Copula函数在水文多变量分析计算中的问题

基于Copula函数的水文多变量分析是统计水文学新兴的研究领域,经过20多a的研究和实践,Copula函数已被应用于洪水、暴雨、干旱和枯水概率等多变量分析计算,研究成果丰富了Copula函数理论体系,拓宽了Copula函数的应用领域。根据国内外有关研究进展,从Copula函数的主要类型、Copula函数在水文应用中面临的几个问题等方面总结了实际计算研究面临的计算问题。在此基础上,提出了基于Copula函数水文多变量分析计算研究的建议:①非平稳多变量联合概率分布与设计值计算的实用化;②提高Copula函数的参数估计精度;③提高随机变量和、差、积、商分布计算的精度。     

不同重现期标准双变量设计洪水计算方法

为了确定合理的双变量设计洪水组合,采用C测度、联合和同现重现期3种不同双变量重现期对基于Copula函数的洪水峰量组合进行频率分析,选取极大似然法、条件最可能组合法和双变量同频率法3种方法,研究了不同重现期标准下双变量设计洪水对应的计算方法,从不同方法计算得到的设计洪水组合中选取最优设计洪水值组合,并以新安江水库流域为例进行了计算。结果表明:采用C测度重现期作为双变量频率分析的标准,可确定合理的危险事件的范围,有效规避以同现重现期为标准带来的安全隐患,解决以联合重现期为标准造成的性价比低的问题。     

次洪R-B指数与降雨特征的相关性及其区域化分析

为了研究流域次洪R-B指数变化特征及其与降水特征的关联性,采用东江10个子流域单峰洪水及其相应的降雨资料,分析每场洪水的R-B指数特征,统计出各场洪水的洪量、洪峰流量、洪水历时等洪水要素以及每场洪水相应降雨过程的平均雨强、前期无雨天数等降雨要素。研究结果表明,洪峰流量对该指数的影响更大;平均雨强、总降雨量以及最大一天降雨量与该指数相关性显著,且相关程度几乎一致。基于R-B指数与降雨各要素的关系所拟合的线性回归公式效果较好。     

相关分析法在水文分析计算中的应用

一、概述在水文分析计算中,经常会遇到某一变量的实测资料系列较短,而与其有关的另一变量的实测资料系列比较长。在这种情况下,可用相关分析的方法,首先鉴定两变量间的关系密切程度,然后建立两变量间的相关关系,便可利用系列长的变量值去延长或插补系列较短的变量的可能数值。     

一种适用于大坝安全监测资料分析建模的偏最小二乘回归法及其计算机实现

简要叙述了偏最小二乘回归法的基本思路和计算方法，阐明了将该方法应用于大坝安全监测资料的分析建模，能够突破传统回归方法的局限性，获得完整、稳健的监测量模型。介绍了一套应用程序，并通过计算实例的对比，说明了偏最小二乘回归法较传统的多元线性回归方法的优越性，展示了其良好的应用前景。     

R/S-GM(1,1)组合模型在径流预测中的应用

基于R/S分析法能提供有效的非线性科学预测,河川径流具有灰色禀性,为了提高河流径流预报精度,提出了R/S分析与灰色理论相结合的河川径流预测方法。该方法可以克服径流灰色预测存在的数据波动较大时预测精度降低的缺陷。将该方法应用到黑河莺落峡站和正义峡站的年径流量、汛期和非汛期径流量6个序列进行径流预测验证。结果表明:两站年径流量和汛期径流量序列的预测精度都在90%左右,非汛期径流量序列在80%以上,各径流序列预测结果与Mann-Kendall趋势检验一致,预测结果可靠,为河流径流量的科学预测提供了一种新方法。     

主成分回归在雨量预报上的应用

将汛期降雨量作为时间序列均值生成函数的叠加,用主成分回归分析的原理和方法,建立预报汛期雨量的数学模型,并用实例说明该模型的有效性。     

主成分回归在需水预测中的应用

城市需水量的准确预测对区域的发展具有十分重要的意义。城市需水受多重因素的影响,且这些因素大多存在较强的相关性。通过主成分分析法的计算分析,以金华市为例,采用2000-2010年的城市用水资料建立回归模型对需水量进行预测。结果表明:该模型应用于城市用水预测,其结果与当地实际情况较为吻合,模型的拟合程度和预测准确度较好。     

AR(P)模型在水文频率计算中的应用

文章介绍了在短系列资料水文频率计算中,利用随机水文模型中的AR(P)模型模拟延长短系列资料,并通过寨前水文站的实例分析,利用AR(P)模型延长短系列资料计算水文频率与实测长系列资料计算水文频率进行比较,各项设计值的相对误差均在3％以内,满足工程设计的要求,为短系列资料水文频率计算提供了一种可比的方法。     

EXCEL内置函数在水文分析计算中的应用

Excel是美国Microsoft(微软)公司办公自动化软件Office的重要组成部分之一,是Windows操作平台上非常优秀的电子表格软件,它具有强大的制作表格、处理数据、分析数据、创建图表等功能.通过对Excell的认真学习与实践,利用其内置函数,编写内嵌式程序,将其应用于实际工作,使数据处理自动化,大大提高工作效率.在水文分析、计算工作中我们同样可以充分利用它进行大量的数据处理.     

复相关在水文资料插补中的应用

在水文分析计算中通常用相关法来插补延长资料系列。两个因素之间的相关称为一元相关。三个及其以上因素的相关,称为复相关。而本文主要介绍三个变量之间的复相关在水文资料插补中的应用。     

考虑多种致灾因子条件下的平原河网地区涝灾风险分析

涝灾的发生往往是多种水文致灾因子共同作用的结果,而传统的排涝标准以超过某一量级暴雨的重现期作为排涝标准,实质上只考虑了涝灾的一个致灾因子——暴雨。这种考虑单一致灾因子的重现期标准没有反映出多种致灾因子对涝灾的共同影响,不能正确衡量涝灾发生的概率。本文以平原河网地区的排涝问题为例,采用Gumbel-Hougard Copula函数建立了暴雨和外江水位的联合概率分布模型,研究了在暴雨和外江水位共同作用下的涝灾概率、以及不同量级的暴雨和外江水位组合下的联合分布概率和条件概率。研究结果表明,考虑多种致灾因子共同作用下的涝灾概率更能真实地反映涝灾实际发生的概率,基于Copula函数构建的多变量联合概率模型,可以很方便地计算多种致灾因子的各种量级组合下灾害发生的概率。     

滦河流域气象干旱向水文干旱传播特征及风险分析

干旱是一种复杂的自然灾害,气象干旱可能导致水文干旱等灾害,严重影响社会经济发展。探明气象干旱向水文干旱传播的特征及规律,可为减小干旱损失、保障流域供水用水安全提供技术支持。本文基于滦河山区1960—2017年的气象水文数据,应用游程原理识别气象水文干旱事件,甄别二者间的传播特征,并借助Copula模型评估气象干旱向水文干旱的风险和干旱传播的临界关系。结果表明：（1）在1960—2017年期间,与气象干旱事件相比,水文干旱事件具有频率低、历时长、峰值低的特点;（2）滦河地区气象干旱和水文干旱传播关系以单场气象干旱向单场水文干旱传播为主;（3）气象干旱向水文干旱的传播存在明显的滞后效应,从上游至下游地区干旱滞后时间依次增长;（4）Gumbel Copula函数能够更准确地评估该流域干旱传播风险,结果显示上游地区发生干旱传播的风险低于下游地区,上、下游地区气象干旱发展成水文干旱的临界历时分别为0.93个月和1.26个月,临界峰值强度分别为0.66和0.44。本研究可为评价不同干旱事件间的传播与演变关系,构建流域干旱风险评价模型提供新思路。     

标准化径流指数在阿克苏河水文干旱特征识别中的应用

阿克苏河位于丝绸之路经济带重要通道,是典型的中亚跨境河流,阿克苏丰富的水资源成为沿岸各国争夺的焦点。针对阿克苏河未来水资源评估和管理的迫切需要,以阿克苏河干流月径流为数据基础,结合径流距平百分比,采用标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI)辨识阿克苏河水文干旱事件,并验证了水文干旱识别的合理性。结果表明:SRI丰枯等级划分临界值在阿克苏河能够有效地识别水文干旱事件及其干旱等级,SRI趋势分析发现未来阿克苏河春、夏季洪水和冬旱现象的可能性在逐渐增大,水资源季节差异将越来越明显,这将是未来水资源合理利用和管理的一个新挑战。     

渭河流域水文干旱历时-烈度相依结构动态变化与驱动力分析

变化环境下,探究干旱多属性相依结构动态变化及其驱动力,对区域干旱风险管理具有重要意义。以渭河流域为研究对象,应用Copula函数的极大似然比(Copula-based Likelihood-ratio, CLR)方法,对水文干旱历时-烈度相依结构进行变异诊断,分析变异前后特征;从气候变化(气象因子、气象干旱特征)与人类活动的角度,阐明水文干旱历时-烈度相依结构可能的驱动因素,获得影响因子重要性排序。结果表明：(1)华县、张家山、状头站水文干旱历时-烈度相依结构分别在1993年、1982年、1994年发生变异;(2)在相对长的历时下(华县站9～12个月、状头站5～12个月),华县、状头站相同历时下,变异点前后的烈度增加,且随着历时变长,烈度增加的幅度上升,干旱加剧态势明显;(3)除气象干旱对水文干旱演变的影响外,水文干旱历时-烈度相依结构的动态变化主要受水分“需求侧”因子(人类取用水、潜在蒸散发)的驱动。总体而言,研究成果为干旱多属性相依结构的非平稳性检测提供了一种新的思路,所提框架可推广应用于其他流域。     

条件期望在两变量洪水频率分析中的应用

针对现行单变量洪水频率分析计算方法无法考虑洪水要素之间的相关性这一不足,采用Copula函数构建洪水峰、量之间的二维联合分布,根据条件期望的原理,提出了一种推求两变量设计洪水的新方法。以清江隔河岩水库为例,计算了1 000 a一遇的两变量设计洪水,推求了对应的设计洪水过程线,并与单变量设计值进行了比较。结果表明,两变量设计值大于单变量设计值,两变量设计值对应的水库调洪最高水位略高于单变量设计值。由于两变量频率分析考虑了洪水峰、量之间的内在相关性,更符合水文现象的内在规律,所推求的两变量条件期望设计值组合相对于单变量设计值而言也是偏安全的。所提方法为洪水频率分析提供了一条新途径。     

水文变异下淮河长吻鮠生境变化与适宜流量组合推荐

以淮河干流鱼类长吻鮠为保护目标,建立长吻鮠分时期生态需求与流量之间的概念性模型。对FLOWS法进行改进,加入水文变异前后长吻鮠生态环境对比分析,根据分析结果推荐一组适于长吻鮠生长繁殖的流量组合。结果表明,在环境流量成分的对比分析中,变异前的高脉冲流量历时长、发生时间合适,变异后发生洪水的频率增高,变异前的流量更适于长吻鮠的生长繁殖;在相关水力参数满足程度的对比分析中,在长吻鮠生长繁殖的各个时期,变异前的流量条件均优于变异后。选取变异前的平水年1970年的流量作为基础,推荐适宜流量组合,即产卵期的流量为545~1 212m~3/s,幼鱼索饵期应大于1 750 m~3/s,越冬期应大于等于74 m~3/s。该研究可为保护淮河珍稀物种,为淮河生态调度提供依据。