[發(fā)明專利]基于水文氣象一致性地區(qū)分析的雨量頻率估計方法

有效

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• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103033856A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林炳章;邵月紅;楊秀芹;尹義星;張小娜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01W1/14
• 分類號: G01W1/14;G06F19/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雨量頻率估計方法，屬于水文氣象技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國是洪澇災(zāi)害最頻發(fā)的國家之一，防洪始終是一個事關(guān)人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定的非常重要的課題。無論是工程防洪設(shè)計，還是地區(qū)和都市的防洪設(shè)計，都需要一個科學(xué)可靠的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。我國的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)估算的一個重要依據(jù)是洪水頻率計算成果，其理論基礎(chǔ)是水文頻率計算。頻率計算要解決的兩大問題：精確性和準(zhǔn)確性，即參數(shù)估算方法的精確性和頻率估計值的準(zhǔn)確性。而水文頻率計算面臨的兩大困難是：無法通過理論分析導(dǎo)出概率分布曲線和計算的頻率估計值的真值未知。如何來有效解決或者緩解這兩個困難是水文統(tǒng)計學(xué)家所要面臨的重大任務(wù)。

在長期的頻率計算的研究中，水文統(tǒng)計學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，如果能找到一種參數(shù)估計方法，結(jié)合其他可操作的指標(biāo)，在利用樣本估計總體理論概率曲線的過程中，能夠提供不偏、穩(wěn)健的參數(shù)估計值，就有助于第一個問題精確性的解決。自20世紀(jì)90年代以來，Hosking在Greenwood定義的概率權(quán)重矩之后提出了線性矩，利用線性矩良好的無偏性和對特大值的穩(wěn)健性，有效的解決或者緩解了第一個困難問題。Hosking在線性矩的基礎(chǔ)上，提出了區(qū)域頻率分析的方法，即“空間換時間”的思想來提高頻率估計值的準(zhǔn)確性，試圖解決或緩解水文頻率中的第二個困難。目前，一致區(qū)劃分方法通常采用數(shù)理統(tǒng)計的聚類分析方法。這種方法的主導(dǎo)思想和準(zhǔn)則是：歐氏距離越小，相似性越好，劃分在一個區(qū)的可能性越大。但是，在水文上對一場暴雨而言，距離越小，站點間的極值暴雨的相關(guān)性就好，而水文頻率分析的樣本首先要滿足獨立同分布的條件，因此，數(shù)理統(tǒng)計就與實際水文事件產(chǎn)生相互矛盾。同時，進(jìn)行聚類分析的因子變量一般都選取站點的經(jīng)度、緯度、高程、多年平均降雨量等自然屬性，而國內(nèi)外許多學(xué)者的研究都表明：這些屬性和極值暴雨很難有很好的相關(guān)關(guān)系，因此用這個四個因子變量來劃分一致區(qū)，從物理意義上論據(jù)不足，利用分區(qū)計算的頻率估計值的準(zhǔn)確性雖比單站分析有所改善，但結(jié)果不是很令人滿意，特別是各個分區(qū)間的頻率估計值難于合理協(xié)調(diào)。我國的頻率分析計算一直停留在“一點（單點、單時段）、一線（P-III型曲線）加雙眼（目估適線）”的水平上，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)快速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)建設(shè)的需求。因此，提出一種有效方法，來同時解決或者緩解水文頻率分析計算中的兩個難題，是防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)估算所要面臨和解決的首要任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有水文頻率估計方法的不足，提供一種基于水文氣象一致性地區(qū)分析的雨量頻率估計方法，能夠有效提高雨量頻率估計值的準(zhǔn)確性，為防洪設(shè)計提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

本發(fā)明的基于水文氣象一致性地區(qū)分析的雨量頻率估計方法，包括以下步驟：

步驟A、根據(jù)氣侯相似性和水文相似性的分析將研究區(qū)域劃分為多個一致區(qū)，屬于同一一致區(qū)的各雨量站點的氣候統(tǒng)計特性相似、水文數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征值同一；

步驟B、首先將一致區(qū)內(nèi)每個雨量站點的歷史數(shù)據(jù)分解成共性和個性分量，然后對共性分量分析本一致區(qū)最優(yōu)的無量綱的概率分布函數(shù)，進(jìn)而結(jié)合各站的個性分量推求各個站點的雨量頻率估計值，具體包括以下子步驟：

步驟B1、按照以下方法確定各一致區(qū)的區(qū)域雨量頻率因子：

步驟B101、將一致區(qū)內(nèi)各雨量站點的歷史雨量數(shù)據(jù)分解成共性分量和個性分量，即推求各個雨量數(shù)據(jù)的模比系數(shù)，此模比系數(shù)就是共性分量，而各站的均值就是個性分量；

步驟B102、對于一致區(qū)中每一雨量站點，計算該雨量站點歷史雨量共性分量數(shù)據(jù)序列的線性矩的離差系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)和峰度系數(shù)；

步驟B103、根據(jù)以下公式計算各一致區(qū)的共性分量的加權(quán)的區(qū)域線性矩的離差系數(shù)t^R、偏態(tài)系數(shù)t₃^R和峰度系數(shù)t₄^R，