长江上游流域暴雨洪水相似性判别指标研究

暴雨洪水发生演化的各个阶段之间存在一定的关联性和规律性。以长江上游流域为研究对象,将暴雨洪水指标分为降雨、洪水、时间、雨洪关系、水库、形状和初始指标7大类,共67个指标。通过整理暴雨历史洪水资料,摘录暴雨洪水过程和计算暴雨洪水特征值,结合洪量相似度、洪峰相似度、形状相似度和灰色关联度4种相似性评价方法,优选出降水量、降水历时、起涨流量和洪水涨率4个指标作为相似洪水判别指标。以113场三峡入库洪水为样本进行相似性检验,基于几场典型洪水特征值寻找的历史相似洪水之间的相似度较高,确定性系数都达到了0.9以上。结果表明,降水量、降水历时、起涨流量和洪水涨率4个指标作为相似洪水判别指标,对指导实时洪水预报具有较高的参考价值。研究成果在三峡水库以上长江上游流域进行了试验应用,在寻找历史相似洪水方面具有较好的效果。

基于灰色关联分析的相似洪水动态展延方法

在不能高精度预测后续洪水的现状下,对历史暴雨洪水信息进行挖掘,对降低水库防洪调度风险具有现实意义。制定将历史洪水标准化的方法,并根据暴雨洪水形成机制和实时信息的易获取性,筛选出能反映洪水特征的指标体系,并基于灰色关联分析原理构建了相似洪水动态识别办法和相似洪水展延实时洪水预报过程的展延效果评价方法。池潭水库历史暴雨洪水模拟结果表明提出的洪水展延方法对后续来水估计的总有效率高,效果显著,该方法应用效果、适应性、稳定性均较好。

基于相似洪水动态展延的水库防洪调度决策方法及其应用

鉴于实时洪水预报预见期难以满足水库实时防洪调度决策的时间尺度需求,相似洪水动态识别及展延是提升洪水情势预见性的有效途径。因此,将相似洪水动态展延相关理论与水库防洪优化调度模型相结合,提出了基于相似洪水动态展延的防洪调度决策方法,并以池潭水库为例,分别从展延水量效益、防洪决策效益分析相似洪水动态展延决策方法的适用性。结果表明,提出的水库防洪调度决策方法可有效降低决策风险、保障了上下游防洪安全。

基于改进灰关联分析的相似洪水动态识别与预报方法

实时洪水预报是优化流域防洪减灾方案的重要支撑信息,基于洪水相似性的相似洪水预报是一种延长实时洪水预报预见期的可行途径。为改进灰关联分析法在相似洪水识别与预报中的应用效果,通过引入置信度距离、离势系数权重,加强传统灰关联方法的抗差能力,减少相似性分析过程中的信息损失,并将改进后的方法应用于相似洪水识别与预报过程中,最后结合池潭水库实测雨洪资料进行验证分析,预报精度评价结果表明,该方法预报精度优于传统灰关联分析法,可作为实时洪水预报的辅助方法。

基于动态时间弯曲算法的相似洪水识别方法

相似洪水动态识别是在大数据背景下弥补实时洪水预报预见期不足的有效途径,对于支撑防洪调度具有重要作用。由此,结合产汇流理论建立反映洪水形成发展的复杂多元动态事件集;采用动态时间弯曲算法改进了欧氏距离算法对相位的适应性;基于多元时间序列相似性原理构建了相似洪水动态识别方法。以池潭水库30场雨洪资料相对完备的洪水为例,对所提方法进行验证,结果表明该方法具有较好的洪水识别效果。

基于投影寻踪-K均值的相似洪水动态识别方法

针对K均值算法无法直接应用于高维时间序列相似性分析的问题,基于相似洪水动态识别理论,结合K均值算法和投影寻踪模型的特点,构建了基于投影寻踪-K均值的相似洪水动态识别方法,并以池潭水库历史洪水为例进行验证。结果表明,基于投影寻踪-K均值的相似洪水动态识别方法具有一定的适用性,能够克服洪水间的相位问题,相似性识别结果合理,可为防洪调度提供决策支持。

基于相似推理的多沙河流水库坝址泥沙预测

多沙水库泥沙淤积严重制约了水库兴利效益的发挥,而实施水库水沙优化调度、提高排沙效率的关键在于坝址泥沙预测。利用不同洪水之间的相似性,在构建水库水沙过程相似性指标体系的基础上,分析了水库水沙过程相似性,提出了坝址泥沙预测相似推理方法,预测了三门峡水库坝址泥沙过程,并进行了预测误差分析。结果表明,该方法切实可行,预测精度较高。

城市防洪中不同水库入库洪水的同步性分析

为了提高城市的防洪标准,设想将城市上游水库的超标洪水分流到库容更大的水库,其可行与否取决于这两座水库的入库洪水是否同步。洪水过程和洪峰是两场洪水是否同步的主要影响因素,利用动态时间弯曲距离法度量洪水过程的相似程度和TOPSIS法度量洪峰的相似程度,最后对两者加权计算得到洪水同步程度并以此判断水库调配洪水的可行性。在丽水市的紧水滩水库和滩坑水库的应用中,结果表明两水库的入库洪水同步性较差,与两水库洪水主要成因不同相吻合,具有较高的适用性。

长江上游流域洪水管理分析系统设计研究

长江上游流域面积大、测站来源广泛、历史沿革复杂,本文在开展长江上游流域洪水相似性研究的基础上,设计了流域洪水管理分析系统.系统可划分为流域拓扑结构管理、流域洪水摘录、洪水贡献分析、暴雨中心分析和流域洪水查询分析等功能模块,实现了长江上游流域历史洪水的自动摘录、67项洪水特征指标的自动统计,利用摘录的1998~2016年的历史洪水成果,可开展历史相似洪水分析,同时可结合洪水预报调度系统,实时搜索与当前水雨情状态最相似的流域历史洪水,对长江上游流域的洪水预报调度决策起到了很好的参考作用.

新一代水电厂群防汛调度决策支持系统关键技术研究及应用

为解决旧系统安全可靠性较低、主站和子站数据一致性较差和决策支持功能较弱等问题,在分析跨流域水电厂群集中控制需求的基础上,提出了“集中存储、集中应用、集中通信及分散使用”系统架构,应用云平台、相似洪水分析、耦合气象预报的洪水预报等新技术从系统架构、应用功能等方面进行了改进和丰富。应用实践证明,新一代系统有效地加强了系统的安全稳定性,提高了水电厂防汛调度决策能力,通过水电厂群联合优化调度,充分发挥了水库群互补能力,提升了与电网的智能互动水平。

基于洪水行为特征指标的我国山洪类型辨识与模拟

受地形地貌和水文气象条件的影响,山洪过程呈现显著的时空分异性,准确识别和模拟代表性洪水过程类型对山洪灾害防治具有重要意义.以3个洪峰特性指标(洪峰模数、峰现时间和洪水时间尺度)和3个洪水动力学特性指标(涨洪速率、落洪速率和变差系数)刻画山洪行为过程,采用主成分分析、动态K均值聚类、相似性检验和流域水文模拟(HEC和新安江模型)相结合,识别和模拟了典型山洪类型及其行为特征指标,并以全国不同类型区8个流域177场次小时洪水事件进行实例应用.结果表明:所有洪水事件共划分为3种类型,即低强度流量、峰现早、形态尖瘦的洪水类型(类型1),低强度流量、峰现晚、形态矮胖的洪水类型(类型2)和高强度流量、峰现晚的洪水类型(类型3).山洪类型与流域森林覆盖率、流域面积、最大雨强出现时间、最大雨强、降雨量集中度等影响因子具有高度一致性.HEC和新安江模型模拟效果基本一致,对于类型1~3的洪水事件,径流深平均相对误差分别为23.25~27.98%、11.95~18.19%和8.30~18.25%,平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.39~0.54、0.76~0.85和0.86~0.91;类型1~3的所有行为特征指标平均相对均方根误差(RMSEr)分别为0.37~0.69、0.37~0.41和0.18~0.25,平均相关系数(r)分别为0.52~0.68、0.78~0.85和0.88~0.94;类型2和3的洪水洪峰特性指标模拟效果最好,RMSEr和r分别为0.18~0.28和0.86~0.91;类型3的洪水动力学特性指标模拟效果最好,RMSEr和r分别为0.19~0.21和0.91~0.97.研究结果为流域洪水管理提供了详细的洪水信息支持,也从洪水行为过程的视角为中小流域暴雨洪水模拟提供新的思路.