论水文计算中的经验频率公式

回顾经验频率公式推导的理论基础,比较各类公式的优缺点,研究P—Ⅲ型分布和不连序系列的无偏绘点位置,并对数学期望公式进行专门讨论,建议在水文计算中,应推广使用中值无偏经验频率公式。     

基于Copula函数的多变量水文不确定性处理器

传统的水文不确定性处理器(HUP)属于单变量结构类型,只能独立地给出各预见期实际流量的贝叶斯后验概率密度,没有考虑它们之间的内在相关性。本文利用Copula函数推导了贝叶斯转移预报(BTF)方法中后验转移密度的解析表达式,提出了基于Copula函数的贝叶斯转移预报(CBTF)方法和基于Copula函数的多变量水文不确定性处理器(CMHUP),进而发展了基于Copula函数的贝叶斯极值预报(CBEF)方法,并应用于三峡水库入库洪水预报中。结果表明:所提方法实用有效,CBTF方法和CMHUP可以定量地评估三峡水库入库流量转移预报的不确定性,准确揭示了水文预报不确定性在时间上的演变特征,CBEF方法则提供了预见期时段内最大入库流量预报的不确定性信息。所提方法不需要进行线性-正态假设,能够很好地捕捉流量过程的非线性和非正态特征,适用范围更加广泛,对于支撑防洪减灾和水库运行调度具有重要的参考价值。     

基于海温多极指标的长期降水预报方法

准确的长期定量降水预报对水库防洪兴利综合调度具有重要的理论价值和现实意义。本文提出基于海温多极指标的长期定量降水预报方法,并以长江上游区间为例进行应用和检验。结果表明:海温多极指标能有效预报长江上游1961—2017年汛期(5—10月)的月降水量。相比于传统的单元、多元线性回归和典型相关分析方法,该方法更为稳健、预报精度较高,特别在初汛及后汛期月降水量预报上,具有显著的优越性。研究成果可以为三峡水库防洪兴利调度决策提供科技支撑。     

水库运用期的设计洪水理论和方法

水利水电工程兴建和气候环境变化,明显改变了河川径流及洪水的时程分配过程,并直接影响下游断面的设计洪水。本文综述讨论水电工程建设期的设计洪水、分期设计洪水、动态设计洪水和受上游水库影响设计洪水的研究进展及存在问题。提出水库运用期的设计洪水的科学问题,研究内容和关键技术,重点介绍最可能地区洪水组成和多变量分析理论和方法,为开展受上游水库运行调蓄影响条件下水库运用期设计洪水研究提供思路和方向。     

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库联合蓄水方案与多目标决策研究

为协调好梯级水库联合蓄水调度过程中防洪、发电、蓄水和航运等目标之间的矛盾,实现各水库蓄水时机与蓄水进程的协同优化,以溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库为例,推求了可权衡防洪与兴利之间矛盾的梯级水库联合蓄水方案,主要研究内容主要包括以下3个部分:(1)风险分析,推求了汛末各分期内坝前最高安全水位约束和联合蓄水方案的防洪风险;(2)兴利效益分析,分析了联合蓄水方案的发电和蓄水等兴利效益;(3)多目标决策,评价了联合蓄水方案的防洪风险、发电和蓄水效益,得出了最优非劣质蓄水方案。研究结果表明:溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库的较优联合蓄水方案,分别为9月5日起蓄的同步起蓄方案和9月1日-9月5日-9月10日起蓄的异步起蓄方案,较原设计蓄水方案,年均发电量可分别增加23.76和20.43亿k W·h,增幅分别为3.25%和2.78%;蓄水率可由96.73%分别提高至97.51%和97.57%,两者均可在不降低原防洪标准的前提下,提高梯级水库的综合效益,前者的发电效益较优,而后者的蓄水效益较优。     

水文预报不确定性对水库防洪调度的影响分析

定量分析预报的不确定性,已成为防洪预报调度风险分析中的关键问题。本文基于Copula函数,提出了可以描述水文预报不确定性随时间演化特性的CUE(Copula-based Uncertainty Evolution Model)模型,并通过该模型模拟了水文预报不确定性序列;基于Monte-Carlo方法和模拟序列,计算了预报不确定性对水库防洪预报调度的影响。结果表明,CUE模型能够很好地模拟水文预报不确定性,采用预报预泄法,对三峡水库进行防洪调度,不会增加防洪风险率。     

PA-DDS算法在水库多目标优化调度中的应用

Pareto存档动态维度搜索（Pareto-Archived Dynamically Dimensioned Search,PA-DDS）算法是一种求解多目标问题的随机搜索启发式算法。本文将PA-DDS算法引入考虑供水和发电的多目标优化模型优化水库调度图,与非支配排序遗传算法（NSGA-II）和多目标粒子群算法（MOPSO）对比了收敛性,并在求得非劣解分布的均匀性和与理论Pareto前端的相似性方面与NSGA-II进行比较,分析该算法求解水库多目标调度问题的优化性能,对比分析不同目标下的优化调度图。结果表明：PA-DDS算法能够得到更高质量的非劣解集,优化调度图与原设计调度图相比,能更有效协调供水和发电的矛盾,在小幅降低（0.96%）发电量的前提下显著提高（8.07%）水库供水量,平均每年增加经济效益0.55亿元。     

清江水布垭和隔河岩梯级水库防洪库容互补关系研究

采用同频率组成法和最可能组成法推求隔河岩水库的洪水地区组成,基于不降低设计防洪标准的原则推求了水布垭和隔河岩梯级水库防洪库容互补关系。结果表明,采用同频率组成和最可能组成方法,推求隔河岩水库设计洪水地区组成合理可行;当清江流域发生20~200年一遇洪水时,水布垭-隔河岩水库防洪库容具有近似线性互补关系,折算系数均值为0.63,其他重现期洪水的折算系数为1;不同典型年和设计频率对防洪库容折算系数的影响较小;在确保预留总防洪库容不少于10亿m³前提下,实现隔河岩水库汛期运行水位动态控制,与原设计各预留5亿m³方案相比,清江梯级电站年均汛期可增发电量9100万kW·h(+5.1%)。     

汉江流域水生态文明建设评价

根据汉江流域水生态文明特征,以行政单元为评价分区,建立汉江流域水生态文明评价指标体系,包括自然和社会2个系统,山区、平原和水域3种流域地貌单元,水安全、水生态、水环境、水节约、水监管和水文化6类人水关系子系统以及25项指标。引入基于AHP法和熵值法的融合权重,采用模糊综合评价法和灰色关联分析,评价2017年汉江流域水生态文明建设水平。结果表明汉江流域水生态文明建设具有较强的社会属性,二者关联度达0.844,因而呈中下游相对领先、上游略有滞后的空间格局,其中水安全、水环境和水节约是影响水生态文明建设的要因。评价结果可为汉江生态经济带建设发展规划提供参考与依据。     

多变量水文分析计算方法的比较

简述了多维联合分布在水文分析计算领域的研究进展,结合实例比较分析了多变量水文分析计算3种代表方法,即正态变换法、非参数方法和Copula函数法的适用性和合理性.通过Monte Carlo试验,比较研究这3种方法的统计性能.实例分析及统计试验表明:正态变换方法在其反变换过程中可能会出现部分信息失真,导致计算结果不可靠;非参数法外延的有效性差,不适合作水文事件的尾部分析;Copula函数法的计算过程是可逆的,推求的结果相对可靠,无偏性和有效性等统计性能也最好,可以在多变量水文计算领域推广应用.