基于Copula函数的鄱阳湖流域极值流量遭遇频率及灾害风险

在以气温上升为主要特征的全球气候变化导致区域水循环加剧、极端气候水文事件频发的背景下,对极端水文事件,特别是水文极值遭遇频率的科学认识,对区域防洪抗旱具有重要意义.基于此,本文引入当前多变量分析中较常用的Copu la函数,分析鄱阳湖流域主要支流赣江与抚河、乐安河与昌江的洪水、枯水流量联合概率特征,并对引起该流域水文极值频率变化的原因及影响进行有益探讨.结果表明:(1)洪水、枯水的联合重现期小于其设计重现期,而其同现重现期则大于设计重现期,洪水、枯水联合重现期与设计重现期的差值小于同现重现期与设计重现期的差值;(2)在设计重现期相同的情况下,外洲站和李家渡站洪水联合重现期大于枯水联合重现期,而洪水同现重现期小于枯水同现重现期,并且重现期小于10年洪水同时遭遇的机率比较大,重现期大于10年洪水遭遇的频率迅速的减小.虎山站和李家渡站的洪水和枯水的联合重现期和同现重现期基本一致,遭受洪水和枯水的频率基本一致;(3)在设计重现期相同的情况下,外洲站与李家渡站洪水联合重现期略大于虎山站与渡峰坑站,洪水同现重现期小于虎山站与渡峰坑站.外洲站与李家渡站枯水联合重现期小于虎山站与渡峰坑站,枯水的同现重现期大于虎山站与渡峰坑站.

基于Copula函数的洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率分析

受人类活动的影响,水沙灾害事件相继发生,对人们的生产、生活造成了威胁。以洞庭湖流域代表性水文站的年径流量和年输沙量系列数据为基础,应用P-III型曲线分别拟合并求得"松滋口、太平口、藕池口"三口入湖、"湘江、资江、沅水、澧水"四水入湖和城陵矶站出湖年径流量、年输沙量的边缘分布函数,再采用水文事件遭遇分析中广泛应用的Copula函数,建立洞庭湖流域水沙联合分布模型,分析洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率。研究结果表明洞庭湖三口、四水和城陵矶站的水沙丰枯遭遇频率关系与洞庭湖流域的水沙运动有密切联系,运用该水沙耦合模型可以为洞庭湖流域防洪减灾提供重要的理论依据。

规则波浪中船舶操纵响应遭遇频率频散概念与机制

采用船舶单自由度横摇运动方程,以及纵摇与垂荡耦合摇荡运动方程,数值模拟了规则波浪中船舶操纵响应不规则摇荡运动现象。假定波浪中船舶遭遇频率具有谐波分量形式,定义了遭遇频率常量、强度和散射频率,提出了船舶遭遇频率频散概念,推导了遭遇频率的频散关系,分析得到了航速和浪向角度变化引起的两种频散机制。散射机制表明:顶浪航行时航速散射效率最高,正横浪航行时航向角散射效率最高。

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。

基于Copula函数的泾河流域水沙丰枯遭遇频率分析

流域水沙关系变化是洪旱灾害防治、重大水利工程布局的重要理论基础,同时又对人们的生产、生活产生重大影响。根据泾河流域主要控制水文站的年径流量和年输沙量数据,采用P-Ⅲ型曲线分别拟合计算得到各水文站的径流量和输沙量序列的边缘分布函数,然后采用Copula函数建立了泾河流域水沙联合分布模型,计算泾河流域各水文站水沙丰枯遭遇频率。结果表明:(1)Clayton Copula,Frank Copula,Gumbel copula函数均能较好地拟合泾河流域各水文站的水沙数据,根据拟合优度评价结果选用Frank Copula函数拟合各站的水沙联合分布;(2)在所研究的泾河流域8个控制水文站水沙丰枯遭遇均表现为水沙丰枯同步频率大于异步频率。在水沙丰枯同步频率中,同丰的遭遇频率基本与同枯的遭遇频率相同,二者均大于同平的遭遇频率。(3)在水沙丰枯异步遭遇频率中,丰枯遭遇频率最小的组合是水枯沙丰和水丰沙枯。该水沙联合分布模型对流域治理规划、防灾减灾及生态恢复等具有重要意义。

非相关随机水文变量丰枯遭遇频率计算方法

应用统计数学理论,结合水文水利计算工作的实践,提出了一种非相关随机水文变量丰枯遭遇频率的计算方法。该计算方法,概念清晰,计算简捷,通用性和适用性较好,计算成果可靠。

船舶遭遇角频率的估算

遭遇角频率对船舶的航行安全和减摇效果都是至关重要的。然而,目前船舶操纵者无法直接预报出船舶的遭遇角频率,这对研究船舶在海浪中的运动造成了不便。为了解决上述问题,首先在特定海况下,通过海浪理论和Conolly理论建立海浪的波倾角模型和船舶的横摇运动模型,仿真出船舶的横摇历程,然后应用Welch谱估计方法估算船舶的横摇角谱,进而求取船舶发生最大谐振时的遭遇角频率,最后把估算出的遭遇角频率与理论上计算出来的船舶最大谐振的遭遇角频率进行比较分析,以验证该方法的有效性。仿真结果表明Welch谱估计方法能较好地估算出船舶谐振的遭遇角频率,且计算量较小。

基于Copula函数的头道拐水沙关系频率分析研究

为了掌握黄河中游水沙关系的变化特点和变化趋势,基于黄河头道拐站1958—1990年33 a和1998—2017年20 a的水沙资料,通过P-Ⅲ型曲线分别建立年径流量与年输沙量的频率曲线,对年径流量和年输沙量进行丰平枯划分;基于Copula函数对水沙关系进行变异诊断,构建年径流量-年输沙量联合分布模型并通过拟合优度检验选取最合适的Copula函数,计算水沙丰平枯组合遭遇频率。结果表明:头道拐水文站在1958—1990年和1998—2017年的年径流量和年输沙量呈下降趋势,1990年水沙关系发生变异;1958—1990年水沙关系存在一个变异点(1965年),1998—2017年水沙关系不存在明显的变异点,整体水沙关系存在一定的平稳性;1966—1990年和1998—2017年两个时期的水沙丰平枯组合遭遇频率中丰枯同频高于丰枯异频,1966—1990年的年径流量和年输沙量在较大值处相关性较强,1998—2017年年径流量和年输沙量整体相关性较强,水量和沙量的丰平枯变化趋势基本一致。

双体船纵摇和垂荡运动的理论计算

采用STF方法计算船舶的纵摇和垂荡运动及船舶在不规则波中的统计特性 ,计算与试验相比较 ,结果令人满意。

船舶在波浪中航行的操纵性探讨

研究了船舶在风浪中的航行特性和运动方程，分析了影响船舶在风浪航行的各个要素及计算方法，提出了船舶在风浪中航行应采取的措施。

海浪扰动信号的仿真方法

给出了一种新的以遭遇频率表示的海浪遭遇谱和遭遇波倾角谱的数学表达式 ,介绍了建立随机海浪模型的三种仿真方法 ,即频率等分法、能量等分法和有理谱法 ,并采用能量等分法进行了海浪模型的仿真和分析。它对于研究船舶装备、船舶行业机器人。

船舶横甩的运动状态研究

利用maxsurf软件中的切片理论计算了某渔政船在任意不规则波浪中船舶的纵摇幅值响应算子和附加阻力,讨论了该船舶的运动状态随控制参数Fn的变化规律,总结得出船舶在航行时发生横甩与遭遇频率的关系。同时给出发生横甩的临界遭遇频率值,为以后深入研究船舶的横甩及倾覆提供了参考价值。

基于Copula函数的泾河流域水沙关系演变特征分析

为了掌握泾河流域水沙演变规律,基于张家山水文站1956—2010年径流与输沙量数据,采用滑动平均法分析流域水沙变化,提出应用滑动相关系数法诊断水沙关系变异,与双累积曲线法相互验证,选取皮尔逊III型分布拟合变异前后水沙分布,基于Copula函数建立水沙联合分布,对比分析泾河流域水沙变化特征,研究不同时段水沙丰枯遭遇情况。结果表明:1水沙关系于20世纪80年代发生变异;2以1982年为分割点,相比于1956—1982年,1983—2010年水沙均值减小,设计频率P≤90%时水沙值均减小,P>90%时,径流减小,输沙量增加;3两阶段水沙丰枯同步频率大于丰枯异步频率,"水丰沙枯或水枯沙丰"遭遇组合概率最小,变异后时段(1983—2010年)各种遭遇组合频率分布更为均匀,水沙丰枯异步频率变大。

基于Copula函数淮河流域水沙联合分布研究

淮河流域是我国人口密集的地区之一,拥有巨大的社会和经济发展潜力。基于淮河中游吴家渡水文站1950-2015年的径流量和输沙量资料,通过对径流量、输沙量的边缘分布函数和Copula函数的比选,确定最优函数形式并建立淮河流域水沙联合分布模型,运用模型对流域内水沙丰枯遭遇频率进行了计算,进而对比分析了径流量和输沙量单变量和联合变量的设计值并绘制了等值线图。研究结果表明:Gamma型分布对淮河流域的径流量过程和输沙量过程吻合较好。由于Gumbel型联合分布函数的赤则信息准则AIC值(akaike information criterion)最小,故选用Gumbel型Copula函数构建淮河流域水沙分布模型。淮河流域水沙同步的概率为67.2%,水沙异步的概率为32.8%,其中平水平沙出现的概率为27.54%,枯水枯沙出现的概率为25.86%,淮河流域枯水平水年份较多。径流量和输沙量联合变量设计值较单变量设计值要大,计算结果在考虑两者之间联系的基础上,将更具有代表性,且安全性更好。