基于Copula函数的设计潮位过程要素组合风险分析

现行推求设计潮位过程大多采用高潮位与潮差同频率放大的方法,未考虑到二者遭遇可能性的大小。采用G-H Copula函数建立了年最高潮位和相应潮差的二维联合分布模型,通过组合风险分析法研究了设计高潮位和设计潮差的组合风险率。以天津港多年实测资料计算分析为例,结果表明:较大重现期的高潮位和潮差同时发生的概率较小,50年一遇高潮位与50年一遇潮差组合的风险率仅为0.05%,同频率设计偏安全,可依据组合风险率适当降低潮差设计标准。所采用的联合分布模型及其应用,在定量分析基础上为设计潮位过程的推求提供了一种新方法。     

设计潮位过程线及其推求

针对现行推求设计潮位过程线方法中存在的不合理现象,在分析研究各潮汐要素之间的关系的基础上,提出根据高潮位(或低潮位)与潮差同频率控制放大的方法推求设计潮位过程线。结果表明,用该方法推算得到的设计潮位过程线比较符合实际,能较好地满足工程设计的防洪防潮标准,达到工程预期的效果。     

基于二次重现期的桂平航运枢纽水闸设计洪水组合研究

干、支流交汇处支流上的水闸不仅受到支流洪水的影响还受到干流洪水顶托的影响,设计水位的推求需要考虑干支流洪水之间的相关性和同时发生的概率。以桂平航运枢纽水闸为例,采用Copula函数构建干流浔江与支流郁江洪水的联合分布,对比分析同现重现期和二次重现期差异,分别根据同频率和最可能组合经调洪演算推求水闸防洪水位。研究表明:浔江、郁江洪水之间存在较弱的正相关性,Clayton Copula能较好模拟浔江、郁江洪水的联合分布;二次重现期的浔江、郁江洪水流量均大于同现重现期,因此二次重现期更安全。同频组合经调洪演算推求桂平航运枢纽水闸防洪水位要高于最可能组合,最可能组合偏重于较大的郁江流量,浔江流量设计值偏小。     

基于Copula函数的感潮河段洪潮遭遇组合风险分析研究

感潮河段的水位受上游河道洪水与下游河口潮位共同影响,故其河段整治规划中洪潮遭遇分析尤为重要。以瓯江感潮河段为研究区,提出从实测洪潮遭遇数据的频率结构特性出发,选取对上尾部更敏感的Gumbel Copula函数建立洪水和潮位的联合分布,推求各种洪潮组合的重现期,进而建立风险模型。从治涝风险、同现风险和组合风险多角度评估设计组合值的合理性。结果表明:基于Gumbel Copula函数构建的联合分布能够较好的反映瓯江感潮河段的洪潮组合特性。瓯江感潮河段部分现役工程所采用的20a一遇的设计洪水与较不利潮位(5.8m)这一设计组合型的同现重现期为29a,同现风险率为3.46%、组合风险率为11.52%、治涝风险率为15.94%,其防洪涝能力稍显不足。同时基于Copula函数所建立的风险模型集能够较好地对感潮河段防洪设计标准进行风险评估,为感潮河段整治规划提供决策支持。     

珠江流域感潮河段洪潮遭遇联合风险分析

在防洪潮规划中洪潮遭遇分析尤为重要。以西、北江三角洲作为珠江流域感潮区域的典型区，运用Archimedean Copula函数构建了年最大洪水和相应48h内最大潮位、年最大潮位和相应48h内最大洪水两组联合分布，通过联合风险概率模型，计算了洪潮组合的风险概率。结果表明：较高重现期洪水遭遇较低重现期的潮位、较高重现期潮位遭遇较低重现期的洪水风险概率会更大。基于Copula函数的洪潮联合分布拟合较好，组合风险分析可靠，为珠江流域感潮河段防洪、潮工程的设计风险计算提供理论参考。     

长江口潮位变化对潮型影响的研究

利用代表潮位站吴淞站19752010年实测资料,分析了长江口潮位变化对潮型的影响。研究结果表明,随着年平均潮位的上升,代表站年平均高（低）潮位会相应抬升,二者线性相关关系非常密切,而潮差、潮历时与年平均潮位的相关关系不明显。另外,年最高（低）高（低）潮位、年最大涨（落）潮潮差、年最大（小）涨（落）潮历时等各项极值与年平均潮位变化也没有明显的相关关系。     

河口海岸桥隧工程设计流速推算

跨海桥隧工程设计需要推算工程位置不同重现期设计流速,由于现场缺乏长期实测流速资料,设计流速推算存在很大困难。研究提出了采用不同重现期典型风暴潮过程推算河口海岸设计流速的数值模拟方法,对河口地区考虑洪水径流与风暴潮流的耦合。在依据澳门验潮站1925—2003年实测潮位资料分析珠江口海域风暴潮过程特征的基础上,结合潮位和潮差年极值频率分析结果构建了不同重现期典型风暴潮潮型。采用平面二维水动力数学模型模拟了不同重现期风暴潮和上游一般洪水组合条件下珠江口水域的流场,得出港珠澳大桥沿线各控制点处设计流速。     

宁波沿海设计高潮位分析及查算图绘制

选取宁波沿海16个潮位站作为代表站,采用年最高潮位极值Ⅰ型分布法、年最高潮位P-Ⅲ型分布法、极值同步差比法、高潮同步相关法四种方法进行频率计算,根据计算结果绘制不同海域设计高潮位查算图,为宁波市沿海地区工程建设提供参考和依据,也便于查求无资料地区的设计高潮位。     

基于Copula函数的组合变量联合概率分布研究及应用

基于Copula函数原理,利用武江流域实测水文资料,以广义GDP为洪峰洪量边缘分布,构建了流域组合变量Copula概率分布模型,分析了洪峰与洪量、洪量与洪水历时、洪峰与洪水历时的联合概率分布,绘制各种变量组合下的联合分布图及重现期等值线图,并比较了同重现期条件下,洪水单变量设计值与多维联合设计值的区别。结果表明:广义GDP分布能很好的描述洪峰、洪量边缘分布,而基于广义GDP分布和指数分布构建的两变量Copula联合概率分布模型不限定变量的边缘分布,对各种类型的水文变量联合分布拟合效果较好;能全面反映洪水各特征属性不同等级下的联合发生频率,对同一频率下联合分布推求的洪水设计值比单变量设计值偏于安全。基于Copula函数的组合变量概率分布模型描述洪峰流量、洪量、洪水历时等特征的联合分布,较为全面地反映组合特征的洪水发生的概率和重现期,进一步反映洪水风险。     

基于年最大抽样序列的暴雨频率估计值的修正研究

以江苏省为研究区,利用地区线性矩法和周文德频率转换关系式对年最大抽样序列估算的频率估计值进行修正,推求合理可靠的频率估计值。研究结果表明:基于气象成因和水文统计特性相结合的方法将研究区划分为5个水文气象一致区。通过蒙特卡罗模拟、均方根误差判断各一致区的最优分布;年最大抽样序列的最优分布以GEV为主,年超大抽样序列的最优分布以GPA为主。基于两个实测序列计算的频率估计值比值和基于年最大抽样与周文德转换后的年超大抽样计算的估计值比值进行比较,研究表明:周文德频率转换关系式适用于该研究区。在此基础上,对年最大抽样序列估计的频率估计值进行修正。站点的频率估计值分布特征表现为:随着重现期的增加而增加,不同重现期下的暴雨频率估计值空间分布趋势基本一致,从南向北渐增,暴雨中心分布在苏北的宿迁和连云港一带;站点的频率估计值与同频率的观测值吻合较好,相对误差较小、相关性很高。基于年最大抽样序列和周文德公式频率转换能够推求计算合理可靠的暴雨频率估计值。     

滨海城市雨潮遭遇联合分布模拟与设计

滨海城市河流常常遭受暴雨和潮汐顶托双重影响导致洪涝灾害,需要重视雨潮遭遇联合分布模拟与设计。以深圳市西乡河为例,采用年最大值法（AM）和超定量序列法（POT）两种选样方法,基于Copula方法模拟24 h暴雨遭遇日高潮位的联合分布特征,对比雨潮遭遇传统重现期和二次重现期差异,根据同频法和权函数法反推计算雨潮设计组合值。结果表明:雨潮边缘分布最优模型均为广义正态分布（GNO）,不同选样方法雨量分布模型参数差异明显。雨潮之间呈现较弱的正相依性,Archimedean Copulas均能较好地模拟雨潮遭遇联合分布特征,最优模型为Gumbel-Hougaard Copula。同频法反推雨潮设计组合值,二次重现期雨量和潮位均大于传统联合重现期,POT选样的潮位大于AM。权函数法选出的雨潮设计组合值,偏重于较高的潮位,雨量设计值较小。当明确了选样方法、联合分布模型和重现期类型,给定联合重现期的雨潮设计组合值是个此消彼长的过程,若选择较大的雨量设计值,则潮位值变小,反之亦然。从防洪潮设计安全角度考虑,POT选样方法及二次重现期设计更为安全。     

大凌河口水动力数值模拟分析

采用大凌河实测长系列河道径流及水下地形等数据, 通过建立水动力数值模型, 综合考虑潮流和河道径流的影响, 对大凌河口的潮流进行模拟, 探讨大凌河口及辽东湾北部海域水动力过程的主要特征. 结果表明: 大凌河口附近海域的海流以潮流为主, 具有明显的往复性质. 潮流总的运动趋势是, 涨潮主流向为北东, 落潮主流向为南西. 大潮流速大于小潮流速, 涨潮流历时与落潮流历时几乎相当. 最大涨潮流速约为0.52 m/s, 最大落潮流速约为0.4 m/s, 潮流涨落平均潮流强度的分布大体和该海域等深线相适应.     

Coastal Inundation due to Sea Level Rise in the Pearl River Delta,China

This paper examines the increased potential risk of tidalinundations in the Pearl River delta, China, due to futurerises in sea level. The research is based on tidal recordsof 54 tide gauges distributed across the delta plain, andemploys mathematical calculations to predict potentialrises of water level in different parts of the delta undera number of flood scenarios. After assessing a 72-yeartidal record of Hong Kong and factors such as estuarinebackwater effects and long-term geological subsidence,it suggests that a 30 cm rise in relative sea level at themouth of the estuary is possible by 2030. Based on theprediction and five freshwater discharge scenarios, thepotential impacts on water levels across the delta plain arecalculated. Three zones are identified as least affected,heavily affected and severely affected. The impacts arealso translated into return periods of water level. It issuggested that in a large part of the delta plain, returnperiods will be shortened and hence will be increasinglyvulnerable to tidal inundation. Finally, managementimplications are discussed along with assessment ofthe adequacy of the existing tidal flood defences, as well asevaluation of the cost implications if they are to be improved.     

福建沿海设计潮位查算图研制

就目前在推求设计位中若干争议的问题进行了分析,应用统计假设检验理论研究了年最高潮位的随机性,提出了通过区分不同的组合概率法推求设计潮位的新方法,根据福建沿海位资料研制了设计潮位查算图,以便于无潮位观测资料的地区查求出设计潮位。     

长江潮流界位置探讨

长江是径流、潮流中等的潮汐河口,纳潮量十分巨大。长江口水流动力因素以径流和潮流为主。对潮流界位置进行了探讨,其位置随上游径流大小而变化,国内流行的一种长江潮流界在江阴的说法是不够确切的。     

珠江三角洲年际潮差长期变化趋势

对20世纪50年代以来珠江三角洲网河内17个主要控制水文站的年际潮差变化趋势进行了显著性检验和突变点分析.通过Trend Free Pre-Whitening方法削除了水文时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall检验研究了珠江三角洲年均潮差的变化趋势,指出潮差在珠江三角洲的变化趋势存在着空间变异性.在网河内的中、上游河段,潮差呈现明显的增大趋势,且越往上游,潮差的增大趋势越为显著;而在下游的口门区,由于受到围垦等人类活动影响,大部分站点的潮差表现为显著的下降趋势.Pettitt检验的结果表明,珠江三角洲潮差发生突变的时间段主要在20世纪80年代,这基本与河网内大规模的无序采沙开始的时间是同步的,表明挖沙是引起珠江三角洲内潮差变异的主导因素.潮差显著增大的趋势表明航道网内潮流动力明显增强,这亦是近年来珠江三角洲咸潮频发的机理原因之一.     

南海北部陆坡高速堆积体沉积物稀土元素特征及其物源意义

对南海北部陆坡MD05-2905站9个沉积物样品稀土元素进行分析,结果显示MD05-2905站沉积物中稀土含量总量(ΣREE)变化范围较大,其分布范围为60.66×10-6～350.37×10-6,平均值为174.59×10-6,其中全新世样品的稀土含量总量明显低于末次冰期样品,其球粒陨石分布模式与上地壳基本一致。对比发现,其ΣREE平均值相对接近中国黄土和珠江口,而与深海粘土中稀土元素的丰度相差较大,说明其主体可能来自陆源。稀土元素分馏参数δEu和δCe以及富集因子(EF)和判别函数(DF)揭示南海北部MD05-2905站沉积物与黄土、珠江口和台湾浅滩都有联系,显示了多物源多传输方式的特征。另外发现富集因子(EF)和判别函数(DF)数值在末次冰期时期与全新世时期差别相对较大,末次冰期时期黄土、珠江口和台湾浅滩的DF值都远远小于全新世时期,这可能反映末次冰期时黄土、珠江口和台湾浅滩对南海北部的物源贡献更大,也反映末次冰期与全新世期间各个物源供给/传输方式可能发生变化。     

珠江河口夏季缺氧现象的模拟

夏季底层水体缺氧现象是珠江河口存在的环境问题之一。使用三维水动力-生态耦合模型来分析珠江口缺氧现象的分布状况和产生原因。模拟结果表明:模型能很好的再现珠江口的缺氧敏感性区域和强度。珠江口存在的底层水体缺氧现象是水体强烈层化和生化耗氧过程共同作用的结果。缺氧现象的发展与减退受潮汐涨落的影响。珠江口盐度-潮汐混合锋面和层化作用控制低氧水团的范围和强度。