一种计算河口海港极端水位的联合概率方法技术

本发明专利技术涉及海港工程设计技术领域，具体涉及一种计算河口海港极端水位的联合概率方法，包括如下步骤，S1.收集河口或者海港处水位过程极值数据，建立年水位过程频次的Poisson分布；S2.分析引起河口或者海港处过程极值的相关因素，并建立每个因素引起水位变化值复合年水位过程频次的最佳一维Poisson复合概率分布；S3.建立所有因素引起水位变化值复合年水位过程频次的Poisson联合概率分布；S4.获得固定联合重现期下的极端水位。本发明专利技术提出一种更为合理的计算河口海港极端水位的联合概率方法，从而提供既安全又经济的港口与航道工程极端水位。

【技术实现步骤摘要】
一种计算河口海港极端水位的联合概率方法
本专利技术涉及海港工程设计
，具体涉及一种计算河口海港极端水位的联合概率方法。
技术介绍
极端高低水位是海岸灾害评估、航行安全和生态系统管理中的重要因素，受到社会的广泛关注。极端水位一般是由寒潮、热带风暴、低压、地震海啸等因素造成的增减水与天文潮的共同作用而成。对于海港工程，在极端水位下并不要求港口建筑物正常使用，但要求在各种荷载作用下结构物有一定的安全裕度。极端设计水位不仅直接与建筑物的结构强度计算相关，还直接影响到工程的安全和建造成本。在港口建设过程中，安全经济地确定极端潮位设计值，对于港口与航道工程的规划和建设具有重大意义。我国港口与航道水文规范规定：采用年频率统计法推算的50年一遇的高、低潮位作为极端水位，取样的都是每年一个最大值水位。海洋环境条件存在复杂性，同时具有随机性和多样性。上述方法没有考虑不同成分水位的不同诱因，笼统地一并考虑，忽略了不同成分的相关性以及不同因素的同现概率，即沿岸港口的天文潮与风暴潮增水叠加，河口港天文潮、风暴潮增水与上游洪水的叠加等；也没有把不同要素当作相关事件，没有选择各自适合的统计分布进行组合，因此，得到的设计值与实际情况存在偏差。偏高或偏低的计算结果，要么使港口工程存在隐患，要么使投资造成浪费。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中计算极端设计水位与实际情况存在偏差的问题，提出一种更为合理的计算河口海港极端水位的联合概率方法，从而提供既安全又经济的港口与航道工程极端水位。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，一种计算河口海港极端水位的联合概率方法，包括如下步骤，S1.收集河口海港处水位过程极值数据，建立年水位过程频次的Poisson分布；S2.分析引起河口海港处过程极值的相关因素，并建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布；S3.建立所有因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的Poisson联合概率分布；S4.获得固定联合重现期下的极端水位。进一步地，所述步骤S2中，引起河口海港处过程极值的相关因素包括天文潮、风暴增水和上游洪水。进一步地，建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布的步骤包括，S21.绘制每种因素引起水位变化值的序列散点图，分析每种因素的特点，根据每种因素的特点选择合适的分布线型进行拟合；S22.确定每种因素引起水位变化值的最佳一维边缘分布；S23.建立每种因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的一维Poisson复合概率分布。进一步地，所述步骤S21中，用于拟合天文潮和风暴增水的分布线型包括Log-normal分布、Gumbel分布、P-III分布、Weibull分布、TMED分布和MMED分布。进一步地，所述步骤S21中，用于拟合上游洪水的分布线型包括Log-normal分布、Gumbel分布、P-III分布、Weibull分布、TMED分布、MMED分布和Mixed-Normal分布。进一步地，所述步骤S22中，通过K-S检验和累积频率的离差平方确定每种因素引起水位变化值的最佳一维边缘分布。进一步地，所述步骤S3具体包括，S31.采用合适的Copula函数建立所有因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的Poisson联合概率分布；S32.确定所有因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳Poisson联合概率分布。进一步地，所述步骤S31中，合适的Copula函数包括正态Copula、FrankCopula、ClaytonCopula和Gumbel-Hougaard(G-H)Copula。进一步地，所述步骤S32中，通过K-S检验法、均方根误差法、χ2检验法和信息准则法确定所有因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳Poisson联合概率分布。本专利技术的计算河口海港极端水位的联合概率方法，从极端水位的诱发成因出发，考虑了天文潮、风暴增水以及上游洪水这三者之间的相关性，对各种组份的特征进行分析，选取各自适合的理论分布进行拟合，通过联合分布来估计不同重现期水位，从而提供既安全又经济的港口与航道工程极端水位。附图说明图1为吴淞站1970-1990年天文潮、风暴增水和上游洪水过程序列图；其中，(a)为天文潮过程序列图；(b)为风暴增水过程序列图；(c)为上游洪水过程序列图；图2为天文潮的各种分布拟合曲线；其中，(a)为Log-normal拟合曲线；(b)为Gumbel拟合曲线；(c)为P-III拟合曲线；(d)为Weibull拟合曲线；(e)为TMED拟合曲线；(f)为MMED拟合曲线；图3为风暴增水的各种分布拟合曲线；其中，(a)为Log-normal拟合曲线；(b)为Gumbel拟合曲线；(c)为P-III拟合曲线；(d)为Weibull拟合曲线；(e)为TMED拟合曲线；(f)为MMED拟合曲线；图4为上游洪水的各种分布拟合曲线；其中，(a)为Log-normal拟合曲线；(b)为Gumbel拟合曲线；(c)为P-III拟合曲线；(d)为Weibull拟合曲线；(e)为TMED拟合曲线；(f)为MMED拟合曲线；(g)为Mixed-normal拟合曲线；(h)为上游洪水的频次柱状图；图5为吴淞站天文潮、风暴增水和上游洪水的联合重现期等值面；其中，(a)由P-N-TTMn模型得到的联合重现期等值面；(b)由P-GH-TTMn模型得到的联合重现期等值面。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一种计算河口海港极端水位的联合概率方法，包括如下步骤，S1.收集河口海港处水位过程极值数据，建立年水位过程频次的Poisson分布；现收集河口海港水文站多年的水位过程极值数据，统计水位变化过程次数，确定年过程频次的Poisson分布参数。S2.分析引起河口海港处过程极值的相关因素，并建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布；在步骤S2中，引起河口处过程极值的相关因素包括天文潮和风暴增，引起海港处过程极值的相关因素包括天文潮、风暴增水和上游洪水。建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布包括，S21.绘制每种因素引起水位变化值的序列散点图，分析每种因素的特点，根据每种因素的特点选择合适的分布线型进行拟合；序列散点图一般都通过数值后报或者实测数据绘制，在本实施例中，散点图是根据数值后报得到。根据天文潮和风暴增水的特点，一般选用Log-normal分布、Gumbel分布、P-III分布、Weibull分布、TMED分布和MMED分布进行一维边缘分布拟合。根据上游洪水的特点，一般选用Log-normal分布、Gumbel分布、P-III分布、Weibull分布、TMED分布、MMED分布和Mixed-Normal分布。S22.确定每种因素引起水位变化值的最佳一维边缘分布；一般通过K-S检验和均方根误差法确定每种因素引起水位变化值的最佳一维边缘分布。S23.建立每种因素引起的年水位过程频次下的水位变化值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算河口海港极端水位的联合概率方法，其特征在于，包括如下步骤，S1.收集河口海港处水位过程极值数据，建立年水位过程频次的Poisson分布；S2.分析引起河口海港处过程极值的相关因素，并建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布；S3.建立所有因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的Poisson联合概率分布；S4.获得固定联合重现期下的极端水位。

【技术特征摘要】
1.一种计算河口海港极端水位的联合概率方法，其特征在于，包括如下步骤，S1.收集河口海港处水位过程极值数据，建立年水位过程频次的Poisson分布；S2.分析引起河口海港处过程极值的相关因素，并建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布；S3.建立所有因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的Poisson联合概率分布；S4.获得固定联合重现期下的极端水位。2.根据权利要求1所述的计算河口海港极端水位的联合概率方法，其特征在于，所述步骤S2中，引起河口海港处过程极值的相关因素包括天文潮、风暴增水和上游洪水。3.根据权利要求2所述的计算河口海港极端水位的联合概率方法，其特征在于，建立每个因素引起的年水位过程频次下的水位变化值的最佳一维Poisson复合概率分布的步骤包括，S21.绘制每种因素引起水位变化值的序列散点图，分析每种因素的特点，根据每种因素的特点选择合适的分布线型进行拟合；S22.确定每种因素引起水位变化值的最佳一维边缘分布；S23.建立每种因素引起水位变化值的年水位过程频次下的水位变化值的一维Poisson复合概率分布。4.根据权利要求3所述的计算河口海港极端水位的联合概率方法，其特征在于，所述步骤S21中，用于拟合天文潮和风暴增水的分布线型包括Log-normal分布、Gumbel分布、P-III分布、Weibull分布、TMED分布和...

【专利技术属性】
技术研发人员：董胜，陶山山，赵玉良，王迪，陈硕，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37