一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法，通过收集整理上游水库断面和区间洪水资料，确定上游水库断面和区间洪量的边缘概率分布函数，构建上游水库断面和区间洪量的联合概率分布函数，推求受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数，进而计算基于水文失事机理的设计洪水地区组成。本发明专利技术考虑了上游水库断面和区间洪量与水库调洪、河道洪水演进过程的交互作用，以受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量超过某一指定流量的频率来定义防洪安全标准，能够表征水文失事机理，为设计洪水地区组成计算提供了更加科学稳健的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法
本专利技术属于水利工程防洪安全设计领域，特别涉及一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法。
技术介绍
推求设计断面受上游水库调蓄影响的设计洪水，是流域梯级水库群和防洪系统工程设计洪水计算的重要内容。通常采用设计洪水地区组成法，即将设计断面洪量分配给上游水库断面和区间以研究上游水库的调洪影响。学者们先后提出了典型年法、同频率法、JC法和Copula函数法等洪量分配规则。然而，这类方法对于同一频率的设计洪量分配方案有无数种，而且这些分配方案推求的设计断面受上游水库调蓄影响的洪峰设计值是不同的，使得水库调蓄后设计断面洪水的频率意义变得模糊不清，合理性遭到质疑。事实上，就设计洪水地区组成分析计算而言，最重要的因素是受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量。工程实际中关心的危险事件和防洪风险应是设计断面洪峰流量超过某一指定流量。因此，应该更加注重水文荷载(上游水库断面和区间洪量)与水库调洪、河道洪水演进的交互作用，并以受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量超过某一指定流量的频率来定义防洪安全标准，更加符合水文失事机理，以解决水库调蓄后设计断面洪水的频率意义模糊不清的问题。目前，没有文献研究了这种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法。
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基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法，包括步骤：步骤1，收集整理上游水库断面和区间洪水资料；步骤2，根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数；步骤3，根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的Copula函数构造上游水库断面和区间洪量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上游水库断面洪量时区间洪量的条件概率分布函数，采用随机模拟法推求受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数；步骤5，根据步骤4中的设计断面洪峰流量的概率分布函数，推求指定设计频率的设计断面洪峰流量，并计算基于水文失事机理的设计洪水地区组成。所述步骤2中，采用P-III型分布作为上游水库断面和区间洪量的边缘概率分布函数线型，采用线性矩法估计上游水库断面和区间洪量边缘概率分布函数线型的参数。所述步骤3中，采用Gumbel-HougaardCopula函数构造上游水库断面和区间洪量的联合概率分布函数，采用Kendall秩相关性系数法估计Gumbel-HougaardCopula函数的参数。本专利技术通过收集整理上游水库断面和区间洪水资料，确定上游水库断面和区间洪量的边缘概率分布函数，构建上游水库断面和区间洪量的联合概率分布函数，推求受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数，进而计算基于水文失事机理的设计洪水地区组成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术考虑了上游水库断面和区间洪量与水库调洪、河道洪水演进过程的交互作用，以受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量超过某一指定流量的频率来定义防洪安全标准，能够表征水文失事机理，为设计洪水地区组成计算提供了更加科学稳健的方法。附图说明图1是本专利技术方法的流程图。图2是受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数示意图。图3是基于水文失事机理的设计洪水地区组成示意图。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3所示，一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法，收集整理上游水库断面和区间洪水资料，确定上游水库断面和区间洪量的边缘概率分布函数，构建上游水库断面和区间洪量的联合概率分布函数，推求受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数，进而计算基于水文失事机理的设计洪水地区组成。图1是本实施例的计算流程图，按照以下步骤进行：1.收集整理上游水库断面和区间洪水资料。本具体实施收集整理历年上游水库断面和设计断面洪水过程线，时间间隔为Δt(一般为1小时、3小时等)。历年区间洪水过程线由相应的设计断面洪水过程线减去上游水库经马斯京根法河道演算至设计断面的洪水过程线而得。基于收集整理的上游水库断面和区间洪水过程线统计历年上游水库断面和区间洪量系列以及典型年上游水库断面和区间洪水过程线。本具体实施中，洪量控制时段根据流域洪水特点和上游水库对洪水的调节特性确定，典型年选择峰高量大、能反映洪水地区组成特性的典型年。2.确定上游水库断面和区间洪量的边缘概率分布函数。根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，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上游水库断面和区间洪量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型分布作为上游水库断面和区间洪量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、极大似然法、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，是目前国内外公认的有效参数估计方法。本具体实施中采用L-矩法分别估计上游水库断面和区间洪量边缘概率分布函数线型的参数。3.构建上游水库断面和区间洪量的联合概率分布函数。根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的Copula函数构造上游水库断面和区间洪量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分别表示上游水库断面和区间洪量，x、y分别为相应的实现值。FX(x)、FY(y)分别表示上游水库断面洪量X和区间洪量Y的边缘概率分布函数，fX(x)、fY(y)分别为相应的边缘概率密度函数。X,Y的联合概率分布函数可以用一个二维Copula函数C表示：FX,Y(x,y)＝Cθ(FX(x),FY(y))＝Cθ(u,v)(1)其中，θ为Copula函数的参数；u＝FX(x),v＝FY(y)为边缘分布函数。本具体实施中，采用Gumbel-HougaardCopula函数构造上游水库断面洪量X和区间洪量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Kendall秩相关性系数法估计Gumbel-HougaardCopula函数的参数。Kendall相关系数τ与参数θ的关系为：令{(x1,y1),…,(xn,yn)}表示从连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1，收集整理上游水库断面和区间洪水资料；/n步骤2，根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数；/n步骤3，根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的Copula函数构造上游水库断面和区间洪量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构造的联合概率分布函数求解给定上游水库断面洪量时区间洪量的条件概率分布函数，采用随机模拟法推求受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数；/n步骤5，根据步骤4中的设计断面洪峰流量的概率分布函数，推求指定设计频率的设计断面洪峰流量，并计算基于水文失事机理的设计洪水地区组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于水文失事机理的设计洪水地区组成计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，收集整理上游水库断面和区间洪水资料；
步骤2，根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，并估计其参数；
步骤3，根据步骤1中的上游水库断面和区间洪量系列资料，选取适当的Copula函数构造上游水库断面和区间洪量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上游水库断面洪量时区间洪量的条件概率分布函数，采用随机模拟法推求受上游水库调蓄影响的设计断面洪峰流量概率分布函数；
步骤5，根据步骤4中的设计断面洪峰流量的概率分布...

【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