分期设计洪水重现期计算模型研究

年最大洪水与分期最大洪水序列是两个选样不同的样本,其重现期和设计值计算对于水库安全防洪、提高兴利效益和洪水资源安全利用至关重要。本文根据重现期的定义,运用数理统计法,推导了独立同分布单变量和多变量水文事件重现期的计算公式。在此基础上,结合现有的3种分期洪水概率模型,严格推导了年最大洪水重现期与分期最大洪水有关重现期计算模型和关系式。采用蒙特卡洛试验,经模拟计算,文中有关重现期模型计算值与经验重现期一致,表明文中推导的重现期模型是正确的。最后,以南四湖流域1963—2008年分期7日最大入湖洪量资料为例,给出了分期最大洪水分布参数估计、年最大洪水分布计算过程,说明分期最大设计洪水的计算问题。文中模型与计算方法以期为我国分期设计洪水计算提供理论支撑。     

中国内地分区年用水总量预测模型研究

为了完善中国内地大尺度区域用水量预测模型的研究,为水资源科学利用提供支撑,应用ARMA、灰色GM(1,1)及BP神经网络模型原理,建立省级行政区划、流域、地理大区3种尺度的年用水总量预测模型,对模型优选结果进行统计分析,并应用最优模型对2021-2025年各省级行政区用水总量进行预测。结果表明：对于内地省级行政区划尺度,9个行政区的年用水总量最优预测模型为ARMA模型,6个行政区的最优预测模型为灰色GM(1,1)模型,16个行政区的最优预测模型为BP神经网络模型;对于流域尺度,5个流域的年用水总量最优预测模型为ARMA模型,3个流域的最优预测模型为灰色GM(1,1)模型,长江流域的最优预测模型为BP神经网络模型;对于地理大区尺度,北方6区的年用水总量最优预测模型为BP神经网络模型,南方4区的最优预测模型为灰色GM(1,1)模型;2021-2025年内地各省级行政区的年用水总量总体保持稳定。研究结果可为中国内地用水总量的管理提供依据。     

基于两阶段粒子群优化算法的新型逐步分解集成径流预测模型

传统分解集成径流预测模型首先将整个径流序列分解成若干个子序列,再将这些子序列划分为训练期和验证期进行建模,错误地将验证期内预报因子数据视作已知数据处理,难以应用于实际径流预报工作中。并且,这类模型的预测结果仅为一个确定数值,难以描述由于径流序列随机性和波动性而导致的预测不确定性。为解决以上问题,本文结合变分模态分解方法、支持向量机模型和核密度估计方法,提出了一种可同时进行点预测和区间预测的新型逐步分解集成(VMD-SVM-KDE)模型,并提出了一种两阶段粒子群优化(TSCPSO)算法来优化模型参数。选用黄河流域月径流数据评估模型性能,研究结果表明:(1)VMD-SVM-KDE模型将单一SVM-KDE模型的确定系数(R²)和纳什效率系数(NSE)值由0.145~0.630提升至0.872~0.921,区间平均偏差(INAD)值由0.046~95.844降低至0.005~0.034,说明VMD-SVM-KDE模型显著改进了单一SVM-KDE模型的点预测和区间预测性能;(2)相较于一阶段PSO算法,TSCPSO优化算法将单一模型的R²和NSE值由0.145~0.480提升至0.309~0.630,INAD值由48.813~95.844降低至0.046~0.195,将分解集成模型的R²和NSE值由0.872~0.912提升至0.876~0.921,INAD值由0.007~0.034降低至0.005~0.014,说明TSCPSO优化算法可以克服SVM的过拟合问题,并能提高单一模型和分解集成模型的预测精度;(3)VMD-SVM-KDE-TSCPSO有效解决了传统分解集成预测模型存在的错误使用验证期内预报因子数据的问题,并在各站的R²和NSE值均约为0.9,INAD值的范围为0.005~0.014,具有更高的点预测和区间预测精度。文中模型可为优化径流预测模型和非平稳非线性水文序列预报提供新思路。     

流域变化环境下水文非平稳异方差序列随机建模研究进展

气候变化和高强度人类活动的显著影响使流域水文序列出现异方差性,破坏了Box-Jekins法ARMA模型建立的前提条件。基于国内外相关研究进展和存在的主要科学问题,提出了目前几个主要研究内容和研究途径。金融学、经济学和信号处理等领域的观测序列与流域变化环境下水文非平稳序列异方差性波动特性相似,而且这些领域中已取得了许多成功的案例。应用金融学、经济学和信号处理等领域的异方差性原理和方法,结合流域水文特性,开展变化环境下水文非平稳异方差序列随机建模是可行的,与分布式水文模型相比,该方法是一种实用的建模途径。文中提出的一些思路可为变化环境下精确描述流域水文要素值的变化规律、涉水工程的规划设计与科学管理以及干旱风险调控提供依据。     

1994—2021年陕西省水资源分布演变特征

研究陕西省和城市水资源分布演变特征可为研究区水资源管理提供依据。运用经验模态分解（EMD）方法、M-K检验法、小波变换、空间自相关分析方法,探究1994—2021年研究区不同尺度下水资源的时空演变规律。结果表明：全省尺度下陕西省水资源总量和地表水资源量呈现先减少后增大的不显著增长趋势,水资源趋势变化突变点主要出现在2004年前后,主要存在6和16 a的周期,地下水资源量呈现下降趋势,存在3个周期。分区尺度下,陕北地区演变特征较为独特,其余地区与全省水资源变化特征相似。城市尺度下,延安市水资源演变规律较为独特,关中地区不同城市水资源演变规律呈现东西差异。陕西省水资源分布存在空间集聚特征,陕南地区城市间出现热点集聚,关中地区北部及陕北地区出现冷点集聚,且集聚程度呈增加趋势。研究结果可为陕西省水资源安全及黄河流域生态保护与高质量发展提供科学依据。     

Gamma概率分布值的正交多项式矩计算法研究

研究Gamma分布概率分布值的数值计算,以水文分析常用的两参数Gamma分布为例,采用Mathematica数值高精度计算的优势,计算权函数的非古典正交多项式递推系数,进而进行水文概率分布计算。结果表明:文中方法推求的概率分布值计算方法具有较高的计算精度,是一种通用的权函数和积分区间数值积分算法,可为水文概率计算提供一种计算途径。     

非参数解集模型在月径流随机模拟中的应用

针对参数解集模型难以反映真实水文系统的非线性、多峰形态以及边际特性的问题,采用基于核密度估计理论构造的非参数解集模型对刘家河站月径流进行了随机模拟。结果表明,非参数解集模型用于陕北地区刘家河站的月径流随机模拟是可行的。     

基于MATLAB GUI技术的水文频率计算

结合MATLAB的GUI技术制作了水文频率计算的图形化界面,实现了人机交互操作、进行分布函数的参数计算、频率曲线绘制、给定频率设计值的查询等功能。应用结果表明:运用该系统进行水文频率分析,可以迅速地计算出不同分布参数、频率曲线的离(残)差平方和,同时能够得到清晰的频率曲线,大大降低了水文频率计算的工作量,提高了工作效率;在计算机图解配线的过程中加入人工适线的功能,将进一步提高该系统的实用性。     

开发建设项目弃渣场堆渣量探讨

通过对弃渣场地形、堆渣形式的分析,进行堆渣量计算方法比较。在实际工作中主要采用等高线法进行弃渣场堆渣量计算,等高线法在计算弃渣场堆渣量时,由于求积仪误差、图纸变形误差和等高线位置误差的存在,往往使得计算结果精度不高。文章引入解析法计算弃渣场堆渣量,解析法在计算横断面面积时精度高。结果表明,在实际工作中2种方法都可应用于弃渣场堆渣量计算,2种方法各有长短。文章认为等高线法断面法计算简便,但精度不高,当弃渣场堆渣量不大时可用此方法;解析法有足够的精度保证,但是数据提取处理过程较繁琐,建议在大型弃渣场堆渣量计算中采用。     

基于模拟退火算法的皮尔逊Ⅲ型分布参数估计

以渭河流域3个气象站的年降水量资料为例,采用模拟退火算法按照离差平方和最小准则、离差绝对值和最小准则、相对离差平方和最小准则对皮尔逊Ⅲ型分布进行参数优化,并与矩法、极大似然法、线性矩法3种常规分布参数估计方法计算结果作对比。结果表明:模拟退火算法是一种可行的水文频率曲线参数估计方法,其估计精度优于3种常规参数估计方法。