基于Copula-Monte Carlo方法的串联施工导流系统风险分析

考虑上游水电站和区间施工洪水间的相关性,提出对流域相邻两座同期建设的水电站组成的串联施工导流系统进行风险度量的方法。基于整体风险分析思想,结合梯级导流系统水文、水力特征,耦合主要风险因子构建串联施工导流系统风险模型。在此基础上利用二维Copula函数来描述两区域施工洪水洪峰间的相关结构,并建立联合分布,从而应用Copula-Monte Carlo方法模拟梯级施工洪水。最后对一个工程案例进行计算分析,并与忽略洪水相关性时的随机模拟方法进行比较。结果表明,该方法能够保持洪水洪峰间的相关性,模拟结果更为合理,从而为梯级水电站建设条件下的施工导流系统风险评估提供了新的方法和理论。

干支流洪水作用下的水利工程洪水漫顶风险率计算研究

洪水漫顶是影响水利工程安全的一个重要因素。干支流交汇处支流上水利工程不仅受到支流洪水的直接影响还会受到干流洪水顶托的影响,采用Copula-Monte Carlo模拟方法构建干支流洪水作用下大坝的洪水漫顶率计算模型,并分析不同Copula函数、不同干支流洪水相关性对漫顶风险率的影响。以桂平航运枢纽为例,研究结果表明:最优的Clayton Copula计算的洪水漫顶率为1.38×10-4;由于干支流洪水间相关性较弱,不同Copula函数对洪水漫顶的影响并不明显,GH、AMH、CClayton、Frank Copula都会一定程度地低估洪水漫顶风险;随着干支流洪水流量相关性的增强,洪水漫顶率也会相应的增加。

干、支流洪水作用下洪水组合样本的选择对防洪设计的影响

不同的洪水组合样本反映的干、支流洪水变量相关性是不一样的,对防洪设计存在着一定的影响。以桂平航运枢纽水闸为例,运用Copula函数构建干流浔江年最大洪峰与支流郁江年最大洪峰、浔江年最大洪峰与相应时段郁江流量、郁江年最大洪峰与相应时段浔江流量3种洪水组合样本的联合分布,在此基础上随机模拟洪水组合经调洪计算推求防洪水位,对比这3种洪水组合样本对防洪设计的影响。研究表明:3种洪水组合样本联合分布拟合最佳的Copula函数均为Clayton Copula;浔江年最大洪峰与相应郁江洪峰流量组合样本得到的防洪水位更加合理,既不高估洪水风险也不会低估洪水风险,在经济性与安全性之间取得了较好地平衡,该组合样本推求的100a一遇防洪水位为43.54m,相比采用经验方法确定的原设计洪水位43.48m更安全。Copula-Monte Carlo法考虑了干、支流洪水间相关性以及洪水组合与调洪耦合的关系,设计结果更合理。