在变点之后大大减小,设计洪水过程线也明显坦化。

Analysis of the Mode of the Periodically Time-varying Vibration Systems

By Liapunov reducibility theorem, the periodically time-varying vibration system can be transformed to a linear time-invariant system. Based on the dynamic characteristics of the linear time-invariant system, the mode of the periodically time-varying vibration system has been discussed. The paper defines the mode and analyzes its characteristics. It can be found that the mode of the periodically time-varying system is periodically time-varing but has such characteristics as orthogonality. Finally, a method is given to solve the mode. By solving the eigenvalues and the eigenvectors of the state transition matrix in one period, the periodically time-varying mode can be obtained.

国际原油市场极端风险的测度模型及后验分析

采用可以捕捉收益分布尾部极端风险的ES(Excepted Shortfall)指标,同时基于时变高阶矩波动模型和常规GARCH族模型建立风险测度模型,并在多、空头寸共20个分位数水平下,综合对比了不同模型在国际原油市场风险测度中表现出的精确性差异。研究结果表明:时变高阶矩波动模型可以刻画原油市场收益分布中的时变偏度和时变峰度特征,更好地测度原油市场的极端风险,同时GARCHSK-M模型表现出了相对最高的风险测度精确性,可以作为测度原油市场极端风险相对合理的模型选择。