基于非对称Archimedean Copula的三变量洪水风险评估

分析洪峰、洪量和历时三变量联合分布与风险概率及其设计分位数,为水利工程规划设计和风险评估提供参考依据。以珠江流域西江高要站52年洪水数据为例,采用非对称阿基米德M6 Copula函数与Kendall分布函数计算三变量洪水联合分布的"或"重现期、"且"重现期和二次重现期及其最可能的设计分位数。结果表明:"或"重现期的风险率偏高,"且"重现期的风险率偏低,二次重现期更准确地反映了特定设计频率情况下三变量洪水要素遭遇的风险率;按三变量"或"重现期或三变量同频率设计值推算的洪水设计值偏高,以最大可能概率推算的三变量洪水要素的二次重现期设计值可为防洪工程安全与风险管理提供新的选择。

1962—2007年广东干湿时空变化特征分析

利用广东省74个气象站点1962—2007年的月降水与气温数据,计算多时间尺度的标准化蒸散发指数,采用旋转经验正交函数(REOF)、Mann-Kendall趋势检验和小波分析等方法分析广东近50年来的干湿时空变化特征。研究结果表明:①广东20世纪70年代以来干旱发生事件随时间持续增多,空间范围扩展;②根据REOF时空分解的前6个空间模态,可以将广东划分成6个干湿特征区域,分别位于珠江三角洲、韩江流域及东江流域上游、西江流域及北江中下游流域、粤东沿海区域、北江上游区域和粤西沿海区域;③广东干湿发展具有明显的东西部差异性,其中西江流域和北江中下游流域、雷州半岛为主的粤西沿海流域存在着显著的干旱趋势;④6个分区干湿变化普遍具有2～8年的振荡周期,但最强振荡周期有所差别。

广义极值分布参数估计方法的对比分析

简介了广义极值分布的3种参数估计方法:极大似然(ML)、线性矩(LM)和间隔最大积(MPS)方法的特点和计算方法,采用历年马口月最大径流量和广州日最大降水量作为广义极值分布不同参数估计方法的实证分析例子。分析结果表明,两实例各自3种参数估计方法得到的3个参数值较为接近,各种拟合优度检验结果表明两实例均服从广义极值分布,但MPS参数估计推算的设计值与观测值拟合更好。

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。

变化环境下西江北江枯水流量联合分布分析

基于Clayton copula和Kendall分布函数分析广东西江马口站和北江三水站枯水流量的联合分布及其风险概率。根据两站流量之间的时空关联与变异,以1959—2010年西江马口站历年连续7日平均最小流量和对应期间的北江三水站枯水流量为样本,分别计算1959—1985年和1986—2010年两个时段(分别称为样本A和样本B)的西江北江枯水流量联合分布的"或"重现期、"且"重现期和二次重现期及其最可能的设计分位数。结果表明:1样本B中马口站的枯水流量设计值小于样本A相应重现期设计值,三水站则显著增大;21985年后西江和北江枯水流量同频率遭遇的可能性较前期明显减小;3二次重现期所对应的累积频率代表了特定设计频率情况下西江和北江枯水流量遭遇的风险率;4由更严谨的二次重现期计算的马口站枯水流量最大可能设计值Q7d,T=20a、Q7d,T=10a和Q7d,T=2a设计值或更适合分别作为西江三角洲供水规划、生态需水和调水压咸设计参考值。

基于广义极值分布的设计波高推算

简介了广义极值分布函数及其3种参数估计方法,包括极大似然(ML)、线性矩(LM)和间隔最大积(MPS)估计的计算方法。使用广义极值分布函数推算了北部湾涠洲岛海域3个波向的年波高极值序列设计波高,并与Weibull分布、Gumbel分布和皮尔逊Ⅲ型分布的推算结果加以对比。分析表明,涠洲岛海域极值波高服从于广义极值Ⅲ型分布,拟合优度检验结果表明广义极值分布能更好地拟合极值波高;MPS方法是一种优良的参数估计法,推算的设计波高可作为海岸环境工程设计的首要参考值。

区间暴雨和外江洪水位遭遇组合的风险

流域区间的治涝方案以及排涝设施的规模都与区间暴雨和外江洪水位的遭遇息息相关,因此需要研究区间暴雨与外江洪水位遭遇的风险规律。采用copula函数建立区间暴雨和外江洪水位的联合分布,用联合概率密度来描述两者遭遇的机率,提出了以遭遇为设计组合的排涝风险率和重现期的分析方法。实例研究表明,copula函数能够较好地模拟广东省阳山县区间暴雨与外江洪水位的联合分布;联合概率密度曲线表现为明显的正偏态分布,对于不超过10年一遇的暴雨,遭遇同频率的外江水位的机率最大;但对10年一遇以上的暴雨,最大遭遇机率的外江水位的重现期低于暴雨重现期;对任一排涝重现期,则有成反相关的区间最大暴雨和外江洪水位重现期的多种组合方案,且任一组合方案的暴雨重现期都大于排涝重现期。

广东极端降水的三参数概率分布模式对比

采用包括广义极值分布、威布尔分布、广义逻辑斯特分布和皮尔逊3型分布在内的4种三参数概率分布模式推算广东省85个气象站历年日最大降水不同重现水平的分位数。主要结果如下:1)参数估计结果表明不存在普遍适用的极端降水概率分布模式;2)广东极端降水以珠江三角洲和沿海较为突出。其中,清远、汕尾、阳江为广东三大极端降水中心区;3)采用4种概率分布模式推算的极端降水重现水平差别很大。

广东西江北江洪水联合概率分布研究

基于Copula函数分析了由思贤滘连通的广东西江水文站-马口和北江水文站-三水构成的两个样本的洪水联合概率分布特征,获得如下结论:经过优选的马口、三水洪水边缘分布可分别由P-III型和GEV表示;拟合优度检验指标表明二者的最优连接函数均为Archimedean copula类的Gumbel-Hougaard Copula;重现期介于10～500 a之间的马口、三水洪水边缘分布与联合分布的洪水设计值相对差值大约介于0.6%～1.5%之间;基于条件概率计算的两站相同设计频率洪水的遭遇概率都大于88%。

变化环境下治涝效益估算方法研究

治涝工程建设前后涝区内状况往往会发生变化,承灾体的种类、数量和空间分布也会有所改变,因此,变化环境下治涝工程效益应为有治涝工程情况下比假设无该治涝工程情况下减少的涝灾损失;且各频率的暴雨导致的涝灾损失应为与承泄区各种水位组合下的涝灾损失的数学期望值。本文基于Copula函数和GIS构建的变化环境下治涝效益分析计算模型,用Copula函数构建涝区暴雨和承泄区水位的联合分布,借助GIS技术构建涝区数字高程模型。根据涝区暴雨和承泄区水位遭遇组合下的积水过程估算其涝灾损失,进而计算有治涝工程和假设无该治涝工程两种工况时所有组合下的涝灾损失期望值,从而得到治涝工程效益。以广州市南沙区的一个涝区为例简要说明了治涝效益的分析过程,结果表明,本文构建的治涝效益分析模型能分析涝区内状况和承灾体均发生改变、同时考虑涝区暴雨和承泄区水位全体组合下的治涝效益,可为治涝工程建设的合理决策提供科学依据。

基于Copula函数和SPEI的广东北江流域干旱频率分析

选取广东北江流域18测站近50年日均温、日降水数据,计算出标准化降水蒸散指数(SPEI),通过游程理论确定干旱历时、烈度、烈度峰值等干旱变量;选用11种概率分布函数对干旱烈度和烈度峰值进行拟合,采用线性矩法估计参数,通过Kolmogorov-Smirnov方法进行拟合优度检验,确定出最佳的概率分布函数,并在此基础上对干旱变量10年一遇设计值进行空间分析。通过Genest-Rivest方法及尾部相关性分析,本文选取具有上尾相关性的GH Copula作为干旱变量的联接函数,并采用相关性指标法估计参数;进而对流域干旱变量联合概率分布进行研究,以期为分析区域水量平衡及防灾减害的干旱风险管理提供科学依据。

河渠水面线计算中几个关键问题探讨

从应用角度出发探讨可能导致河渠水面线计算误差的几个关键问题:①应用条件的控制与水面线计算结果精度的把握,并以实例探讨河道底坡、计算河段的长度Δs和起推水位对结果精度的影响;②弯道水流的横向和纵向水面线计算;③扩散河段、收缩河段以及有支流汇入的河段在不同缓急状态下是否计入局部水头损失对水面线结果的影响。这些探讨可为堤防工程规划设计提供参考。

考虑温室气体排放的红树林湿地生态价值评估——以海南东寨港红树林湿地为例

目前,有关红树林生态系统服务评估的研究基本未考虑红树林湿地温室气体排放问题。以海南东寨港红树林湿地为研究对象,采用考虑温室气体排放负面效应的生态系统服务功能价值评估体系,对红树林生态价值进行全面评估。结果显示,东寨港红树林湿地生态系统服务价值为71 661.69×104 CNY,CH4排放产生的负价值为569.33×104 CNY,占0.79%;略低于景观美学与精神文化功能价值(0.86%),但高于有害生物的控制价值(0.03%),考量CH4排放产生的负价值在红树林生态价值评估体系中有其必要性。

基于Copula函数的海岸增水高度与相应风速的遭遇概率分析

简要论述了Copula理论与几种常用的二维Archimedean Copula函数的性质和适用性。以粤东汕头海域妈屿历年最高增水高度与相应风速的遭遇为研究实例,在分别采用3个三参数的概率分布模式:广义极值分布(GEV)、Weibull分布(WBL)和皮尔逊Ⅲ型(P-Ⅲ)分布对两个边缘分布(年最高增水高度与相应风速)拟合优度检验基础上构建了两变量联合概率分布模型。主要结果如下:(1)年最大增水高度与相应风速的边缘分布分别服从Weibull分布和P-Ⅲ型分布;(2)拟合优度检验指标表明二者的最优连接函数为Archimedean Copula类的Gumbel-HougaardCopula;(3)重现期介于2～200a之间的边缘分布与同频率的联合分布的重现水平相对差值大约介于6.7%～22.2%之间;(4)特定风速设计频率条件下,随年最大增水设计频率的减小,二者的遭遇概率也随之迅速减小;反之,特定增水设计频率随风速条件频率的减小,二者的遭遇概率随之明显增大。

不同历时设计暴雨组合的风险率分析

基于Copula理论与方法,以广州1951~2010年的日降水为例,以最大日降水量为基准,构建最大日降水量（W1）与历时3日（W3）降水量,最大日降水量（W1）与历时7日（W7）降水量两个组合的联合概率分布模式。经择优检验建立了边缘分布为广义极值和P-III型的Gumbel-Hougaard Copula两变量联合分布。随之,推算了两个组合降水的同现重现期和设计暴雨值。最后,依据条件分布计算了在大于或小于年最大日降水量特定设计暴雨条件下超过历时3日或7日降水设计值的风险率。

珠江口海平面特征分析

根据珠江三角洲网河区及口门位置的四个验潮站38年的月均水位资料,利用小波方法分析水位的周期性变动成分,同时结合重标极差法与Mann-Kendall法对水位变动的持续性及趋势性进行研究,通过对比网河区与口门位置水位变动的异同,揭示珠江口海平面的变化特征。研究表明,1957-1994年间,珠江口海平面存在2～8a的显著周期性变动,以及10a和20a左右的周期性变动。珠江口的海平面变化具有明显的持续性,且越靠近口门,这种持续性越明显。珠江口的海平面变化总体为上升趋势,上升速度介于1.6～4.0mm/a。

河渠水面线推求方向的可行性研究

河渠水面线的推求,首先必须确定推求方向,因为虽然从理论上可从上游或下游断面开始递推,但实际上都可能遇到无法推求的情况.构建的规则河渠水面线推求方向可行性分析方法,首先分析水面线计算式上、下断面能量函数曲线的特性,研究计算河段长度、河道底坡对其的影响;然后探讨上、下断面的能量函数曲线相对位置关系,从而探究无法推求的原因及求解的规律性,并以实例进行分析.研究结果表明,由下游向上游推求等截面缓坡、临界坡河段及收缩河段,或由上游向下游推求等截面陡坡、临界坡河道及扩散河段,总能找到可行解或通过缩短计算河段长度找到可行解;而由上游往下游推求等截面缓坡河段、收缩河段,或由下游向上游推求等截面陡坡河段、扩散河段时,则存在无解区域,且无解区域发生在临界流态的某一邻域内,邻域左右半径不一定相等;此外,河段长度愈长,坡度愈陡,邻域半径愈大.

河口治涝承泄区的设计潮位选取

河口区的治涝规划设计,必须合理确定与设计暴雨相组合的承泄区设计潮位.构建的承泄区设计潮位的选取方法,首先采用Copula函数构建年最大暴雨和相应潮位的联合分布,再基于联合分布和年最高潮位的分布提出治涝设计潮位的选取方法.并以位于珠江三角洲河口区的广州南沙区和位于粤东韩江河口区的汕头市龙湖区为实例来对比分析.结果表明两地的暴雨与潮位的遭遇组合规律并不相同:①如对10年一遇及以上年最大暴雨,若与10年一遇年最高潮位相组合,在广州市南沙区,其组合风险率几乎为0;而在汕头市龙湖区,其组合风险率达5.97%以上.②若以10年一遇设计暴雨与10年一遇年最高潮位为设计组合,在广州市南沙区,其排涝重现期接近10年;而在汕头市龙湖区,其排涝重现期仅为6.52年.

广东闸坡海域潮汐特征分析

分别利用闸坡验潮站1975和1978年逐时潮位资料求算各自的调和常数并进行对比,验证调和常数的稳定性。结果发现,用1年逐时潮位数据进行调和常数的求算是可信的。调和常数是否稳定决定了进一步计算的非调和常数、潮位频率分布和2小时乘高潮位频率分布的可靠性。对后两者的计算,分别采用BPF方法和统计方法加以对比,以检验BPF方法的稳定性。研究表明,在只有1年逐时潮位数据的情况下,应用BPF方法进行潮位频率分布计算和2小时乘高潮位频率计算是可行的。分析结果较好地反映了闸坡海域的潮汐特征。

感潮地区排涝分析计算方法和思路研究

分析了感潮地区的排涝类型和排涝方案,系统研究了排水过程受潮位影响、可以利用闸门抢排下的排涝计算方法和计算思路,并以实例分析。结果表明,只要能利用闸门抢排,则从理论上一定可以通过设置足够宽度的闸门和足够的水面率(以水面率大小来表示调蓄能力的大小)来实行完全自排。最终方案的选择,以及排涝设施规模和涝区水面率的确定,尚需通过方案经济分析比较结合土地开发利用情况以及抗旱、改善水环境条件等多因素综合分析确定。