一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法，在利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式，并采用Copula函數(shù)求解聯(lián)合概率密度函數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)合概率密度函數(shù)在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分運(yùn)算獲取指定年最高水位的累積概率，從而計(jì)算指定年最高水位的單變量重現(xiàn)期，作為考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。本發(fā)明考慮了水庫調(diào)洪演算，以年最高水位等值線定義危險(xiǎn)區(qū)域，能夠正確表征水庫大壩的水文失事機(jī)理，適用于具有任意復(fù)雜程度的洪水調(diào)度規(guī)則，為水庫防洪安全設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)合理的依據(jù)。
【專利說明】
一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及防洪安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水 重現(xiàn)期計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 洪水災(zāi)害是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，如何進(jìn)行科學(xué)有效的洪水風(fēng)險(xiǎn)管理以 減少損失具有重大意義。洪水重現(xiàn)期是指某一特定量級(jí)的洪水事件連續(xù)兩次發(fā)生的平均時(shí) 間間隔（以年計(jì)），常用來衡量洪水大小和等級(jí)，是確定水利水電工程規(guī)模的主要依據(jù)(參見 郭生練等，一種梯級(jí)水庫下游設(shè)計(jì)洪水的推求方法，專利號(hào)ZL2013101982328)。傳統(tǒng)的洪水 重現(xiàn)期往往只基于某一特征變量(洪峰或者某一時(shí)段洪量)進(jìn)行單變量頻率計(jì)算得到。然 而，洪水事件本質(zhì)是一種多變量隨機(jī)水文事件，需要同時(shí)考慮多個(gè)特征變量才能完整描述， 導(dǎo)致單變量洪水重現(xiàn)期無法真實(shí)反映洪水事件的量級(jí)（參見張波等，推求設(shè)計(jì)洪水過程線 的方法，公開號(hào)CN104182650A)。近年來，多變量洪水重現(xiàn)期越來越多地被國內(nèi)外水文工作 者應(yīng)用于洪水事件的描述和建模中。
[0003] 多變量洪水重現(xiàn)期的計(jì)算方法由于涉及到多個(gè)洪水變量的組合，因而比單變量情 形更加復(fù)雜。目前使用最為廣泛的多變量洪水重現(xiàn)期主要有"或"和"且"重現(xiàn)期，"或"重現(xiàn) 期認(rèn)為只要洪峰或洪量其中一個(gè)超過設(shè)定的閾值就構(gòu)成危險(xiǎn)事件，"且"重現(xiàn)期則需要洪峰 和洪量同時(shí)都超過設(shè)定的閾值(參見黃強(qiáng)等，基于二次重現(xiàn)期的多變量洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 湖泊科學(xué)，2015，27(2): 352-360)。一般來說，防洪標(biāo)準(zhǔn)越高，相應(yīng)的危險(xiǎn)率就越小，指定防 御標(biāo)準(zhǔn)下水工建筑物遭遇破壞的風(fēng)險(xiǎn)就越低。這兩種重現(xiàn)期均根據(jù)聯(lián)合概率等值線上的某 一特定聯(lián)合設(shè)計(jì)值定義危險(xiǎn)事件，由此導(dǎo)致的多變量重現(xiàn)期與危險(xiǎn)區(qū)域范圍大小的矛盾會(huì) 造成對(duì)安全事件與危險(xiǎn)事件的錯(cuò)誤識(shí)別，局限性較為明顯(參見史黎翔等，基于Copula函數(shù) 的兩變量洪水重現(xiàn)期與設(shè)計(jì)值計(jì)算研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2015,34(10) :27-34)。為了解 決上述問題，Salvadori等根據(jù)聯(lián)合概率等值線定義危險(xiǎn)區(qū)域提出了Kendall重現(xiàn)期計(jì)算方 法，認(rèn)為只有當(dāng)洪峰洪量聯(lián)合概率值超過了設(shè)定的閾值時(shí)才是危險(xiǎn)事件（參見Salvadori G,Michele C D,Durante F.On the return period and design in a multivariate framework[J].Hydrology and Earth System Sciences,2011，15(11):3293_3305)〇 Kendall重現(xiàn)期使得洪峰、洪量聯(lián)合概率等值線上的任意一點(diǎn)都具有相同的危險(xiǎn)區(qū)域，對(duì)安 全事件與危險(xiǎn)事件的判定更加合理。
[0004] 事實(shí)上，就水庫防洪安全而言，最重要的因素是壩前最高水位(參見丁晶等.水庫 防洪安全設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)洪水過程線法適用性的探討[J].水科學(xué)進(jìn)展，1992，3(1): 45-52)。前 面三種多變量重現(xiàn)期所判定的危險(xiǎn)事件不符合實(shí)際情況，真正的危險(xiǎn)事件應(yīng)該是壩前最高 水位超過某一指定高程。因此，現(xiàn)有的多變量重現(xiàn)期計(jì)算方法沒有考慮水庫調(diào)洪演算，無法 正確表征水庫大壩的水文失事機(jī)理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量 洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法。
[0006] 本發(fā)明一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1，收集水庫歷年最大洪水過程資料和洪峰、洪量系列；
[0008] 步驟2，將步驟1中的歷年最大洪水過程輸入水庫按照調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)洪演算，從 輸出的庫水位過程線統(tǒng)計(jì)得到年最高水位系列；
[0009] 步驟3,根據(jù)步驟1中的洪峰、洪量系列和步驟2中得到的年最高水位系列，利用遺 傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸，推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式，并確定指定年最高水位值對(duì)應(yīng)的 安全區(qū)域；
[0010] 步驟4,根據(jù)步驟1中的洪峰、洪量系列，選取邊緣概率分布函數(shù)線型，并估計(jì)邊緣 概率分布函數(shù)的參數(shù)；
[0011 ]步驟5,采用Copula函數(shù)構(gòu)造洪峰、洪量的聯(lián)合概率分布函數(shù)，并估計(jì)Copula函數(shù) 的參數(shù)，求解聯(lián)合概率密度函數(shù)；
[0012] 步驟6,對(duì)步驟5得到的聯(lián)合概率密度函數(shù)在步驟3中確定的安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分 運(yùn)算，獲取指定年最尚水位的累積概率；
[0013] 步驟7,根據(jù)步驟6中得到的累積概率計(jì)算指定年最高水位的單變量重現(xiàn)期，作為 考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。
[0014] 所述步驟2中，水庫調(diào)洪演算采用四階龍格-庫塔算法進(jìn)行數(shù)值求解。
[0015] 所述步驟4中，將P-III型分布作為洪峰和洪量的邊緣概率分布函數(shù)線型，采用線 性矩法估計(jì)邊緣概率分布函數(shù)的參數(shù)。
[0016] 所述步驟5中，采用Gumbel-Hougaard Copula函數(shù)構(gòu)造洪峰和洪量的聯(lián)合概率分 布函數(shù)，采用Kendall秩相關(guān)性系數(shù)法估計(jì)Gumbel-Hougaard Copula函數(shù)的參數(shù)。
[0017] 所述步驟6中，利用蒙特卡洛模擬方法計(jì)算定積分的值。
[0018] 本發(fā)明在利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式，并采用 Copula函數(shù)求解聯(lián)合概率密度函數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)合概率密度函數(shù)在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分 運(yùn)算獲取指定年最高水位的累積概率，從而計(jì)算指定年最高水位的單變量重現(xiàn)期，作為考 慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的有益效果在于：
[0020] 1、本發(fā)明考慮了水庫調(diào)洪演算，以年最高水位等值線定義危險(xiǎn)區(qū)域，能夠正確表 征水庫大壩的水文失事機(jī)理；
[0021] 2、本發(fā)明利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸，可以自動(dòng)得到回歸曲線的函數(shù)形式及其參 數(shù)，適用于具有任意復(fù)雜程度的水庫洪水調(diào)度規(guī)則，為挖掘水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式提 供了有力工具。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
[0023]圖2為利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸的流程圖。
[0024]圖3為指定年最高水位值對(duì)應(yīng)的安全區(qū)域示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0026] 如圖1-圖3所示，一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法，收集水庫 歷年最大洪水過程資料和洪峰、洪量系列，輸入水庫按照調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)洪演算統(tǒng)計(jì)得到 年最高水位系列，在利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式，并采用 Copula函數(shù)求解聯(lián)合概率密度函數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)合概率密度函數(shù)在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分 運(yùn)算獲取指定年最高水位的累積概率，從而計(jì)算指定年最高水位的單變量重現(xiàn)期，作為考 慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。圖1是本實(shí)施例的計(jì)算流程圖，按照以下步驟進(jìn)行：
[0027] 1.收集水庫歷年最大洪水過程資料和洪峰、洪量系列。
[0028] 收集的水庫流量數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度為△ t (一般宜小于日，如1小時(shí)，3小時(shí)等）。歷年 最大洪水過程的控制時(shí)段根據(jù)流域暴雨洪水特性和水庫調(diào)洪能力確定。本具體實(shí)施中洪峰 系列由歷年的最大洪水流量組成，洪量系列由歷年的最大控制時(shí)段洪水總量組成。
[0029] 2.將歷年最大洪水過程輸入水庫調(diào)洪演算，得到年最高水位系列。
[0030] 水庠調(diào)洪演算的基本依據(jù)是水量平衡方程和槽蓄動(dòng)力方程：
[0031]
⑴
[0032] 〇t = f(St) (2)
[0033] 式中：It、0t分別為t時(shí)刻的入庫流量和出庫流量(m3/s);St為t時(shí)刻的水庫蓄水量 (m 3);函數(shù)f (St)依據(jù)水庫庫容曲線和泄流曲線綜合確定。
[0034] 目前調(diào)洪演算求解方法主要有列表試算法、圖解法和數(shù)值解法等。其中，數(shù)值解法 既不必試算，也不需繪制輔助曲線，不僅可方便地變動(dòng)計(jì)算步長，且能簡捷地進(jìn)行變化閘門 開度的計(jì)算，尤其對(duì)復(fù)雜情況下水庫的調(diào)洪計(jì)算，較其他方法有一定的優(yōu)勢。
[0035] 本具體實(shí)施中水庫調(diào)洪演算采用四階龍格-庫塔算法進(jìn)行數(shù)值求解。
[0036] 將步驟1中的歷年最大洪水過程輸入水庫按照調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)洪演算，從汛期防 洪限制水位起調(diào)，采用四階龍格-庫塔算法進(jìn)行數(shù)值求解，從輸出的庫水位過程線統(tǒng)計(jì)得到 年最高水位系列。
[0037] 3.利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸，推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯示表達(dá)式，確定安全區(qū)域。
[0038]本步驟包括兩個(gè)子步驟：
[0039] 3.1推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯示表達(dá)式
[0040] 遺傳規(guī)劃是在遺傳算法的基礎(chǔ)上提出的一種新的進(jìn)化計(jì)算方法，具有強(qiáng)大的啟發(fā) 式自動(dòng)搜索尋優(yōu)能力，其優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)找到因變量與自變量間的變化規(guī)律，無需事先確定 各變量之間的函數(shù)關(guān)系，簡單易行，因此在數(shù)據(jù)挖掘、自動(dòng)控制、發(fā)現(xiàn)工程經(jīng)驗(yàn)公式、微分方 程求解、符號(hào)回歸等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
[0041] 遺傳規(guī)劃的基本思想是根據(jù)達(dá)爾文"適者生存"的原則對(duì)問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，隨 機(jī)產(chǎn)生一個(gè)適用于問題環(huán)境的初始種群，計(jì)算群體中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，采用復(fù)制、雜交和 變異等遺傳算子對(duì)種群不斷進(jìn)行迭代優(yōu)化，直到問題的最優(yōu)解在某一代出現(xiàn)。
[0042] 令H、Q和W分別表示年最高水位、洪峰和洪量，相應(yīng)的取值為h、q和w.本具體實(shí)施根 據(jù)步驟1中的洪峰、洪量系列和步驟2中得到的年最高水位系列，利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回 歸，推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式h = g(q，w)。如圖2所示，給出了利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào) 回歸的流程圖。基本步驟如下：
[0043] (1)確定個(gè)體表達(dá)式結(jié)構(gòu)，包括F(函數(shù)集)和T(終止符集）。本具體實(shí)施中F = {+，-， X ,/, V , log,exp} ,T= {q,w} 〇
[0044] (2)產(chǎn)生初始群體。本具體實(shí)施中利用混合法隨機(jī)生成，生長法與完全法各50%， 從函數(shù)集F及終止符集Τ中選擇字符組成不同的公式作為初始個(gè)體。本具體實(shí)施中設(shè)定種群 數(shù)量為Μ。
[0045] (3)計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度。本具體實(shí)施中采用均方根誤差作為適應(yīng)度函數(shù)對(duì)個(gè)體的好 壞進(jìn)行評(píng)判，適應(yīng)度的值越小，該個(gè)體越好。
[0046] (4)生成新一代群體。執(zhí)行遺傳操作，生成新的個(gè)體，主要遺傳操作包括:①復(fù)制， 將已有的優(yōu)良個(gè)體復(fù)制，加入新群體，并相應(yīng)刪除劣質(zhì)個(gè)體;②交換，將選出的兩個(gè)個(gè)體的 部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，所產(chǎn)生的兩個(gè)新個(gè)體加入新群體;③突變，隨機(jī)改變個(gè)體的某一部分， 將新個(gè)體插入新群體中。本具體實(shí)施中復(fù)制概率Pr，交叉概率為P C，變異概率Pm。
[0047] (5)重復(fù)（3)、（4)，直至滿足終止條件(達(dá)到最大迭代代數(shù)或最佳個(gè)體適應(yīng)度達(dá)到 預(yù)定值），選擇最好結(jié)果作為最終解。本具體實(shí)施中G代表迭代次數(shù)，初始種群為第0代，終止 準(zhǔn)則為達(dá)到最大迭代代數(shù)G max。
[0048] 3.2確定安全區(qū)域
[0049] 在子步驟3.1中確定了水庫調(diào)洪函數(shù)后，給定指定年最高水位值h，以年最高水位 等值線h = g(q，w)判定安全事件和危險(xiǎn)事件，滿足g(q，w)〈h的洪峰、洪量組合(q，w)為安全 事件。
[0050] 滿足g(q，w)〈h所有點(diǎn)（q，w)組成的集合即為指定年最高水位值h相應(yīng)的安全區(qū)域 為Dh= {(q，w) :g(q，w)〈h}。如圖3所示，給出了指定年最高水位值對(duì)應(yīng)的安全區(qū)域示意圖。 [0051 ] 4.確定洪峰和洪量的邊緣概率分布函數(shù)。
[0052]根據(jù)步驟1中的洪峰、洪量數(shù)據(jù)資料，選取適當(dāng)?shù)倪吘壐怕史植己瘮?shù)線型，并估計(jì) 邊緣概率分布函數(shù)的參數(shù)，本步驟包括兩個(gè)子步驟：
[0053] 4.1選擇邊緣概率分布函數(shù)線型
[0054]由于洪峰和洪量的總體分布頻率線型是未知的，通常選用能較好擬合多數(shù)洪水樣 本資料系列的線型。經(jīng)過多年分析比較與研究，發(fā)現(xiàn)P-III型分布對(duì)于我國大部分河流的洪 水資料擬合較好，推薦在工程實(shí)踐中采用。
[0055] 本具體實(shí)施中采用P-III型分布作為洪峰和洪量的邊緣概率分布函數(shù)線型。
[0056] 4.2估計(jì)邊緣概率分布函數(shù)線型的參數(shù)
[0057]在子步驟4.1中采用P-III型分布作為洪峰和洪量邊緣概率分布函數(shù)線型后，接著 需要進(jìn)行估計(jì)P-III型分布的參數(shù)。線性矩法(L-矩法)是目前國內(nèi)外公認(rèn)的有效參數(shù)估計(jì) 方法，最大特點(diǎn)是對(duì)序列的極大值和極小值沒有常規(guī)矩那么敏感，求得的參數(shù)估計(jì)值比較 穩(wěn)健。
[0058]本具體實(shí)施中采用L-矩法估計(jì)邊緣概率分布函數(shù)線型的參數(shù)。
[0059] 5.采用Copula函數(shù)構(gòu)造洪峰、洪量的聯(lián)合概率分布函數(shù)，求解聯(lián)合概率密度函數(shù)。
[0060] 根據(jù)步驟1中的洪峰、洪量數(shù)據(jù)資料以及步驟4中估計(jì)的邊緣概率分布函數(shù)，選取 適當(dāng)?shù)腃opula函數(shù)作為連接函數(shù)構(gòu)造洪峰和洪量的聯(lián)合概率分布函數(shù)，并估計(jì)其參數(shù)，在 此基礎(chǔ)上求解聯(lián)合概率密度函數(shù)，本步驟包括三個(gè)子步驟：
[0061] 5 · 1選擇 Copula 函數(shù)
[0062] 假設(shè)FQ(q)、Fw(w)分別表示Q和W的邊緣概率分布函數(shù)，相應(yīng)的概率密度函數(shù)為fQ (q)、fw(w)。由Sklar定理可知，Q，W的聯(lián)合概率分布函數(shù)可以用一個(gè)二維Copula函數(shù)C表示：
[0063] FQ,w(q，w)=Ce(FQ(q)，F(xiàn)w(w))=Ce(u，v) (3)
[0064] 其中，QSCopula函數(shù)的參數(shù);u=F〇(q)，v = Fw(w)為邊緣概率分布函數(shù)。
[0065] 本具體實(shí)施中，采用Gumbel-Hougaard Copula函數(shù)構(gòu)造洪峰和洪量的聯(lián)合概率分 布函數(shù)，其表達(dá)式如下：
[0066]
⑷
[0067] 5.2估計(jì)Copula函數(shù)的參數(shù)
[0068] 本具體實(shí)施中，采用Kendall秩相關(guān)性系數(shù)法估計(jì)Gumbel-Hougaard Copula函數(shù) 的參數(shù)。Kendall相關(guān)系數(shù)τ與參數(shù)Θ的關(guān)系為：
[0069]
(5)
[0070] 令{(xi，yi)，···，（xn，yn)}表示從連續(xù)隨機(jī)變量(Χ，Υ)中抽取的η個(gè)觀測值的隨機(jī)樣 本，則在樣本中有G種不同的觀測值組合(Xi，yi)和(Xj，yj)。樣本Kendall秩相關(guān)系數(shù)τ通過 下式計(jì)算
[0071]
(6)
[0072] 其中，sign( ·)是符號(hào)函數(shù)。
[0073] 5.3求解聯(lián)合概率密度函數(shù)
[0074] 在子步驟5.1和5.2中得到洪峰和洪量的聯(lián)合概率分布函數(shù)后，就可以通過式(7) 求解相應(yīng)的聯(lián)合概率密度函數(shù)：
[0075] fQ,w(q,w) =ce(u,v)fQ(q)fw(w) (7)
[0076] 其中，ce(u，v)為Copula函數(shù)的密度函數(shù)，解析表達(dá)式為：
[0077]
(8)
[0078] 6.對(duì)聯(lián)合概率密度函數(shù)在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分運(yùn)算，獲取指定年最高水位的累積 概率。
[0079] 對(duì)步驟5得到的聯(lián)合概率密度函數(shù)fQ,w(q，w)在步驟3中確定的安全區(qū)域Dh內(nèi)進(jìn)行 積分運(yùn)算，通過式(9)獲取指定年最高水位h的累積概率：
[0080]
、'
[0081] 實(shí)際計(jì)算時(shí)，考慮到聯(lián)合概率密度函數(shù)fQ,w(q，w)和安全區(qū)域Dh都比較復(fù)雜，因而 難以得到式(9)的解析解。本具體實(shí)施中利用蒙特卡洛模擬方法計(jì)算定積分的值。
[0082] 7 .計(jì)算考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。
[0083] 根據(jù)步驟6中得到的累積概率FH(h)，通過式（10)計(jì)算指定年最高水位h的單變量 重現(xiàn)期：
[0084]
(1〇) 卜廠/Λ，"
[0085] TR(h)即為所有滿足h = g(q，w)的洪峰、洪量組合(q，w)所對(duì)應(yīng)的考慮水庫調(diào)洪演 算的多變量洪水重現(xiàn)期。
[0086]綜上，本發(fā)明通過收集水庫歷年最大洪水過程資料和洪峰、洪量系列，輸入水庫按 照調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)洪演算統(tǒng)計(jì)得到年最高水位系列，在利用遺傳規(guī)劃進(jìn)行符號(hào)回歸推求水 庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式，并采用Copula函數(shù)求解聯(lián)合概率密度函數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)合概 率密度函數(shù)在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分運(yùn)算獲取指定年最高水位的累積概率，從而計(jì)算指定年 最高水位的單變量重現(xiàn)期，作為考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。本發(fā)明考慮了水 庫調(diào)洪演算，以年最高水位等值線定義危險(xiǎn)區(qū)域，能夠正確表征水庫大壩的水文失事機(jī)理， 適用于具有任意復(fù)雜程度的洪水調(diào)度規(guī)則，為水庫防洪安全設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)合理的依 據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期計(jì)算方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1，收集水庫歷年最大洪水過程資料和洪峰、洪量系列； 步驟2,將步驟1中的歷年最大洪水過程輸入水庫按照調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)洪演算，從輸出 的庫水位過程線統(tǒng)計(jì)得到年最高水位系列； 步驟3,根據(jù)步驟1中的洪峰、洪量系列和步驟2中得到的年最高水位系列，利用遺傳規(guī) 劃進(jìn)行符號(hào)回歸，推求水庫調(diào)洪函數(shù)的顯式表達(dá)式，并確定指定年最高水位值對(duì)應(yīng)的安全 區(qū)域； 步驟4,根據(jù)步驟1中的洪峰、洪量系列，選取邊緣概率分布函數(shù)線型，并估計(jì)邊緣概率 分布函數(shù)的參數(shù)； 步驟5,采用Copula函數(shù)構(gòu)造洪峰、洪量的聯(lián)合概率分布函數(shù)，并估計(jì)Copula函數(shù)的參 數(shù)，求解聯(lián)合概率密度函數(shù)； 步驟6,對(duì)步驟5得到的聯(lián)合概率密度函數(shù)在步驟3中確定的安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分運(yùn)算， 獲取指定年最尚水位的累積概率； 步驟7,根據(jù)步驟6中得到的累積概率計(jì)算指定年最高水位的單變量重現(xiàn)期，作為考慮 水庫調(diào)洪演算的多變量洪水重現(xiàn)期。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2中，水庫調(diào)洪演算采用四階龍格-庫塔算法進(jìn)行數(shù)值求解。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟4中，將P-III型分布作為洪峰和洪 量的邊緣概率分布函數(shù)線型，采用線性矩法估計(jì)邊緣概率分布函數(shù)的參數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟5中，采用Gumbel-Hougaard Copula 函數(shù)構(gòu)造洪峰和洪量的聯(lián)合概率分布函數(shù)，采用Kenda11秩相關(guān)性系數(shù)法估計(jì)Gumbe 1 -Hougaard Copula函數(shù)的參數(shù)。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟6中，利用蒙特卡洛模擬方法計(jì)算定 積分的值。
【文檔編號(hào)】E02B1/00GK105887751SQ201610278582
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】郭生練, 劉章君, 李立平, 尹家波, 楊光
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)