一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法，通过收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料，推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，利用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数，进而计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。本发明专利技术通过建立年最大洪水与分期最大洪水的定量统计关系，在计算分期设计洪水时可以考虑历史洪水信息，有助于增强分期最大洪水样本的代表性，提高分期设计洪水成果可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法
本专利技术属于水利工程防洪安全设计领域，特别涉及一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法。
技术介绍
分期设计洪水是指一年中某个时段所拟定的设计洪水。分期设计洪水的计算主要是为了水库管理调度运用和施工期防洪的需要。计算方法一般是在分析流域洪水季节性规律的基础上，按照设计和管理要求，把整个年内划分为若干个分期，然后在分期的时段内进行分期最大值选样，通过频率计算求得各设计频率的分期设计洪水。然而，由于分期内的历史洪水调查与考证难以做到，无法确定历史洪水在分期内的重现期，现有分期设计洪水计算中通常没有加入历史洪水信息，导致计算的分期设计洪水成果可靠性受到影响，不利于水利工程防洪安全。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法，包括步骤：步骤1，收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料；步骤2，根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数，推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数；步骤3，根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，采用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，并估计其参数；步骤4，根据步骤2推求的边缘概率分布函数和步骤3构造的联合概率分布函数求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数；步骤5，依据步骤4所得的条件概率分布函数，推求考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，并计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。所述步骤2中，将P-III型分布作为年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水的边缘概率分布函数线型。所述步骤2中，采用线性矩法估计边缘概率分布函数的参数。所述步骤3中，采用Gumbel-HougaardCopula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，采用极大似然法估计Gumbel-HougaardCopula函数的参数。所述步骤5中，采用复化梯形公式法得到考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数的数值解。本专利技术通过收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料，推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，利用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数，进而计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过建立年最大洪水与分期最大洪水的定量统计关系，在计算分期设计洪水时可以考虑历史洪水信息，有助于增强分期最大洪水样本的代表性，提高分期设计洪水成果可靠性。附图说明图1是本专利技术方法的流程图。图2是考虑历史洪水信息的分期设计洪水示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1-图2所示，一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法，收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料，推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，利用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数，进而计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。图1是本实施例的计算流程图，按照以下步骤进行：1.收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料。本具体实施中收集的年最大洪水系列资料包括：历年实测年最大洪水流量，从水文年鉴获取；年最大历史洪水流量及相应的重现期，从中国历史大洪水调查资料汇编得到。本具体实施中收集的分期最大洪水系列资料是指选定的分期时段内(如4月1日至6月30日)历年实测分期最大洪水流量，通过水文年鉴查询获取。2.推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数。根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数，本步骤包括两个子步骤：2.1选择边缘概率分布函数线型由于年最大洪水和分期最大洪水的总体分布频率线型是未知的，我国水文学者经过多年分析比较研究，发现P-III型分布对于我国大部分河流洪水资料拟合较好，推荐在工程实践中采用。本具体实施中采用P-III型分布作为年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水的边缘概率分布函数线型。2.2估计边缘概率分布函数线型的参数目前常用的边缘概率分布函数线型参数估计方法主要有矩法、概率权重矩法、权函数法和线性矩法(L-矩法)等。其中，L-矩法是目前国内外公认的有效参数估计方法，最大特点是对序列的极大值和极小值没有常规矩那么敏感，求得的参数估计值比较稳健。本具体实施中采用L-矩法分别估计年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数线型的参数。3.利用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数。根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，选取适当的Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，并估计其参数，本步骤包括两个子步骤：3.1选择Copula函数假设X、Y分别表示年最大洪水与分期最大洪水，x、y分别为相应的实现值。FX(x)、分别是年最大洪水X和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水Y边缘概率分布函数。X,Y的联合概率分布函数可以用一个二维Copula函数C表示：其中，θ为Copula函数的参数；u＝FX(x),为边缘分布函数。本具体实施中，采用Gumbel-HougaardCopula函数构造年最大洪水X与分期最大洪水Y的联合概率分布函数，其表达式如下：3.2估计Copula函数的参数本具体实施中，采用极大似然法估计Gumbel-HougaardCopula函数的参数。4.求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数。给定年最大洪水X取值x时，分期最大洪水Y的取值并非唯一，存在着一个条件概率分布函数FY|X(y)＝P(Y≤y|X＝x)(3)借助Copula函数，条件概率分布函数FY|X(y)可以表示为：5.计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。根据步骤4中的条件概率分布函数FY|X(y)，推求考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，并计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水，本步骤包括两个子步骤：5.1推求考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数FY(y)可以通过式(5)计算得到：本具体实施中采用复化梯形公式法求解式(5)得到数值解。5.2计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水...

【技术保护点】
1.一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1，收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料；/n步骤2，根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数，推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数；/n步骤3，根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，采用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，并估计其参数；/n步骤4，根据步骤2推求的边缘概率分布函数和步骤3构造的联合分布函数求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数；/n步骤5，依据步骤4所得的条件概率分布函数，推求考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，并计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑历史洪水信息的分期设计洪水计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，收集年最大洪水和分期最大洪水系列资料；
步骤2，根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数，推求年最大洪水和未考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数；
步骤3，根据步骤1中的年最大洪水和分期最大洪水系列资料，采用Copula函数构造年最大洪水与分期最大洪水的联合概率分布函数，并估计其参数；
步骤4，根据步骤2推求的边缘概率分布函数和步骤3构造的联合分布函数求解给定年最大洪水时分期最大洪水的条件概率分布函数；
步骤5，依据步骤4所得的条件概率分布函数，推求考虑历史洪水信息的分期最大洪水边缘概率分布函数，并计算考虑历史洪水信息的分期设计洪水。


2.如权利要求1所述一种考虑历史洪水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘章君，许新发，成静清，温天福，张静文，
申请(专利权)人：江西省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江西;36