本發(fā)明屬于風(fēng)險評估領(lǐng)域，具體涉及一種基于非主汛期發(fā)生超過主汛期洪水風(fēng)險的汛期分期風(fēng)險定量評價方法。

技術(shù)背景

汛期是指江河，湖泊洪水在一年中明顯集中出現(xiàn)，容易形成洪澇災(zāi)害的時期。區(qū)分汛期和非汛期是人類認識洪水結(jié)節(jié)性變化特征的一大進步，而尋求對汛期進行進一步劃分則是人類對于雨洪規(guī)律的更深層次探索。

由于暴雨洪水的季節(jié)性變化規(guī)律復(fù)雜多變，現(xiàn)有方法往往通過從多種途經(jīng)研究雨洪的季節(jié)性變化規(guī)律?？傮w而言可以分為兩大類：成因分析法和數(shù)理統(tǒng)計法。數(shù)理統(tǒng)計法又可分為模糊分析法、變量分析法、矢量統(tǒng)計法，相對頻率法等。各種方法得出的結(jié)果不一，而現(xiàn)有研究中沒有一種定量評估汛期分期洪水風(fēng)險的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種汛期分期風(fēng)險定量評價方法，該方法能定量評估各分期方案的洪水風(fēng)險，從而為水資源的管理和決策提供科學(xué)支撐。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用了以下方案：

本發(fā)明提供一種汛期分期風(fēng)險定量評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：對歷史序列中主汛期、非主汛期的最大洪水進行取樣；

步驟二：選取隨機變量邊際概率分布模型；

步驟三：推導(dǎo)主汛期、非主汛期兩個分期在整個歷史序列時間長度內(nèi)可能出現(xiàn)的最大洪水表達式以及相應(yīng)的累積概率密度函數(shù)；

步驟四：量化非主汛期發(fā)生超過主汛期洪水風(fēng)險，求取具體表達式如下：

其中，mu＝max(u1,u2,…,un)，mv＝max(v1,v2,…,vn)，αu,βu和α0u依次表示主汛期的形狀、尺度和位置參數(shù)，αv,βv和α0v依次表示非主汛期的形狀、尺度和位置參數(shù)，u1,u2,…,un和v1,v2,…,vn分別表示歷史序列歷年主汛期和非主汛期可能出現(xiàn)最大值，n表示歷史序列長度。

本發(fā)明提供的汛期分期風(fēng)險定量評價方法，還可以具有以下特征：步驟一包括以下內(nèi)容：令數(shù)據(jù)集a(u1,u2,…,un)和b(v1,v2,…,vn)分別表示歷史序列中各年主汛期和非主汛期的最大洪水，其中，ui和vi依次表示第i年主汛期和非主汛期的最大洪水值，n是序列長度。

本發(fā)明提供的汛期分期風(fēng)險定量評價方法，還可以具有以下特征：步驟二中所選取的隨機變量邊際概率分布模型為皮爾遜iii型分布。

本發(fā)明提供的汛期分期風(fēng)險定量評價方法，還可以具有以下特征：步驟二包括以下內(nèi)容：令和依次表示主汛期和非主汛期最大洪水的累積概率密度函數(shù)，采用皮爾遜iii型頻率分布描述隨機變量ui和vi：α,β和α0依次表示形狀、尺度和位置參數(shù)。

本發(fā)明提供的汛期分期風(fēng)險定量評價方法，還可以具有以下特征：步驟三包括以下內(nèi)容：令mu和mv分別表示數(shù)據(jù)集a(u1,u2,…,un)和b(v1,v2,…,vn)的極大值，即mu＝max(u1,u2,…,un)，mv＝max(v1,v2,…,vn)，可求得mu和mv的累積概率密度函數(shù)fmu和fmv分別為：

發(fā)明的作用與效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：提出了一種評價汛期分期洪水風(fēng)險方法，能定量評估各分期方案的洪水風(fēng)險值；并且，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用各河流的汛期分期洪水風(fēng)險評價實踐中，為河流汛期分期方案的洪水風(fēng)險評估以及洪水資源化提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中所涉及的汛期分期風(fēng)險定量評價方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例所涉及的汛期分期風(fēng)險定量評價方法所求得的各分期方案洪水風(fēng)險概率散點圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明涉及的汛期分期風(fēng)險定量評價方法進行詳細地說明。

<實施例>

將汛期假定分為兩個子分期，分別是主汛期和非主汛期。汛期分期的主要任務(wù)在于識別和確定主汛期汛初和主汛期汛末兩個時間點。其中主汛期汛末位置的選取對洪水風(fēng)險評估以及進一步的洪水資源化管理占主要影響。所以本發(fā)明在進行汛期分期方案洪水風(fēng)險評估時主要考慮主汛期汛末時間點選取的影響。

如圖1所示，本實施例提供了一種基于非主汛期發(fā)生超過主汛期洪水風(fēng)險的汛期分期風(fēng)險定量評價方法，其具體步驟如下：

步驟一：對歷史序列中主汛期、非主汛期的最大洪水進行取樣；

令數(shù)據(jù)集a(u1,u2,…,un)和b(v1,v2,…,vn)分別表示歷史序列中各年主汛期和非主汛期的最大洪水(數(shù)據(jù)假定獨立同分布)，其中ui和vi分別表示第i年主汛期和非主汛期的最大洪水值，n是序列長度；

步驟二：選取隨機變量邊際概率分布模型；

令和分別表示主汛期和非主汛期最大洪水的累積概率密度函數(shù)；在我國，根據(jù)《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》，采用皮爾遜iii型頻率分布描述隨機變量ui和vi：

α,β和α0依次表示形狀、尺度和位置參數(shù)；

步驟三：推導(dǎo)主汛期、非主汛期兩個分期在整個歷史序列時間長度內(nèi)可能出現(xiàn)的最大洪水表達式以及相應(yīng)的累積概率密度函數(shù)；

令mu和mv分別表示數(shù)據(jù)集a(u1,u2,…,un)和b(v1,v2,…,vn)的極大值，即mu＝max(u1,u2,…,un)，mv＝max(v1,v2,…,vn)，

因此，可求得mu和mv的累積概率密度函數(shù)fmu和fmv分別為：

步驟四：量化非主汛期發(fā)生超過主汛期洪水風(fēng)險，求取具體表達式；

在前三步驟基礎(chǔ)上，非主汛期發(fā)生超過主汛期洪水風(fēng)險可以被量化為p(mv≥mu)。其具體含義是指，發(fā)生非主汛期最大洪水超過主汛期最大洪水的可能性大小(概率)，推求得表達式如下：

其中，αu,βu和α0u依次表示主汛期的形狀、尺度和位置參數(shù)；αv,βv和α0v依次表示非主汛期的形狀、尺度和位置參數(shù)。

根據(jù)《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》，主汛期應(yīng)盡可能覆蓋一年內(nèi)可能發(fā)生的大洪水以減少洪水風(fēng)險損失。換而言之，極大洪水發(fā)生在非主汛期是對于河流水資源的管理是非常不安全的。而假定任意一個分期方案，其相應(yīng)的發(fā)生非主汛期最大洪水超過主汛期最大洪水的概率可以通過上式求得。由此所有可能的汛期分期方案的風(fēng)險值均可依次求得。

本實施例具體采用了宜昌站從1882-2010年(共計129年)的日徑流實測數(shù)據(jù)來進行說明，通過完成本方案提出的上述四個具體步驟的計算，可得到宜昌站各個分期方案的防洪風(fēng)險值如圖2所示，從圖中可以看出，隨著主汛期汛末時間點的后移，各個分期方案的防洪風(fēng)險值逐漸減小。

以上實施例僅僅是對本發(fā)明技術(shù)方案所做的舉例說明。本發(fā)明所涉及的汛期分期風(fēng)險定量評價方法并不僅僅限定于在以上實施例中所描述的內(nèi)容，而是以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在該實施例的基礎(chǔ)上所做的任何修改或補充或等效替換，都在本發(fā)明的權(quán)利要求所要求保護的范圍內(nèi)。