水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法技术

本发明专利技术提出了一种水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，用于解决现有水文计算中需要逐一求解，计算过程繁琐，效率较低的技术问题。本发明专利技术的步骤如下：获取水文统计项目的最长水文系列；根据最长水文系列的数据，构建皮尔逊III型方程；依据所构建的皮尔逊III型方程，构建可批量求解特定频率下径流量的方程；可批量求解特定频率下径流量方程，得到特定频率下所对应的洪水设计标准。本发明专利技术可以快速、高效地求解特定频率下所对应的洪水设计标准，可用于防洪工程设计等领域，对于防洪工程设计和水资源管理等领域非常重要，具有实用性和推广价值。实用性和推广价值。实用性和推广价值。

【技术实现步骤摘要】
水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法


[0001]本专利技术涉及水文统计的
，尤其涉及一种水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法。

技术介绍

[0002]水文现象的随机性使得未来出现的洪水大小具有一定的不确定性。因此，为了减小洪灾的风险，防洪工程设计常常采用概率分析的方法。在概率分析中，通常会使用历史水文资料、气象资料和地形等数据，通过统计分析来确定洪水的概率分布函数。这样可以估计不同大小洪水的发生概率，并根据工程的重要程度和风险承受能力，选择一个适当的洪水设计标准，来进行防洪工程设计。因此，通过科学合理的概率分析，选择一个适当的设计标准，对于降低洪灾风险，保障人民的生命财产安全有重大的现实意义。
[0003]目前，水利水电工程水文计算或设计洪水计算规范中都采用P
‑Ⅲ
型分布曲线，其与资料配合较好，且线型基本符合水文现象的一般规律，外延成果也比较合理。求解方程的过程多基于查看皮尔逊Ⅲ型分布离均系数值表对解进行逐一求解，但是这种方法通常只能逐一计算每个频率下的洪水设计标准，计算过程较为繁琐，不够高效。此外，当遇到离均系数值表中有缺失值的情况下，需要采用差值法得到特定的离均系数值，导致求解效率较低且容易出现误差。因此，需要一种能够批量计算特定频率下洪水设计标准的方法。
[0004]申请号为201610680265.X的专利技术专利公开了一种多沙交汇型河流汇口边滩整治线的构建方法，步骤如下：(1)确定恰当的数值模型；(2)向第二物理模型中按洪水设计标准流量引入水流冲刷第二物理模型中铺设的沙粒，当冲刷形成的边滩的轮廓线稳定后，记录冲刷形成的边滩的轮廓线位置以及边滩的典型断面的水深，计算原型中边滩沙粒的临界起动流速；(3)采用数值模型计算原型在洪水设计标准流量条件下的流速分布，以流速分布图中边滩外轮廓线处的原型边滩沙粒临界起动流速等值线作为边滩整治线。上述专利技术能合理地指导多沙交汇型河流汇口边滩整治，从而缓解汇口边滩对河道行洪安全产生的负面影响，提高河道的行洪安全性。但是，上述专利技术需要进行第二物理模型试验和数值模型计算，需要投入大量的时间和经费，且存在一定的技术门槛，对于一些中小河流或者资源有限的地区来说，难以实现普及和推广。且该方法只适用于多沙交汇型河流汇口边滩的整治线构建，对于其他类型的河流或者不同的整治需求，需要重新进行模型设计和实验验证，缺乏通用性和灵活性。

技术实现思路

[0005]针对现有水文计算中需要逐一求解，计算过程繁琐，效率较低的技术问题，本专利技术提出一种水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，通过采用皮尔逊Ⅲ型分布的概率密度函数构建符合P
‑Ⅲ
型分布的频率曲线方程，构建由n个G(x)
‑
Pn的积组成的方程F(x)，用于求解特定频率下的径流量方程；通过数值计算的方法，快速、准确地求解方程F(x)在特定频率下的径流量方程，得到所需的洪水设计标准，可以快速、准确地批量求解不
同频率下所对应的洪水设计标准，为水利工程的设计、建设和管理提供了重要技术支持。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其步骤如下：步骤1、获取水文统计项目的最长水文系列；步骤2、根据最长水文系列的数据，构建皮尔逊Ⅲ型方程；步骤3、依据所构建的皮尔逊Ⅲ型方程，构建可批量求解特定频率下径流量的方程；步骤4、可批量求解特定频率下径流量方程，得到特定频率下所对应的洪水设计标准。
[0007]优选地，所述步骤一的实现方法为：根据需求确认需开展统计分析的水文站，收集水文站自设站至最近年份共计N年水文统计项目的系列资料；水文统计项目包括但不限于年径流、时段径流、年最大洪峰、时段洪量；对收集的系列资料根据需求按年径流、时段径流、年最大洪峰、时段洪量或按其它需求项目进行统计；根据水文统计要求水文系列一致性原则，若水文站测验、整编精度控制方法相同，人类活动对水文统计项目影响较小，则确定由水文站实测资料统计的项目系列为水文统计项目的最长水文系列；若人类活动影响较大，基于历史同期资料比较法，将不同水文站的资料与历史同期资料进行比较并进行一致性改正，确定经一致性改正后的系列为水文统计项目的最长水文系列。
[0008]优选地，所述步骤二中计算最长水文系列的数据对应的皮尔逊Ⅲ型方程G(x)的步骤为：1）. 对最长水文系列的数据进行统计分析得到统计特征；2）. 根据统计特征，使用皮尔逊Ⅲ型分布的概率密度函数拟合最长水文系列的数据，得到皮尔逊Ⅲ型方程G(x)；其中，x表示水文变量；3）. 对皮尔逊Ⅲ型方程G(x)进行验证和优化，提高拟合效果和精度。
[0009]优选地，所述最长水文系列指的是一段长时间内的水文数据，包括多年的径流量、降雨量、水位的数据；所述统计特征包括计算均值、方差、偏度或峰度中的至少一种；所述水文变量包括径流量、降雨量或水位。
[0010]优选地，所述步骤三中根据所输入的径流量多年均值、变差系数和偏态系数的参数，构建符合皮尔逊Ⅲ型分布的频率曲线方程G(x)；根据所输入的设计频率Pn构建由n个G(x)
‑
Pn的积组成的方程F(x)。
[0011]优选地，根据径流量多年均值、变差系数和偏态系数的参数，使用P
‑Ⅲ
型分布的概率密度函数构建符合P
‑Ⅲ
型分布的频率曲线方程G(x)；根据所输入的设计频率Pn，将频率曲线方程G(x)和设计频率Pn代入方程G(x)
‑
Pn中，得到一组G(x)
‑
Pn的值；重复上述步骤，直到得到n组G(x)
‑
Pn的值；将n组G(x)
‑
Pn的值相乘，得到由n个G(x)
‑
Pn的积组成的方程F(x)。
[0012]优选地，在防洪工程设计中，根据历史洪水数据、地理环境、水文气象条件和工程要求的因素来确定设计频率Pn。
[0013]优选地，所述步骤四中指定求解径流量的最小值min和最大值max以及求解的精度eps，采用数学方法可批量求解特定频率下径流量方程F(x)的解；所述数学方法采用数值积分划分指定精度的区间，并在区间内使用二分法求根。
[0014]优选地，所述采用数值积分划分指定精度的区间的方法为：计算等分区间个数 m = (b
ꢀ‑ꢀ
a) / eps；将求解区间 [a, b] 划分为 m 个等分区间，使每个区间的长度为 dx，其中，dx小于等于所需的求解精度 eps；对于每个等分区间，使用数值积分的方法计算方程F(x) 在该区间内的积分值；使用复化梯形法得到若干个求解区间。
[0015]优选地，所述二分法求根的实现方法为：确定求解区间的下限 a 和上限 b；将求解区间不断二分，直到找到方程F(x)的零点，即可得到特定频率下所对应的径流量方程 F(x) 的解；方程F(x)的零点的求解方法为：i. 计算区间的中点 c = (a + b) / 2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其特征在于，其步骤如下：步骤1、获取水文统计项目的最长水文系列；步骤2、根据最长水文系列的数据，构建皮尔逊Ⅲ型方程；步骤3、依据所构建的皮尔逊Ⅲ型方程，构建可批量求解特定频率下径流量的方程；步骤4、可批量求解特定频率下径流量方程，得到特定频率下所对应的洪水设计标准。2.根据权利要求1所述的水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其特征在于，所述步骤一的实现方法为：根据需求确认需开展统计分析的水文站，收集水文站自设站至最近年份共计N年水文统计项目的系列资料；水文统计项目包括但不限于年径流、时段径流、年最大洪峰、时段洪量；对收集的系列资料根据需求按年径流、时段径流、年最大洪峰、时段洪量或按其它需求项目进行统计；根据水文统计要求水文系列一致性原则，若水文站测验、整编精度控制方法相同，人类活动对水文统计项目影响较小，则确定由水文站实测资料统计的项目系列为水文统计项目的最长水文系列；若人类活动影响较大，基于历史同期资料比较法，将不同水文站的资料与历史同期资料进行比较并进行一致性改正，确定经一致性改正后的系列为水文统计项目的最长水文系列。3.根据权利要求1或2所述的水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其特征在于，所述步骤二中计算最长水文系列的数据对应的皮尔逊Ⅲ型方程G(x)的步骤为：1）. 对最长水文系列的数据进行统计分析得到统计特征；2）. 根据统计特征，使用皮尔逊Ⅲ型分布的概率密度函数拟合最长水文系列的数据，得到皮尔逊Ⅲ型方程G(x)；其中，x表示水文变量；3）. 对皮尔逊Ⅲ型方程G(x)进行验证和优化，提高拟合效果和精度。4.根据权利要求3所述的水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其特征在于，所述最长水文系列指的是一段长时间内的水文数据，包括多年的径流量、降雨量、水位的数据；所述统计特征包括计算均值、方差、偏度或峰度中的至少一种；所述水文变量包括径流量、降雨量或水位。5.根据权利要求3所述的水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其特征在于，所述步骤三中根据所输入的径流量多年均值、变差系数和偏态系数的参数，构建符合皮尔逊Ⅲ型分布的频率曲线方程G(x)；根据所输入的设计频率Pn构建由n个G(x)
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Pn的积组成的方程F(x)。6.根据权利要求5所述的水文统计中可批量求解特定频率下洪水设计标准的方法，其特征在于，根据径流量多年均值、变差系数和偏态系...

【专利技术属性】
技术研发人员：童海滨，全澍，林晓梦，刘晓萌，施星宇，李德增，沈鑫，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：