基于次序统计量理论的洪水频率分析方法研究

针对目前参数估计方法存在稀遇洪水频率设计值偏大的问题,提出采用基于数值次序统计量期望值的适线法计算洪水频率设计初始值;针对目前参数估计方法存在常遇洪水频率设计值偏小的问题,提出采用周文德公式修正目前频率设计偏小的情形,计算洪水频率设计修正值;针对目前传统方法计算洪水频率设计值抽样误差大的问题,提出采用基于数值次序统计量标准差的方法计算洪水频率设计保证值。定量分析表明,提出的基于数值次序统计量期望值的优化适线法具有良好的无偏性和有效性;寸滩站洪水频率设计修正值大于频率设计初始值,且两者偏差随着频率减小而减小;寸滩站洪水频率设计保证值明显大于修正值。     

基于广义第二类beta分布的洪水频率分析

精确计算设计洪水值对水利水电工程规划设计至关重要,其关键问题之一是选择合适的分布函数。目前多数研究仅选取单一的频率分布线型进行洪水频率分析,其设计洪水结果具有较大的不确定性。研究引入一种新的广义分布函数,即第二类beta分布(Generalized beta distribution of the second kind,GB2),进行洪水频率分析。该四参数分布具有较好的灵活性,基本可拟合任何偏度和峰度的曲线。采用最大熵原理推求分布函数的参数。研究利用科罗拉多河流域数据检验广义第二类beta分布函数的拟合效果,并将所提分布与水文中的其它传统分布进行比较分析。结果表明:四参数的广义第二类beta分布非常适于水文频率分析,其拟合效果基本优于水文中的其它传统分布。     

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。     

考虑历史洪水不确定性的多维联合洪水频率分析

洪水过程由多个特征变量组成,各变量之间存在正相关性,应进行多变量联合分析。但随着变量的增多,在相同样本条件下,多维联合分布具有更大的抽样不确定性。将历史洪水纳入多维联合频率分析,以提升各特征变量边缘分布和Copula函数相关性参数的准确性。以分层Archimedean Copulas函数为基础,构建了考虑历史洪水不确定性的多维联合洪水频率分析层次模型,将多维联合分布分解成为若干个二维Copula函数的多级层叠形式,并结合极大似然法,选用遗传算法求解特征变量边缘分布及各层Copula函数的相关性参数。长江流域宜昌站的应用结果表明,考虑历史洪水不确定性的多维联合洪水频率分析层次模型能够完整地描述整个洪水过程,考虑洪水过程特征变量之间的相关性,也能够有效利用历史洪水,改善样本的代表性,Copula函数的相关性参数符合实测序列峰量之间的相关关系。     

洪水灾害风险管理广义熵智能分析的理论框架

基于洪水灾害风险管理的背景分析,提出用广义分布函数及其广义熵理论统一描述、物理解析洪水灾害风险管理系统的各种不确定性信息。基于洪水灾害风险形成机制和风险管理理论与水利科学、信息科学、智能科学综合集成途径,提出由洪水灾害孕灾环境和致灾因子危险性广义熵智能分析、承灾体易损性广义熵智能分析、承灾体灾情广义熵智能分析和风险决策广义熵智能分析组成的洪水灾害风险管理广义熵智能分析的初步理论框架及其主要研究内容,在其它灾害风险管理中具有一定的参考应用价值。     

基于非对称Archimedean Copula的三变量洪水风险评估

分析洪峰、洪量和历时三变量联合分布与风险概率及其设计分位数,为水利工程规划设计和风险评估提供参考依据。以珠江流域西江高要站52年洪水数据为例,采用非对称阿基米德M6 Copula函数与Kendall分布函数计算三变量洪水联合分布的“或”重现期、“且”重现期和二次重现期及其最可能的设计分位数。结果表明:“或”重现期的风险率偏高,“且”重现期的风险率偏低,二次重现期更准确地反映了特定设计频率情况下三变量洪水要素遭遇的风险率;按三变量“或”重现期或三变量同频率设计值推算的洪水设计值偏高,以最大可能概率推算的三变量洪水要素的二次重现期设计值可为防洪工程安全与风险管理提供新的选择。     

洪水超定量模型的广义Pareto分布及其应用

为了扩大洪水信息,提高洪水模拟精度,研究超定量洪水频率分析模型。介绍了洪水超定量模型的基本理论,假设超定量洪水年发生次数服从Poisson分布,超定量洪水系列服从广义Pareto(GP)分布,给出年最大超定量洪水分布和超定量洪水重现期的计算方法,提出通过模型拟合优度检验来综合确定超定量系列阈值的方法。将超定量模型应用在海河流域小觉站洪峰频率分析中,结果表明:通过模型拟合优度检验确定超定量系列阈值的方法有效且可靠,洪水超定量系列年平均发生次数服从Poisson分布,GP分布洪峰设计值略大于P-Ⅲ分布洪峰设计值,应用在水利工程设计及风险分析中是偏安全的。     

P-Ⅲ型分布次序统计量期望值数值计算

本文探讨了P—Ⅲ型（皮尔逊Ⅲ型）分布次序统计量期望值数值计算的公式、数值计算的精度控制等问题，在此基础上提出了P—Ⅲ型分布次序统计量期望值的数值计算框架。经检验．该计算框架突破了以往次序统计量期望值数值计算的瓶颈，样本长度和数值计算精度均满足科研和生产实践的要求。     

广义极值分布及其在水文中的应用

广义极值分布,包括Ｉ型、Ⅱ型和Ⅲ型,是一套完整的统计分布。以往,由于研究不足,常常只能采用极值Ｉ型分布,使应用受到了限制。本文中,详细地探讨了广义极值分布的统计特性,首次研制了该分布的离均系数表,并给出了水文频率计算中的示例。分析表明,应用广义极值分布,也能得到较好的适线结果。特别是有了离均系数表,对水文频率分析和各类统计计算是十分方便的。     

澜沧江流域洪水峰量关系及对应的Cv值关系分析

通过对澜沧江中下游２３个测站年最大一日洪水峰量关系线型及其对应的Ｃｖ值关系分析，验证了洪水峰量关系三种线型的存在及三种类型对应峰量Ｃｖ值关系的一致性，并对峰量关系线型的一般性分布规律及成因作了初步探讨，可供资料短缺地区的洪水峰量及其Ｃｖ值关系分析参考     

安徽省地质灾害分类及统计分析

根据多年来的地质灾害调查成果,对安徽省的地质灾害进行了分类,利用计算机数据库的查询、统计和绘制图表的功能,对安徽省地质灾害在时空上的分布进行了统计分析,重点统计了突发性地质灾害的发生情况,对累进性地质灾害的分布及发育情况进行了概略评述;归纳总结了安徽省地质灾害的发育特征,以期为安徽省地质灾害的进一步研究、预测预报以及制定减灾防灾方案奠定基础。     

Simpson’s Paradox in Natural Resource Evaluation

Reversals of statistical relationships, when two or more groups of data in a cross tabulation are aggregated, were first revealed more than a century ago. The reversal was later named Simpson’s paradox after his reversal examples in a seminal paper drew the attention of the statistical community. However, almost all the published cases have been in sociology and biomedical statistics. Does Simpson’s reversal occur in geosciences? Various examples from petroleum geology and reservoir modeling will be shown in this paper. Boundary conditions for such a reversal will be discussed under a broader framework of sampling analysis. Ecological inference bias, change of support problem, modifiable areal unit problem, and reference class problem will be discussed in relation to the Simpson’s paradox in the framework of spatial statistics. It will be demonstrated that the traditional interpretation of the paradox as a result of disproportional sampling based on a contingency table is not always true in the framework of spatial statistics, and the reversal while theoretically benign is inferentially treacherous. Therefore, emphasis will be on the discussion of combining statistical and scientific inferences in geologic modeling and hydrocarbon resource evaluation under various sampling schemes or support effect with or without a Simpson’s reversal.     

河南省主要煤田煤炭资源清洁利用潜势

为了系统分析河南省各煤田煤中灰分和主要有害元素分布特征，评价煤炭资源清洁利用潜势，通过系统收集12个煤田的煤质资料，并均匀采样作化验分析，获得各煤田煤中灰分和10种有害元素的平均含量，利用广义对比加权标度指数法计算出煤炭资源洁净潜势综合指数I值，评价煤炭资源清洁利用潜势，得出河南省煤炭资源清洁质量从西向东依次为不洁净-较不洁净-较洁净煤这一逐渐变好的趋势，影响煤炭资源洁净潜势评价的主要因子为灰分和硒元素。最后，统计了12个煤田各清洁等级的煤炭资源量:较洁净煤235亿t、较不洁净煤30亿t、不洁净煤5亿t，并探讨其利用方式。研究成果对河南省煤炭资源的清洁、高效利用具有指导意义。      

The Impact of Biased Sampling on the Estimation of the Semivariogram Within Fractured Media Containing Multiple Fracture Sets

Monte Carlo simulation was used to examine the error (statistical bias) introduced in estimating a sample semivariogram through application of oriented sampling patterns to variables which are correlated with fracture orientation. Sample semivariograms of the directional components of the water velocity were used to illustrate that oriented sampling schemes can provide biased data sets which result in error in the estimation of the semivariogram, particularly in the estimation of the sill (or variance). Three sampling patterns were used to analyze directional semivariograms of the components of the fluid velocity: sampling along lines parallel to the mean regional hydraulic gradient, sampling among lines perpendicular to the mean regional hydraulic gradient, and sampling along fracture segments. The first two sampling patterns were shown to introduce substantial error in the sills of the velocity variograms. It is argued that this error is due to the combination of unequal sampling of fractures with different orientations (i.e., sampling bias) and the systematic variation in the magnitude of the velocity components with orientation of the fracture. As a consequence, it is suggested that correction factors developed to correct fracture frequency statistics need to be extended to improve estimation of spatial moments of variables which are correlated with fracture orientation.     

水文气象极值统计推断的可靠性问题

论述极值统计推断不可靠的表现、产生原因及提高可靠性的途径、可操作性方法和可靠性评价。提出收敛域准则、极大似然估计的精估计和粗估计、泛似然估计、多母体现象,应用超拟合现象、抽样误差、蒙特卡罗随机模拟等概念或方法,得出全国各气象站多个气象要素的可靠极值统计推断结果,初步形成小样本统计理论。     

灵活运用Excel的IF函数服务国土资源统计工作

国土资源统计工作是国土资源管理工作的重要组成部分,具有统计范围广、专业性强、工作量大的特点。该文通过国土资源统计工作中数据的计算和检验,探讨了如何灵活运用Excel电子表格函数中的IF函数提高工作的效率．更好地服务国土资源统计工作。     

Statistical testing of a new testate amoeba‐based transfer function for water‐table depth reconstruction on ombrotrophic peatlands in north‐eastern Canada and Maine,United States

Proxy reconstructions of climatic parameters developed using transfer functions are central to the testing of many palaeoclimatic hypotheses on Holocene timescales. However, recent work shows that the mathematical models underpinning many existing transfer functions are susceptible to spatial autocorrelation, clustered training set design and the uneven sampling of environmental gradients. This may result in over‐optimistic performance statistics or, in extreme cases, a lack of predictive power. A new testate amoeba‐based transfer function is presented that fully incorporates the new recommended statistical tests to address these issues. Leave‐one‐out cross‐validation, the most commonly applied method in recent studies to assess model performance, produced over‐optimistic performance statistics for all models tested. However, the preferred model, developed using weighted averaging with tolerance downweighting, retained a predictive capacity equivalent to other published models even when less optimistic performance statistics were chosen. Application of the new statistical tests in the development of transfer functions provides a more thorough assessment of performance and greater confidence in reconstructions based on them. Only when the wider research community have sufficient confidence in transfer function‐based proxy reconstructions will they be commonly used in data comparison and palaeoclimate modelling studies of broader scientific relevance. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Comparison of macrobenthos collected with cores and suction sampler in vegetated and unvegetated marine habitas

A comparison of shallow water benthic macrofauna collected with hand-held cores and a suction sampler shoed that the core method provided the best estimate of macrofaunal density and composition. In a bare sand habitat, suction methods collected 72.8% fewer individuals per unit surface area of sediment. The difference was 32.6% in a seagrass (Halodule wrightii) habitat. At each site the number of species collected with the two devices was similar; however, population densities of numerically important species were underestimated with the suction device resulting in effects on community statistics. In addition to high sampling efficiency and statistical advantages associated with the use of the multiple cores, ease of operation and low construction cost make simple core tubes the preferred gear for sampling small macrobenthos in soft sediments, with or without vegetation.     

东北平原区地块尺度土地质量地球化学评价合理采样密度研究

选择吉林省公主岭市大岭地区作为东北平原区典型代表区域开展土壤元素空间变异性、经典统计学合理取样数及不同采用密度数据空间插值对比研究。结果表明:(1)受地形平坦及成土母质相对单一等因素影响,研究区土壤元素空间变异性总体较小,大部分以轻中度变异为主(变异系数<15%),受人为因素影响较大的Cd、Hg变异系数分别为35.3%、136.6%,属于高度变异。(2)经典统计学确定的研究区合理采样数为80,该样本量可在95%的置信区间及允许误差为30%的条件下反应区内土壤元素含量的均值与方差,但因未考虑样本的空间属性,不足以反应区内土壤元素空间变异特征,具有一定的局限性。(3)通过对均匀抽稀后4种不同采样密度数据与实测数据空间插值对比研究,在定量评估空间插值相对误差、地块预测值相对误差及预测等级与实测等级一致性的基础上,结合土地质量地球化学调查工作精度要求,提出研究区地块尺度地球化学评价工作合理采样密度为8个点/km2,该密度可在确保评价精度的前提下,大幅减少采样数量和工作成本。上述结论为东北平原及类似地区大面积开展地块尺度土地质量地球化学评价工作提供了关键的技术支撑,对进一步完善土地质量地球化学评价方法技术具有重要意义。