[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)氣候變化的水庫(kù)多變量設(shè)計(jì)洪水推求方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610111489.9
• 申請(qǐng)日: 2016-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN105714729B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭生練;尹家波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B1/00
• 分類號(hào): E02B1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 溫珊姍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水庫(kù)防洪安全設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種自適應(yīng)氣候變化的水庫(kù)多變量設(shè)計(jì)洪水推求方法。

背景技術(shù)

設(shè)計(jì)洪水是防洪規(guī)劃的基本依據(jù)，現(xiàn)階段我國(guó)工程實(shí)踐中主要采用單變量同頻率法來(lái)推求設(shè)計(jì)洪水，該法假設(shè)洪峰和不同時(shí)段的洪量完全相關(guān)，即假定洪峰流量和各時(shí)段洪量都符合于同一設(shè)計(jì)頻率，然后通過(guò)各水文變量的邊緣分布來(lái)推求設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)值。這一假設(shè)未能充分考慮各個(gè)特征量之間的內(nèi)在相關(guān)性。

近年來(lái)，隨著Copula函數(shù)在水文頻率分析領(lǐng)域的深入發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了采用Copula函數(shù)構(gòu)造洪峰和洪量的聯(lián)合分布，從而推求設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)值的方法。

例如：肖義、郭生練、劉攀等發(fā)表的基于Copula函數(shù)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2007,40(4):13-17；基于Copula函數(shù)構(gòu)造了洪峰與7日洪量的兩變量聯(lián)合分布，并基于聯(lián)合分布推求了隔河巖水庫(kù)在兩變量重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

李天元、郭生練、閆寶偉等發(fā)表的基于多變量聯(lián)合分布推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的新方法[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2013,32(3):10-14,38；應(yīng)用Copula函數(shù)構(gòu)造了洪峰與時(shí)段洪量之間的多變量聯(lián)合分布，推求了三變量重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，并將該方法應(yīng)用在三峽水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水研究中。然而，他們推求的峰量組合是聯(lián)合重現(xiàn)期下等值線，仍然采用了同頻率假設(shè)來(lái)確定洪峰和洪量的設(shè)計(jì)值。

為了研究洪水峰量的內(nèi)在相關(guān)性，公開號(hào)為CN104615907A的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于多變量條件最可能組合推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的方法，該法以條件概率密度函數(shù)最大為原則，求解得到洪峰、洪量的條件最可能組合的估計(jì)值，以單變量條件重現(xiàn)期作為設(shè)計(jì)洪水的重現(xiàn)期，從而推求不同設(shè)計(jì)頻率下的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

在工程設(shè)計(jì)中，人們通過(guò)對(duì)實(shí)際發(fā)生洪水的時(shí)空特性規(guī)律分析，通常關(guān)心最可能發(fā)生的洪水模式，現(xiàn)階段對(duì)水庫(kù)最可能洪水設(shè)計(jì)值的研究較少。由于人類活動(dòng)影響和下墊面變化，氣候變化對(duì)水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算產(chǎn)生較大的影響，而現(xiàn)有方法只注重當(dāng)前入庫(kù)徑流規(guī)律，沒(méi)有文獻(xiàn)研究設(shè)計(jì)洪水對(duì)未來(lái)氣候變化的自適應(yīng)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，基于全球氣候模式(GCM)與可變下滲能力水文模型(VIC)獲取未來(lái)氣候變化情景下的預(yù)測(cè)徑流信息，并考慮峰量最可能組合方法，提供一種自適應(yīng)氣候變化的水庫(kù)多變量設(shè)計(jì)洪水推求方法。

本發(fā)明一種自適應(yīng)氣候變化的水庫(kù)多變量設(shè)計(jì)洪水推求方法，包括以下步驟：

步驟1，建立全球氣候模式與可變下滲能力水文模型的耦合模型，以預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化情景下的水庫(kù)徑流過(guò)程；

步驟2，基于Copula函數(shù)建立水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水峰量最可能組合法計(jì)算模型；

步驟3，將未來(lái)氣候變化情景下的水庫(kù)預(yù)測(cè)徑流資料作為設(shè)計(jì)洪水峰量最可能組合法計(jì)算模型的輸入，計(jì)算水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水值。

步驟2進(jìn)一步包括以下子步驟：

(2.1)構(gòu)造邊緣分布和聯(lián)合分布函數(shù)；令Q表示洪峰流量；W_i(i＝1,2,...,n)表示不同時(shí)段的洪量，n表示水庫(kù)推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)需要的時(shí)段洪量數(shù)；采用P-III分布函數(shù)構(gòu)建洪峰、洪量的邊緣分布，分別記為F_Q(q)、；密度函數(shù)分別記為f_Q(q)、；采用線性矩法估計(jì)P-III分布函數(shù)的參數(shù)，通過(guò)Copula函數(shù)構(gòu)造峰量的聯(lián)合分布；

(2.2)基于或重現(xiàn)期(OR重現(xiàn)期)推求水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水最可能值；采用或重現(xiàn)期(OR重現(xiàn)期)作為水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的度量指標(biāo)；通過(guò)Q和W_i(i＝1,2,…,n)的聯(lián)合概率密度函數(shù)值f(x,y₁,y₂,…,y_n-1,y_n)來(lái)度量不同峰量組合發(fā)生的相對(duì)可能性大小；水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水峰量最可能組合法計(jì)算模型即是求解水庫(kù)的洪峰和不同時(shí)段洪量在滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)條件下，聯(lián)合概率密度函數(shù)值最大的設(shè)計(jì)值組合。

所述步驟(2.1)中，以Archimedean Copula函數(shù)族中的Gumbel-Hougaard Copula函數(shù)作為聯(lián)合分布函數(shù)，構(gòu)造洪峰與洪量的聯(lián)合分布。