气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法技术

本发明专利技术涉及水库调度技术领域，提供一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，包括以下步骤：根据未来气候变化条件下气温与降水预测信息、水文模型、以及随机模拟方法，生成多组模拟径流序列；基于现行水库调度规则，得到多组相应的年效益样本；利用水文年类型对水库调度年效益进行分类，得到分类化的水库调度年效益；通过参数估计与拟合优度检验，筛选出适用于分类化的水库调度年效益的最佳概率分布函数；基于最佳概率分布函数和可接受风险水平，通过逆累积分布计算，确定出分类化风险预警阈值；借助概率变点分析方法，识别现行水库调度规则在未来气候变化条件下的失效预警时间；通过上述步骤，能够提示水库调度规则发生变更的时间点。规则发生变更的时间点。规则发生变更的时间点。

【技术实现步骤摘要】
气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法


[0001]本专利技术水利工程管理中的水库调度
，尤其是涉及一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法。

技术介绍

[0002]气候变化改变了全球和区域范围内的水文气象条件，打破了原有的一致性条件，给水资源管理带来了极大的挑战。具有良好调蓄作用的水库，是流域水资源管理中应对气候变化不利影响的有效工程措施。近几十年来，人们越来越认识到水库适应气候变化的战略需求。目前，开展水库适应性调控的主流研究方式可以归纳为：自上而下(Top
‑
down)方法和自下而上(Bottom
‑
up)方法。前者是通过全球气候模式(Global Climate Model，GCM)和水文模型给出未来气候变化情景的水文气象预测信息，然后结合未来水文气象预测信息进行水库调度研究，提出水库适应性调度方案；后者是依托于降水和气温的多种可能变幅的组合来构成未来气候变化情景，考虑水库系统的风险承受能力和当地决策者的偏好，对现行水库调度规则的风险抗压能力进行评价，针对构成风险威胁的情景域，实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，其特征是包括以下步骤：S1、获取未来气候变化条件下气温与降水预测信息，进行降尺度和误差校正处理，使气温与降水预测信息缩限于关注的局部区域，融合水文模型获得预测未来气候变化情景下的径流预测信息；S2、根据径流预测信息，利用随机模拟方法，生成多组模拟径流序列；然后将其作为现行水库调度规则的输入数据，通过模拟调度计算，产生多组相应的年效益样本；S3、以集对分析方法，由丰至枯划分水文年类型；由水文年类型结果，将步骤S2计算得到的水库调度年效益样本进行分类，将属于同一个分类结果的年效益样本集合称为分类化的水库调度年效益；S4、通过参数估计与拟合优度检验对多种概率分布函数形式进行比选，筛选出适用于分类化的水库调度年效益的最佳概率分布函数形式；S5、根据可接受风险水平和分类化的水库调度年效益的最佳概率分布函数，通过逆累积分布计算，确定出相应的分类化风险预警阈值(RIsk
‑
basedwarning threshold,RWT)；S6、利用分类化风险预警阈值，分析现行水库调度规则在未来气候变化条件下的失效情况；借助概率变点分析技术，识别现行水库调度规则在未来气候变化条件下的失效预警时间(Failurewarining time,FWT)；通过上述步骤，能够提示在未来气候变化条件下水库调度规则发生变更的时间点。2.根据权利要求1所述一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，其特征是：以未来气候变化条件下的径流预测序列为基准数据；利用考虑径流时空相关性的多元copula方法，进行随机模拟，得到L组径流序列结果，针对梯级系统中的水库k而言，表达式为：表达式为：式中：QSim
k
为第k个水库基于同一GCM径流预测序列下的共L次循环的随机模拟径流数据集，它是按照循环次数划分的径流随机模拟结果数据集；当k为1时，QSim
k
表示龙头水库入库径流的随机模拟结果，否则，QSim
k
则表示第k个水库和第k
‑
1个水库之间的区间径流的随机模拟结果；该数据集的元素为第k个水库在第s次循环中随机模拟的N年径流序列；为第k个水库在第s次循环中第j年的径流序列，表述为表述为为第k个水库在第s次循环中第j年的第i个时段的径流值；N和TS分别表示未来时期的总年数和每年的总时段数；L为随机模拟的总循环数。3.根据权利要求2所述一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，其特征是：步骤S3中，由丰至枯划分水文年类型包括以下步骤：
S01、对于第k个水库，将不考虑上游水库调节作用的L组随机模拟的入库径流结果作为分析水文年类型的输入；在分析水文年类型时，首先确定同一循环下同一年内的各个时段径流在径流量大小体现的类别划分，然后分析每年径流序列的年内径流时程分配特点，最后是对每一循环数据矩阵在各年的各时段内重复相同的分析过程；S02、比较第s次循环下第j年的第i时段的径流量与相应时段的径流量大小划分标准，确定该时段在径流量大小上所反映出的分类结果，记作以量化符号I、II、III、IV中的一种表示；将所有径流随机模拟结果数据集，按照时间段划分，即对于每个时段i，将其所有循环次数下的所有年份的径流值从大至小排序，确定出对应于分位数为25％、50％、75％的径流值进而，构成划分该时段径流量由大到小四个标准的取值范围，即进而，构成划分该时段径流量由大到小四个标准的取值范围，即径流量大小的分类标准因时段不同而不同；S03、对于同一循环下同一年内的时段i从1至TS，重复上述步骤S02，得到考虑径流量影响的该年分类结果，即S04、将上述考虑径流量影响的分类结果与四种年内径流时程分配的标准化指标CC
f
构成集对，利用集对分析方法，计算二者之间的同一性、差异性、对立性指标的联系度大小；其中，CC
f
＝(f1,
…
,f
i
,
…
,f
TS
)，f表示径流值量化符号I、II、III、或IV；联系度的计算表达式为：式中：为集对的联系度；W为所有特性数，即径流丰枯分类问题中为总时段数；S为两个集合相同特性的个数；J1为两个集合相差一级的特性个数；J2为两个集合相差两级的特性个数；O为两个集合相反特性的个数；λ1和λ2为差异不确定性系数，取值范围为[
‑
1,1]；η为对立系数，取值为
‑
1；S05、根据S04计算得到的综合了径流量大小和年内径流时程分配共同影响的联系度结果，取最大联系度对应的丰枯类别，作为水文年类型表达式为：
式中：为第s次循环下第j年的水文年类型，取值为量化符号I、II、III、或IV；S06、重复上述S02～S05，确定出同一循环下每一年的水文年类型，然后再对各个循环次数进行计算；最终得到的水文年类型结果是一个L
×
N的矩阵；其中，L为径流随机模拟的总循环次数，N为未来时期的总年数。4.根据权利要求1所述一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，其特征是：步骤S3中，对于梯级系统中的每一个水库，将计算得到的水文年类型结果直接作为其年效益分类的依据，表达式为：式中：为第k个水库在第s次循环下第j年的年效益分类，取值为I、II、III、或IV。5.根据权利要求4所述一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，其特征是：梯级水库系统的年效益分类是各水库年效益分类结果的加权平均值，表达式为：表达式为：式中：为梯级水库系统在第s次循环下第j年的年效益分类结果，是各个水库年效益分类结果的加权平均值；在实际计算中，将对应的量化符号I、II、III、IV分别转化为1、2、3、4，将和简化即为其中的上标std表示研究对象，包括梯级水库系统和系统中的各个水库。为第k个水库在第s次循环下第j年的效益权重，即第k个水库对整个梯级水库系统的效益贡献能力；M为梯级系统中水库的数量；和分别为第s次循环下第j年的第k个水库的年效益值和梯级水库系统总效益，二者可简化记作记号|
fut
表示未来气候变化条件下的径流模拟结果作为现行水库调度规则的输入。6.根据权利要求1所述一种气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法，其特征是：步骤S4中，以AIC为评价指标，通过模糊优选决策模型，筛选出最佳概率分布函数，具体步骤如下：S11、针对每一个研究对象，包括梯级水库系统及各个水库，计算每一种分类化年效益在各个候选概率分布函数下的AIC指标，并将其标准化，构成多目标决策的评价指标矩阵；具体表达式为：
式中：为研究对象std的第f种分类化年效益在候选概率分布函数类型为pm时的拟合优度评价指标，其中，下标f为径流值量化符号I、II、III、IV，而下标pm包括所有候选概率分布函数，上标std包括梯级系统和各水库；例如：表示梯级水库系统的I类年效益在正态分布函数描述情形下的AIC计算结果；为针对概率分布函数pm所估计参数的似然值；df
pm
为概率分布函数pm所对应的自由度大小；为的标准化结果，且越小的AIC指标对应于越大的标准化结果，即表明所描述的概率分布函数的拟合优度效果越好；和分别为研究对象std的第f种分类化年效益在四个候选概率分布函数中的最大AIC计算值和最小AIC...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，戴会超，刘志武，刘攀，杨媛，殷兆凯，卢韦伟，赵汗青，翟然，梁犁丽，杨恒，徐志，翟俨伟，刘琨，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：