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Vine Copula的鄱阳湖流域近70年洪水空间分异规律

量化流域的洪水空间分异规律,对防洪减灾具有重要意义。采用鄱阳湖流域不同支流7个水文站近70 a日径流量资料,利用自动峰值超阈值模型、主衰退曲线分析法确定总洪量、洪峰流量和持续时间3个洪水特征,基于Vine Copula模型建立三维联合分布,计算联合、同现和2种条件重现期来对比研究各支流的洪水演化规律。结果显示:洪峰流量最优边缘分布为对数正态分布,总洪量以伽马分布为主;Gaussian Copula模型对洪峰流量和总洪量的相关性结构拟合效果良好,Gaussian Copula模型和Student t Copula模型适合建立总洪量条件下洪峰流量和持续时间的相关性结构;鄱阳湖流域西部会形成总洪量、洪峰流量和持续时间均较大的灾难性大洪水;流域东部容易在短期内积累较大的洪量,而不会形成持续性洪水;在洪量一定的情况下,流域南部洪水的洪峰流量最大。研究结果可为鄱阳湖流域改进洪水预警方法和制定洪水分级管理策略提供参考。

基于概率分布优选的水电工程施工初期导流风险率估计

科学准确地评估水电工程施工初期导流风险率为施工导流方案决策提供了重要依据。以往风险模型中施工洪水洪峰的随机分布均假设服从P-Ⅲ分布,这会影响导流风险率的精度和可靠性。首先采用K-S检验法对初拟的施工洪水洪峰概率分布类型进行初选,并通过RRMSE、M MAE、QQD值的拟合优度综合评比优选最佳概率分布;然后综合考虑水文、水力随机性,构建基于概率分布优选的施工初期导流风险率计算框架,并给出采用Monte-Carlo方法求解风险率的具体流程;最后对国内两座大型水电工程实例进行应用分析。结果表明,风险率计算框架及求解流程是可行的、有效的;I-MED具有一定的拟合能力,可用于导流风险模拟;两个案例的概率分布排序不同、最佳概率分布不同,进而影响导流风险率大小。研究结果有效拓展了施工导流风险理论框架。

连江流域中小河流洪峰模数分布规律初探

以连江流域中小河流(200~3000 km^(2))实测洪水资料为基础,无资料地区由设计暴雨推求设计洪水,统筹考虑上下游、干支流和下垫面条件等因素,并结合历史洪水调查资料、已有工程规划和设计洪水成果、基础地理信息数据等,绘制连江流域中小河流不同重现期下洪峰模数等值线图,探索洪峰模数分布规律。结果表明:连江中下游的乳源南部、英德西北部、阳山南部、连南中部和南部等区域洪峰模数较大,防御洪水过程中应当加以重视。本次研究成果可为防御连江流域中小河流洪水提供参考和决策依据,对连江流域水文分析计算、水利水电工程规划与设计具有一定的参考意义。

基于大中型水库的湖北省洪峰模数空间分布规律研究

湖北省无资料地区设计洪水常采用设计暴雨间接推求,其洪水合理性分析时常缺乏洪峰模数分布图进行参考,给实际工作带来诸多不便。为此,本研究选取湖北省339座大中型水库,通过计算其不同频率洪峰模数,绘制湖北省洪峰模数空间分布图,系统分析湖北省不同频率洪峰模数空间分布规律。结果表明:湖北省50年一遇、100年一遇、1000年一遇、2000年一遇洪峰模数平均值依次增加;空间分布上,湖北省各频率洪峰模数总体上呈现西北低、东南高的特征,其空间分布与大等级降水的发生次数有一定的正相关性,与海拔高度有一定的负相关性。本研究可为湖北省无资料地区设计洪水估算及洪水成果合理性分析提供参考。

玛纳斯河不同峰量组合下的融雪洪水风险分析

以玛纳斯河肯斯瓦特出山口水文站控制流域为研究区,考虑变异条件下的频率结构特征,基于Copula函数建立洪水峰量联合分布,推求各峰量相互作用下的风险概率,构建了风险评估模型。结果表明:混合分布能较好地反映变异条件下的洪水变量频率分布;基于Gumbel Copula函数建立的峰量联合分布能很好地描述洪水组合特性。在玛纳斯河500年一遇峰量两变量防洪设计标准下,联合风险与同现风险均达到最小值,洪水发生概率较低,因此选择频率较为接近的峰量设计标准,既能保证洪水发生的低风险概率,又符合工程险情的实际需要。

珠江流域感潮河段洪潮遭遇联合风险分析

在防洪潮规划中洪潮遭遇分析尤为重要。以西、北江三角洲作为珠江流域感潮区域的典型区,运用Archimedean Copula函数构建了年最大洪水和相应48h内最大潮位、年最大潮位和相应48h内最大洪水两组联合分布,通过联合风险概率模型,计算了洪潮组合的风险概率。结果表明:较高重现期洪水遭遇较低重现期的潮位、较高重现期潮位遭遇较低重现期的洪水风险概率会更大。基于Copula函数的洪潮联合分布拟合较好,组合风险分析可靠,为珠江流域感潮河段防洪、潮工程的设计风险计算提供理论参考。

金沙江下游梯级水库防洪库容分配方式研究

为实现金沙江下游梯级水库综合效益的最大化发挥,研究联合防洪调度运用方式十分必要。为此,采用以金沙江来水为主和以岷江来水为主的不同地区组成洪水过程,运用相关数学分析方法,开展金沙江下游梯级水库调洪计算、防洪作用分析、防洪库容运用和梯级电站发电效益计算等,研究了以满足川江防洪为目标的金沙江下游梯级水库防洪水量分配方式。研究结果表明,在满足下游川江防洪要求的前提下,从充分利用洪水资源、增加梯级电站整体发电效益角度考虑,在防洪水量分配运用调度中,建议金沙江下游梯级水库防洪库容运用的顺序依次为乌东德水库、溪洛渡水库、白鹤滩水库。研究结果可为金沙江下游及类似流域梯级水库合理、科学的防洪调度提供参考。

基于Copula函数的赣江中下游洪水遭遇组合分析

洪水遭遇组合对揭示流域洪水规律、防洪调度和洪水管理具有重要意义。以赣江流域为例,采用Copula函数构建下游外洲站和中游峡江站洪水的联合概率分布,进而推求条件概率分布、条件最可能值和置信区间,分析赣江中下游洪水遭遇组合规律。结果表明,赣江下游外洲站与中游峡江站发生同频率洪水的可能性很大,概率为81.57%~83.01%;给定赣江下游外洲站洪峰流量取值时,中游峡江站洪峰流量条件最可能值与实际值拟合效果总体较好,且实际值基本上在90%置信区间内,区间合理可靠;中游峡江站最可能发生的洪水重现期均略小于下游外洲站洪水重现期,偏小4.0%~6.6%;下游外洲站洪水重现期为100 a时,中游峡江站洪水重现期的最可能值为94 a,90%置信区间为[39,184]年。研究成果可以提升对赣江流域洪水规律的认识,为流域防洪减灾提供参考。

基于Copula函数的西北江洪水遭遇分析

分析西、北江洪水遭遇情况对于流域水库错峰调节及珠江三角洲地区防洪减灾具有重要意义。为此,采用Gamma分布和Von Mises分布分别对洪水量级和年最大洪水发生时间进行拟合,利用Copula函数构建西、北江洪水的联合分布,对西、北江洪水遭遇的可能性进行分析。结果表明:西、北江同时发生大洪水的概率非常小,当北江石角站分别发生5、10、20、50、100、200年一遇的洪水时,西江高要站发生同频率洪水的概率分别为0.3450、0.2003、0.1085、0.0466、0.0237、0.0120;两江洪水在6月上旬遭遇概率最大,随着两江洪水量级的增大,遭遇风险随之减小,两江洪水6月上旬遭遇5年一遇的概率为1.32×10^(-3),遭遇200年一遇的概率仅为1.17×10^(-6)。

分期设计洪水频率与防洪标准关系研究

现行分期设计洪水模式估算的分期设计洪水值均小于或等于年最大设计值,达不到规定的防洪标准。采用Gumbel-Hougaard Copula函数描述两个分期的分期最大洪水之间的相关性结构,并构造边缘分布为P-Ⅲ分布的分期最大洪水联合分布,建立分期最大洪水与年最大洪水的关系式,讨论分期设计洪水频率与防洪标准应满足的关系,探讨能够满足防洪标准的新的分期设计洪水模式。应用示例表明,新模式主汛期设计值相对年最大设计值小幅度增加,而非主汛期设计值则小于年最大设计值,既满足不降低防洪标准的要求又能够起到优化设计洪水的作用,为分期设计洪水研究提供了一条新的思路。

一种新的洪水过程随机模拟方法研究

洪水随机模拟是防洪安全设计的新途径。利用Gumbel-Hougaard Copula构造边缘分布为PⅢ型分布的两变量联合分布,用以描述洪峰和洪量。根据该联合分布进行随机抽样同时模拟洪峰和洪量系列并转化成洪水过程线,从而建立一种新的洪水过程随机模拟方法。该方法用峰量联合分布代替单独的洪峰和洪量的分布,能够考虑洪峰和洪量之间的相关性,克服了分离处理峰、量的缺点。与现有的洪水随机模拟模型相比,如季节性一阶自回归模型和典型解集模型,文中提出的模型所模拟的洪峰和洪量统计特征的相对平均偏差和相对均方误差等指标均较优,能够更好地保持实测系列洪峰和洪量的统计特征。

基于两变量分布的峰量联合分析

采用Gumbel逻辑模型建立基于超定量取样的两变量联合分布,利用所建立的联合分布,给出了条件频率和两种两变量重现期的计算方法。以隔河岩水库坝址洪水研究为例,分析了当洪峰超过其某一频率的设计值时,各不同频率的设计洪量发生的条件频率,并对同频率设计值组合的两变量重现期进行了计算。研究表明在推求设计洪水过程线时,洪峰和洪量同频率的假定并不是过于偏保守,甚至还存在一定的风险,作为设计方法中的假定,具有一定的合理性。

年最大洪水两变量联合分布研究

采用Von Mises分布拟合年最大洪水发生时间的概率分布,采用皮尔逊III型分布拟合年最大洪水量级的概率分布,选用能够较好反映年最大洪水发生时间和量级之间相关结构的Gumbel Archimedean Copula函数,建立两变量联合分布,并定义和分析条件频率、联合频率和两变量重现期。实例分析表明年最大洪水的两变量分布拟合较好,可挖掘更多信息,为洪水设计分析提供了一条新的途径。

Copula联结函数在多变量水文频率分析中的应用

介绍了Copula联结函数的定义、属性和构造方法.在应用实例中,针对位于同一河流上下游的两个水文站点采用Copula联结函数建立起两个站点的年最大洪水联合分布函数.结果表明,Copula联结函数能够比较好的模拟这两个站点的年最大洪水联合分布概率.由于Copula联结函数可以采用各种各样的边际函数来推求联合分布函数,具有灵活性和应用范围广等特点,因此在多变量水文频率分析中具有广泛的应用前景.

感潮河段洪潮遭遇组合风险研究

洪潮遭遇分析和洪潮组合的合理选取是感潮河段整治规划设计中的重要内容。构建的洪潮遭遇组合的风险分析模型,首先采用Copu la函数构建感潮河段的年最大洪水流量和相应潮位的联合分布以及年最高潮位和相应洪水流量的联合分布,再基于联合分布提出遭遇组合的风险分析模型。并以漠阳江河口段的洪潮遭遇组合分析为实例来研究。结果表明,①以洪为主,50年一遇的设计洪水与下游多年平均潮位相组合的风险率为6.89%,②以潮为主,50年一遇的设计潮位与其上游多年平均洪水相组合的风险率为4.77%。根据洪潮遭遇组合风险模型来确定遭遇组合,可为感潮河段洪潮遭遇组合的合理选取提供科学依据。

长江上游干支流洪水遭遇分析

目前洪水遭遇研究仅限于简单的实测资料统计分析,尚缺系统有效的理论方法。基于多维Copula函数分别建立金沙江屏山站、岷江高场站、嘉陵江北碚站以及长江宜昌站的洪水发生时间和量级的联合分布。以此方法估计干支流洪水发生时间和量级的遭遇可能性及条件概率,并与实测资料的统计结果进行比较。结果表明,模型计算结果与实测相吻合,说明该方法不仅具有理论基础、而且结果合理可信,为洪水遭遇分析计算提供了一条新的途径。

基于Copula函数的3变量洪水频率研究

【目的】考虑洪峰、洪量和历时之间的相依关系,应用Archimedean Copula函数,探讨洪水3变量的联合概率分布和条件概率分布,为水利工程规划设计和风险评估提供依据。【方法】以陕北地区窟野河流域神木水文站48年的洪水资料为例,选择拟合效果好的Copula函数计算洪峰、洪量和历时的联合概率分布、条件概率分布,并绘制相应的条件重现期图。【结果】Gumbel-Hougaard Copula函数拟合洪峰、洪量和历时的联合概率分布效果较好;得到不同条件组合下洪水事件的条件概率分布和相应的条件重现期,同时得到确定条件下的重现期均小于超过该条件时的重现期。【结论】Copula函数全面考虑了洪水特征量之间的相依性,可用于洪峰、洪量和历时联合概率分布的计算。

两变量极值分布在洪水频率分析中的应用研究

采用了一种两变量极值分布来研究长江流域上某个站点的洪峰流量Q和洪水总量V之间的联合分布。该联合分布由实测资料来进行率定。率定结果表明,观测值(Q,V)联合分布的理论概率和经验概率基本上相符。在洪峰流量Q和洪水总量V联合分布函数的基础上,就可以很方便地推求洪峰流量和洪水总量同时发生的概率,或者在给定一个变量(比如洪水总量)的发生概率的条件下推求另外一个变量(比如洪峰流量)发生的概率,从而能对水文事件的统计规律有更加全面的认识。

分布式流域产流数学模型的研究

基于流域下垫面各个因子空间分布不均匀的特点 ,开发出一个参数分布式流域产流模型 ,将流域划分为一系列网格单元 ,采用连续方程计算每一网格单元的反映。模型可与地理信息系统连结 ,以获取网格单元的地理信息 ,可视化地显示和分析各单元格的基本情况以及对降雨径流的关系。采用此模型对陕西镇巴县的黑草河小流域进行了模拟 ,模拟结果与实际的洪水过程符合良好。