基于水文气象分区线性矩法的淮河流域极值降雨频率分析

以淮河流域为研究区,利用地区线性矩法进行站点极值降雨的频率分析。研究结果表明:基于气象成因和水文统计特性相结合的方法将研究区划分为6个通过异质性和不和谐性检测的水文气象一致区。在此基础上,通过蒙特卡罗模拟、均方根误差和线性矩系数的相关图综合判断得出各时段下6个一致区下的最优分布。其中,24h时段下的最优分布分别为:GEV、GNO、GLO、GEV、GLO、GEV。利用最优分布计算出淮河流域各站点一整套(多时段多重现期)的频率估计值。其中,最大值分布在沂蒙山区,这与站点的实际观测相一致。水文气象分区线性矩法是一种稳健可靠的频率分析方法,可应用于其它流域。     

地区线性矩法估算的暴雨频率设计值空间连续性问题探讨

地区线性矩法(Regional L-moments Analysis,RLMA)是目前最先进的频率估算方法之一,自20世纪90年代起被广泛应用于美国及其他一些国家的防洪设计标准的分析计算中;我国近年也在太湖流域暴雨频率分析中成功地采用推广了这一水文气象途径的频率计算方法,积累了实际经验。但是,由于地面雨量站点有限、资料长度有限以及站点空间分布的不均匀等问题,研究区中相邻水文气象一致区之间暴雨频率估算值会出现空间不连续性的现象,这个空间不一致的问题尚没有得到合理的解决。在简要介绍地区线性矩法推求频率估计值的基础上,着重讨论并介绍一种概念清楚、简单易操作的基于空间往返二次内插的校正方法,来解决频率估算值空间不连续的问题。这种空间内插平差主要通过构造一个与研究区实测站点控制面积相应分辨率的虚拟网格站网来实现。研究结果表明,经过平差后校正的研究区内各站点的频率估计值的经验频率与理论概率更加接近,频率估计值的空间分布也更加合理。     

基于年最大抽样序列的暴雨频率估计值的修正研究

以江苏省为研究区,利用地区线性矩法和周文德频率转换关系式对年最大抽样序列估算的频率估计值进行修正,推求合理可靠的频率估计值。研究结果表明:基于气象成因和水文统计特性相结合的方法将研究区划分为5个水文气象一致区。通过蒙特卡罗模拟、均方根误差判断各一致区的最优分布;年最大抽样序列的最优分布以GEV为主,年超大抽样序列的最优分布以GPA为主。基于两个实测序列计算的频率估计值比值和基于年最大抽样与周文德转换后的年超大抽样计算的估计值比值进行比较,研究表明:周文德频率转换关系式适用于该研究区。在此基础上,对年最大抽样序列估计的频率估计值进行修正。站点的频率估计值分布特征表现为:随着重现期的增加而增加,不同重现期下的暴雨频率估计值空间分布趋势基本一致,从南向北渐增,暴雨中心分布在苏北的宿迁和连云港一带;站点的频率估计值与同频率的观测值吻合较好,相对误差较小、相关性很高。基于年最大抽样序列和周文德公式频率转换能够推求计算合理可靠的暴雨频率估计值。     

线性矩法与常规矩法对太湖流域降雨频率分析的比较研究

介绍了线性矩法的基本理论,并与常规矩法进行了初步的比较与分析,说明了其理论上的优越性;以太湖流域的雨量资料为例,选取4个站点分别应用线性矩法和常规矩法估计其不同重现期下年极值降雨频率设计值;最后,利用Monte Carlo方法对太湖流域内96个站点数据进行模拟,比较线性矩法和常规矩法所估计的统计参数。结果表明:线性矩法估计的参数在精确性、不偏性及稳健性方面较常规矩法更优。     

无资料小流域不同暴雨频率计算方法的比较

实践中存在规划小流域降雨资料不足或无降雨资料的情况下,使用三种不同暴雨频率计算方法,即传统矩法、地区综合法和L-矩法来计算不同重现期下小流域的设计暴雨与暴雨过程线.结果表明,L-矩法和地区综合法各有优势,可适用于不同资料情况设计暴雨的计算.分析结果希望为无资料小流域利用暴雨资料推求洪水过程提供一定的借鉴和启示.     

淮河流域极值降雨频率估计时空分布一致性检验和纠正

由于地面雨量站点空间不均及站点资料长度有限、相邻时段和相邻一致区的最优分布函数选择不同,造成降雨频率估计值出现交叉和空间不连续的现象,时空不一致的问题尚没有得到合理的解决。为了获取更加完善合理、时空一致的频率估计值,利用水文气象分区线性矩法计算出的频率估计值,通过误差分摊和二次空间插值及平滑技术对时空分布一致性进行检验和纠正,消除分布曲线的交叉和边界梯度的问题。研究结果表明:通过误差分摊纠正后,消除了交叉异常曲线,各个时段的频率估计值相互制约更加合理;通过空间二次插值纠正后,边界梯度和误差得到明显改善,各站点的频率估计值的经验频率与理论概率更接近,空间分布也更合理。多时段不同重现期下的频率估计值空间分布总体趋势一致,最大值主要分布在淮河流域的东北沂蒙山区,最小值分布在流域的北部平原地区,与站点的实际观测相一致,可为工程设计暴雨和洪水提供基础资料和重要水文依据。     

极值分布和P-III型分布线性矩法在区域洪水频率分析中的检验

以江西省和福建省的86个水文站的年最大洪水资料为样本,在成因水文分区———模糊聚类法的基础上,采用线性矩区域综合方法进行区域洪水频率分析,并选用两种区域洪水分布线型:通用极值分布(GEV)、P-III型分布来检验这两省的洪水特性。结果表明,P-III型分布优于GEV分布。     

太湖流域水文设计成果修订研究

延长降雨系列至2010年,在2010年太湖流域土地利用条件下,对太湖流域防洪规划、水资源综合规划等水文设计成果进行了复核分析。分析结果表明:太湖流域不同时段设计暴雨和设计洪量与防洪规划成果基本一致,个别水利分区受土地利用变化大等因素影响,设计洪量变化相对较大;太湖流域不同降水保证率年雨量与水资源综合规划成果基本一致,设计年径流量及多年平均径流量同样受土地利用变化等因素影响略有增加。总体而言,本次复核修订的水文设计成果不会对原规划成果造成较大影响。     

太湖流域设计暴雨修订

太湖流域属平原河网地区,河网密布、水流流向往复不定,不存在流域出口控制断面,太湖流域设计洪水一般根据设计暴雨采用流域产汇流模型间接推求。因此,设计暴雨成果将直接影响流域防洪规划、工程设计、风险图编制等多项工作,其可靠性关系到流域的防洪安全,是一项十分重要的基础工作。开展了太湖流域设计暴雨修订计算,与太湖流域防洪规划设计暴雨成果对比分析,并针对设计暴雨过程推求采用的不同空间分配方法,进行成果的合理性评估。     

极值分布和P-Ⅲ型分布线性矩法在区域洪水频率分析中的检验

以江西省和福建省的86个水文站的年最大洪水资料为样本，在成因水文分区--模糊聚类法的基础上，采用线性矩区域综合方法进行区域洪水频率分析，并选用两种区域洪水分布线型：通用极值分布（GEV）、P-Ⅲ型分布来检验这两省的洪水特性。结果表明，P-Ⅲ型分布优于GEV分布。     

Regional flood frequency modeling for a large basin in India

The computation of flood magnitude and its likely occurrence to design different hydraulic structures are major challenges to the research community. The present study has been carried out to identify the homogeneous regions in the Mahanadi basin in Chhattisgarh part (data from 26 gauge/discharge sites) of India using conventional and clustering-based homogeneity tests and then computation and identification of probability-weighted moment and L-moment-based best regional distributions for different regions. Different simple to complex distributions like Extreme Value-I, Generalized Extreme Value, Logistic, Generalized Logistic, Generalized Pareto, Normal and Log-normal, Wakeby-4, and Wakeby-5 was used in the analysis through standardizing procedure to compute regional distributions. The best-fit distribution selected by simulating several series and compute L-kurtosis along with the L-moment ratio diagram. The homogeneity analysis confirmed that this basin can broadly be divided into two different homogeneous regions with 15 and 11 stations in the first (Region-1) and second (Region-2) regions, respectively. The GEV distribution was found best suited for Region-1 while the Generalized Pareto worked well for Region-2. To make results more convenient for field application, catchment area-based equations were converted in the form of Dicken’s or Ryve’s formulae for these regions to estimate flood quantiles of any return period.

     

Regional frequency analysis of daily rainfall extremes using L-moments approach

Daily extreme precipitation values are among environmental events with the most disastrous consequences for human society. Information on the magnitudes and frequencies of extreme precipitations is essential for sustainable water resources management, planning for weather-related emergencies, and design of hydraulic structures. In the present study, regional frequency analysis of maximum daily rainfalls was investigated for Golestan province located in the northeastern Iran. This study aimed to find appropriate regional frequency distributions for maximum daily rainfalls and predict the return values of extreme rainfall events (design rainfall depths) for the future. L-moment regionalization procedures coupled with an index rainfall method were applied to maximum rainfall records of 47 stations across the study area. Due to complex geographic and hydro-climatological characteristics of the region, an important research issue focused on breaking down the large area into homogeneous and coherent sub-regions. The study area was divided into five homogeneous regions, based on the cluster analysis of site characteristics and tests for the regional homogeneity. The goodness-of-fit results indicated that the best fitting distribution is different for individual homogeneous regions. The difference may be a result of the distinctive climatic and geographic conditions. The estimated regional quantiles and their accuracy measures produced by Monte Carlo simulations demonstrate that the estimation uncertainty as measured by the RMSE values and 90% error bounds is relatively low when return periods are less than 100 years. But, for higher return periods, rainfall estimates should be treated with caution. More station years, either from longer records or more stations in the regions, would be required for rainfall estimates above T=100 years. It was found from the analyses that, the index rainfall (at-site average maximum rainfall) can be estimated reasonably well as a function of mean annual precipitation in Golestan province. Index rainfalls combined with the regional growth curves, can be used to estimate design rainfalls at ungauged sites. Overall, it was found that cluster analysis together with the L-moments based regional frequency analysis technique could be applied successfully in deriving design rainfall estimates for northeastern Iran. The approach utilized in this study and the findings are of great scientific and practical merit, particularly for the purpose of planning for weather-related emergencies and design of hydraulic engineering structures.     

基于MIKE 11的北京市典型区域降雨径流特征研究

以北京城市化发展区凉水河大红门闸控制流域为典型区域,在分析区域20世纪80年代到2000年后下垫面变化特征的基础上,结合区域同时期的降水和径流资料,采用MIKE11软件中的UR-BAN模块构建流域降雨径流模型,以流域模拟流量和实测流量拟合效果最佳为原则,利于多场次的实测降水进行降雨径流的模拟分析,研究区域城市化发展对水文特性变化的影响。     

基于相关分析的雨量站选择及洪水预报方法

在分析历史降雨资料的基础上,建立流域内各雨量站点雨量与流域平均面雨量的相关关系。结合流域水文站分布图选出与流域面雨量相关性高且有区域代表性的雨量站作为遥测系统的关键测站,保证其稳定运行。利用定点定面关系分析方法,由流域内关键测站的时段雨量推求流域时段面雨量,并带入洪水预报模型进行洪水预报。该方法不依赖流域内全部测站的降雨信息,可有效解决流域内雨量站缺测或数据错误时的洪水预报问题。该方法可为无资料或资料短缺地区及新建水库因资金限制只能建设少量测站时的洪水预报提供参考。     

近50年来黄河流域400 mm等雨量线空间变化研究

以黄河流域及周边地区1 026个雨量（水文）站1956—2000年逐日降水过程资料为基础，以GIS技术为关键数据处理平台，建立等值线加权平均位置的定量化表征方法，采用时间序列分析技术，对黄河流域近50年来400 mm等雨量线的空间位移特征进行了系统揭示。1956—2000年间，黄河流域多年平均降雨量为454.62 mm；400 mm等雨量线加权平均位置坐标为（105°0′4″E，36°57′54″N）。整体上看，近50年来，黄河流域400 mm等雨量在纬向上的移动是典型的平稳随机序列过程；在经向上的移动尚不能满足平稳随机序列过程。趋势检验结果表明，黄河流域400 mm等雨量线有向东和向南发生移动的趋势，且向东移动的趋势显著。功率谱分析表明，黄河流域400 mm等雨量线在经向上发生迁移的显著周期为3年；在经向和纬向上均有7年和2年周期；同时，位移具有反向持久性。     

Multivariate delineation of rainfall homogeneous regions for estimating quantiles of maximum daily rainfall: A case study of northwestern Mexico

Lack of data in maximum daily rainfall frequency analysis can generate ineffcient estimates for design purposes. An approach to diminish these errors is to apply regional estimation techniques, which require that all stations be located at the same homogeneous region. In this paper, a delineation of homogeneous precipitation regions was made based on the multivariate methods of principal component analysis and hierarchical ascending clustering. A region in northwestern Mexico was selected to apply this methodology. It was concluded that only the coeffcients of variation of the L-moments, along with latitude, longitude and altitude at each climatological station are sufficient to define the homogeneous rainfall regions, and that either the inclusion or exclusion of information in the regional techniques has a direct impact on the estimation of events associated to different return periods.     

洪水预报模型输入与输出的误差分布及相关性分析

降雨预报信息作为洪水预报模型的输入,该信息的准确性直接影响洪水预报模型输出的准确性.为探究模型输入(降雨预报)误差与输出(洪水预报)误差之间的关系,以英那河流域为例,分析了不同雨量等级下,预报模型的输入误差与输出误差的分布规律,并定性分析了两种误差的相关关系.结果表明,降雨量等级若为无雨及小雨时,两种误差不相关;若为中...     

淮北平原浅层地下水多年动态变化及监测统测评估

【研究目的】变化环境下地下水时空规律的研究有助于水资源精细化管理和区域水资源安全保障。【研究方法】本文基于淮北平原区典型气象站1953—2019年月降雨数据,采用小波分析及M-K检验法,研究多年尺度降雨周期性变化及趋势规律;结合395个国家级监测井及地下水统测数据,采用主成分分析法进行监测井优化评价。【研究结果】淮北平原多年降雨量呈现多时空尺度变化特征,南部地区主周期较北部地区偏小,但周期尺度较多,变化更为复杂;西北部的浅层地下水位持续下降,其余区域水位处于有升有降的波动状态;南部区域浅层地下水水位在1970年、2003年及2019年3个时段呈现出先降低再恢复,北部部分区域地下水水位则呈现先升高再降低的特征,研究区水位总体存在下降趋势,但2000年以来水位总体有所回升;经主成分分析优化后的277个监测井（221个水利井和56个自然资源井）能代表395个原国家监测井的总体水位变化情况。【结论】国家地下水监测工程长序列监测数据能够很好地服务于流域尺度水资源评价及管理,但省市级尺度或重点区域还需要进行优化和加密,地下水位统测可有效填补,该工作应在重要河湖两侧、淮河北岸一带、东北部山前平原等高水力梯度区域进行加密。