基于Copula 函数推求设计潮位过程线

现行推求设计潮位过程线采用的同频率设计方法,未考虑到高潮位与潮差间的相关性及同时发生的概率。择优选用G-H Copula函数建立年最高潮位和年最大潮差的二维联合分布模型,对重现期进行计算与分析。以天津港塘沽站长期潮位资料为研究数据,经分析得到以下结果:在年最高潮位与年最大潮差相关性弱的感潮河段,较大重现期的高潮位和潮差同频率发生的概率很小;实测资料中年最高潮位与相应潮差的同现重现期主要受高潮位重现期的控制,且二者间存在良好的线性相关关系。提出了一种以高潮位为控制要素,结合同现重现期推求设计潮位过程线的方法,可应用于以考虑高潮位为主的防洪潮设计,而对以考虑潮流为主的设计潮位过程线推求则不适用。     

基于Copula函数的设计暴雨雨型研究

城市原有排水防涝系统设计标准偏低会导致洪涝灾害频率升高。设计暴雨雨型是制定排水防涝系统设计标准的重要依据和前提,对城市建设和洪涝治理至关重要。采用同频率法、SCS法、暴雨衰减指数法和概率密度函数(PDF)法对宿迁市设计暴雨雨型进行研究,基于Copula函数的风险联合概率模型对4种雨型结果进行对比分析。研究结果表明:同频率法和暴雨衰减指数法的设计雨型相似,风险率相近;SCS法的雨峰偏大,风险率较小,但其最大6 h时段的降雨不集中;PDF法的雨峰与同频率法一样,但其最大3和6 h雨量较为集中,风险率最小。本次的研究方法和结果可以对设计雨型的方法和对比提供新思路和参考。     

设计暴雨推求盖下坝水电站设计洪水分析

长滩河为长江南岸一级支流,地处清江暴雨区和川江暴雨区的交汇地带,暴雨洪水特性较为特殊。文中通过对流域内暴雨特性分析,阐述了由设计暴雨推求设计洪水的计算过程,简要分析了盖下坝水电站设计洪水成果的合理性。     

基于Copula函数的洪水峰量联合设计方法研究

为明晰洪水峰量联合设计的特点,以岗南水库洪水为例,基于Gumbel Copula函数,分析了AND、OR、Kendall、生存Kendall 4种重现期的优缺点,采用极大似然法、同频率法、条件最可能组合法3种方法计算了联合设计值。结果表明: ①AND和OR重现期在危险域和安全域的识别上存在局限性;相对而言,Kendall重现期更合理,但其安全域是无界的,这与实际不符;生存Kendall重现期则界定了有界的安全域,使得重现期的概念在逻辑上更科学合理。② 3种设计值计算方法的差别不大,但从简单实用角度出发,推荐采用同频率法计算设计值。③不同重现期标准的设计值差别比较明显,基于OR重现期计算的设计值总是最大的,生存Kendall、Kendall重现期设计值次之,AND重现期设计值最小。④推荐采用生存Kendall重现期进行两变量洪水设计,因其有比较严谨的理论基础,且设计结果兼顾了安全性与经济性。⑤两变量联合设计值与单变量设计值的差异受变量间相关性的影响较大,且变量相关性越弱,差异越大。研究显示,基于生存Kendall重现期、采用同频率法计算设计值是目前较为科学合理的洪水峰量联合设计途径。     

山西省设计暴雨雨型分析

根据山西省气候特点,将全省分为4个暴雨分区。无资料地区多利用设计暴雨计算设计洪水,在推求设计洪水过程线时要用到设计暴雨的雨型。本文简述了设计暴雨日雨型及时雨型的分析方法,利用这些方法分别对每个暴雨分区进行分析,综合得出了各分区的设计日雨型和时雨型,并且还针对工程控制面积小、汇流历时不足1h的流域,构造出了派生雨型,使小流域利用设计暴雨推求设计洪水过程线所需的设计暴雨雨型更加完善。     

极值设计暴雨和洪水特征的区域预测

在水库、溢洪遭、导流等这些河川水工建筑物的设计中，水文学上晟重要的问题之一是研究极值暴雨和相应的洪水以及随之而来的设计洪水估算。在假定流域呈线性的基础上，通常把降雨的统计分析与单位过程线相结合的方法认为是解决这一问题的最佳方法。然而，这种方法在无测站流域非常麻烦。     

不同统计取样方法的设计暴雨量和重现期关系

本文按国际GBJ14－8附录一提出的要求，结合实例，分别用年老大值取样法和一年多次取样法进行了城区设计暴雨计算，给出了同一设计暴雨量两者重现期数值的对比关系，分析成果比较合理可行。同时对文献所提出的相应成果的不合理性进行了讨论和评价。     

基于Copula函数的水文干旱联合概率分布研究

双变量联合分布及重现期计算是水文干旱研究的重要内容。根据游程理论确定水文干旱事件,利用Copula函数建立干旱历时和烈度的联合分布,计算不同干旱事件的重现期。实例分析结果表明,联合分布可以考虑干旱历时与烈度不同组合情况,计算的联合重现期大于边际分布计算结果,泾河和北洛河最长历时干旱事件联合重现期为480 a和342 a。     

二次重现期在暴雨洪涝灾害中的应用研究

为了在暴雨洪涝灾害事件中实现城市防灾减灾的合理规划和有效预警,构建了不同历时降雨组合联合分布模型,应用Copula函数与二次重现期原理,估算不同降雨组合下的联合重现期、同现重现期、二次重现期值,以及在不同重现期下的降雨设计值。结果表明:研究区设计暴雨值重现期的分布规律呈现为联合重现期单变量重现期二次重现期同现重现期,在P1hP1d中,二次重期的估算设计暴雨值的误差范围为0.22%~1.74%,在P1hP3d中,二次重现期误差范围为0.42%~1.89%。结论认为,两种传统重现期在估算设计暴雨值时存在偏差,二次重现期能够更准确地描述实际暴雨事件,并起到了既满足防洪排涝设计要求,又可以降低工程经济成本的作用。     

基于Copula函数和不同时间尺度的人民胜利渠灌区干旱风险分析

灌区干旱事件频发严重制约农业的可持续绿色发展,为了定量分析人民胜利渠灌区的干旱风险,基于灌区1951—2017年逐月降水量与平均气温系列数据,构建不同时间尺度下标准化降水蒸散指数(SPEI),利用游程理论识别不同时间尺度的干旱历时和干旱强度两个特征变量,并结合Copula函数建立联合概率分布函数,进而分析不同时间尺度的灌区干旱联合分布概率及其同现重现期。结果表明：不同时间尺度的最大干旱历时和干旱强度均不同,12个月尺度在干旱历时为31个月时干旱强度最大(24.4);1个月尺度、3个月尺度和6个月尺度的灌区干旱事件以短历时低强度的情况居多,而12个月尺度存在较少的长历时、高强度情况;不同时间尺度的干旱联合分布概率和同现重现期均不同,如6个月尺度在干旱历时大于5个月且干旱强度大于5时的联合分布概率为19.65%、联合分布概率的变化率为32.37%,干旱历时为5个月且干旱强度为5时的同现重现期为1.65 a。     

基于Copula函数的高强度降雨设计研究

文章利用Copula函数构建降雨量与降雨历时倒数的联合分布,以北京市十三陵水库流域1980—2020年降雨数据为基础,重点研究短时间内的高强度降雨,并以此为基础设计出对应频率下的最可能降雨量与历时组合场景.结果表明:双变量设计降雨模型可综合考虑降雨量和历时之间的关联度,在实际应对高强度降雨中具有较大的价值.     

暴雨特征信息的时空尺度及重现期的探讨

郑州"2021.7.20"暴雨发生后,暴雨特征信息描述成为网络热点,各种观点引起公众诸多误解.从暴雨特征信息的空间尺度、时间尺度、极端暴雨重现期等方面梳理信息传播中的网络乱象;从暴雨特征时空要素的规范性、暴雨原始监测数据与特征信息的共享程度、暴雨重现期的科学性等角度探讨乱象发生的原因.主要结论包括:及时、规范、精准的信...     

叶尔羌河源流区洪水极值事件联合概率分析

以叶尔羌河流域源区为例,选取塔什库尔干气象站的气温数据和库鲁克栏杆站的洪水资料,基于Copula函数对洪峰流量和1、3、7 d洪水总量的概率分布特征进行分析,结合小波相干分析进一步探讨气候因子变化与洪水极值事件的关系。结果表明：两变量的同现重现期>单变量重现期>两变量的联合重现期,联合重现期和同现重现期随着洪峰流量和洪量的增大而变长,相应洪水极值事件发生概率降低;夏季日平均气温和洪峰流量序列在年代际尺度上具有高相干性,夏季日平均气温先于洪峰流量0.13～0.31周期变化;基于Copula函数建立1957—2010年夏季日平均气温与洪峰之间的二维统计模型,单变量重现期越长,所对应两变量的联合重现期与同现重现期之间相差越大;随着夏季日平均气温的升高,不同重现期洪水发生的可能性均增大。研究成果可对该地区的洪水风险管理和水资源适应性对策提供重要的科学价值和技术支撑。     

驮英坝址流域点暴雨地区综合及雨型设计

在缺乏雨量站且降雨不均匀的地区，统计设计暴雨是一个较复杂的问题。以驮英流域的暴雨地区综合及雨型设计为例，研究如何将现有统计办法应用于这类地区的问题。     

基于MCMC参数优化的融雪洪水联合设计分析

洪水的发生是由多种特征属性所推动的,由于其具有多个并发或连续驱动因素的内在影响,从而大大加剧了其发生的不可估计性。在许多风险评估和设计应用中,极端情况和复合事件的多危险情往往被忽略。针对单变量洪水的设计缺陷性,以玛纳斯河出山口控制流域为研究区,选用GEV(Generalized Extreme Value)分布和GPD(Generalized Pareto Distribution)分别构建峰量边际分布,利用MCMC(Markov Chain Monte Carlo)参数优化的Gaussian Copula函数构建极端情况下的联合概率分布,并以500 a一遇设计洪水为例,推求其设计洪水过程线。结果表明:基于MCMC优化参数的Gaussian Copula函数的联合分布拟合效果均大于相关性指标法和局部优化算法;变量间相互影响下的设计值均相应大于以某一单变量控制下的洪水设计值,其中在设计洪水过程线90 h的设计增长率为24.19%。因此,以参数优化下的联合分布所建立的防洪新标准,可为玛纳斯河流域水库汛期防洪减灾安全设计提供更加科学合理的依据。     

基于Copula的北江最大与最小径流联合分布研究

依据北江11个水文站的日流量资料,计算1、3、7天最大径流量和最小径流量.采用Kolmogorov-Smirnov法确定最适合的边缘分布函数,根据Akaike Information Criterion准则确定最适合的Copula函数,估计不同边缘重现期下不同径流量组合的联合重现期.结果表明:联合重现期特具有明显的空间分布特征;不同边缘重现期的联合重现期特征相似;北江西部不容易出现3天和7天最大径流量都较大的洪水现象,但相对容易发生不同历时最小径流量都非常小的干旱水文事件;石角站更容易发生不同历时最大径流量较大,或者不同历时最小径流量都较小的水文事件.     

基于Copula函数的设计径流推算方法

不同时段长度的径流极值事件之间存在相关性,极值事件的共同发生具有重要的现实意义。基于极值理论,利用广义极值分布对不同时段长度的径流年极大值序列进行分布拟合,并以此为边缘分布分别建立Gumbel Copula、Clayton Copula和t-Student Copula两变量联合分布模型。结果表明:t-Student Copula上尾和下尾均存在相关性,能更好地给出真实数据厚尾分布的几何特征,捕捉到尾部的变化;两变量联合分布法得到的设计值较大,更偏于安全;利用Copula函数来描述不同时段长度的极端径流事件之间的相关关系,可以更加灵活可靠地推求设计径流过程和分析径流事件的条件频率。     

非对称ArchimedeanCopulas函数在干旱分析中应用

在选定干旱历时、干旱烈度和烈度峰值来描述干旱事件的基础上,应用非对称Arehimedean Copulas函数构建了干旱特征变量的联合分布模型.以渭河流域西安气象站的月降水序列为例,采用极大似然法估计M5、M6和MI2三种非对称Archimedean Copulas函数的参数,进行了Copulas拟合优度评价.采用拟合效果最好的MI2 Copula构造了西安气象站干旱变量间的联合分布,计算了相应的条件概率和条件重现期.结果表明:非对称Archimedean Copulas函数能够用来构建不同边际分布的联合分布,具有灵活方便和应用范围广等特点,是描述干旱多变量分布的一种有效途径.