Copula函数在多变量水文分析计算中的应用及研究进展

综述了多变量水文分析计算方法及存在的问题.系统地介绍了Copula函数的基本理论与方法,分析探讨Copula函数在多变量水文计算领域的适用性及优越性.总结了Copula函数应用的关键技术,包括参数估计、拟合检验及类型选择等,并展望了Copula函数的研究应用前景.     

双参数Copula函数在洪水联合分布中的应用研究

采用金沙江屏山站和岷江高场站的日径流资料,分别构造了两江洪峰流量以及金沙江峰、量之间的联合分布,比较了单参数与双参数Archimedean Copula函数的拟合效果,估计了两江洪峰遭遇风险的条件概率,探讨了双参数Archimedean Copula函数在洪水联合分布中的应用。结果表明:双参数Copula函数拟合效果明显优于单参数Copula函数,且同时具有上尾相关性和下尾相关性,在水文极值分析中是有广阔的应用前景;当金沙江发生千年一遇洪水时,岷江发生千年一遇洪水的概率为3.458%。     

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。     

基于多元Copula函数的引滦水库径流丰枯补偿特性研究

研究引滦水库的天然来水系列之间的丰枯补偿特性,以期优化滦河中下游水库群联合供水的调度及合理配置该区域水资源.通过运用三元Copula联结函数构造了潘家口水库、陡河水库和于桥水库年入库天然径流系列的三维联合分布,然后利用此联合分布计算了这3个水库年天然来水量丰枯遭遇的概率.结果表明,3个水库径流系列的丰枯同步概率高达46.96%,潘家口水库对陡河水库和于桥水库不具补偿能力的概率为30.2%;为保证天津、唐山等地的供水安全,必须加强引滦水库群的优化调度,充分发挥各个引滦水库的调蓄功能,以降低不利丰枯遭遇带来的影响.     

基于Copula函数的基桩荷载-位移双曲线概率分析

提出了基于Copula函数的基桩荷载-位移双曲线概率分析方法。首先将基桩标准化荷载-位移双曲线模型不确定性转化为双曲线参数不确定性,然后在Copula理论框架下建立了双曲线参数的联合分布函数。最后以钻孔现浇灌注桩试验数据为例证明了所提方法的有效性,并进行了基桩正常使用极限状态可靠度分析。结果表明：Copula函数是构造基桩标准化荷载-位移双曲线参数联合分布函数一种有效的方法,它能够更加准确地实现基桩荷载-位移双曲线的随机模拟,从而得到更为合理的可靠度结果。钻孔现浇灌注桩双曲线模型中两个参数间具有较强的负相关关系,忽略了这种负相关性将会高估基桩的失效概率。此外,常用的Gaussian Copula函数并不是拟合双曲线模型中两个参数间相关结构最优的Copula函数,采用Gaussian Copula函数将会明显低估基桩的失效概率。     

MODIS在水文水资源中的应用与展望

MODIS是新一代遥感技术,其遥测数据与其他单独的遥感平台(如NOAA和Land Sat)所获得的数据相比,具有免费、较高时间分辨率(0.5d)、空间分辨率(250m)和光谱分辨率(波谱范围0.4～14μm,36个光谱通道)等优势和特点.详细介绍了国内外的研究现状,着重对MODIS在洪水过程和洪灾范围实时动态监测、冰川和积雪、降水、植被、土壤水分、蒸发、水文模型、水质等方面的应用和研究进展进行了评述,指出MODIS在水文水资源中具有广阔的应用前景.     

基于Copula函数的二维极端降水 联合概率特征分析

根据多年逐日降水资料,采用第95个百分位值作为极端降水阈值,利用Archimedean Copula函数构建极端降水量和年最大日降水量(P₉₅,P_max)、极端降水强度和年最大日降水量(I₉₅,P_max)、极端降水量和极端降水贡献率(P₉₅,R₉₅)之间的二维联合分布函数。以高邮站1968—2020年日降水资料为研究对象,进行实例分析。Frank Copula能较好地描述(P₉₅,P_max)、(I₉₅,P_max)之间的联合分布,Clayton Copula函数能较好地描述(P₉₅,R₉₅)之间的联合分布。相比于联合重现期和同现重现期,Kendall重现期能更准确地反映给定重现期情况下多变量极端降水要素的概率。     

气候与土地利用变化对水文水资源的影响研究

水资源短缺和水患灾害已成为全球关心的重大问题。气候与土地利用变化对流域水资源和旱涝的影响以及由此产生的社会经济后果已引起人类社会的广泛关注。深入综合地开展这方面的研究对国民经济建设和可持续发展规划决策有重要的意义。通过分析总结已进行的有关研究工作 ,对该领域的研究进展作了简要回顾 ,讨论了现有工作的不足和今后的研究内容和方法。     

水文水资源系统贝叶斯分析现状与前景

简介了贝叶斯分析的基本原理,综述了它在水文水资源系统中考虑不确定性和风险的特点及其在径流预报、洪水分析与地区综合、水资源规划与管理等问题中的应用,并分析了其发展前景,着重指出将灰色先验分布、模糊似然函数在贝叶斯定理框架中耦合的综合途径.     

地理信息系统及其在水文水资源中的应用

简要介绍了地理信息系统(GIS)和近十年来GIS在水文水资源领域中的应用。讨论了在具体应用中,如何选择GIS软件包。作为个例,介绍了爱尔兰国立大学都柏林学院水资源研究中心应用地理信息系统——ARC/INFO开发研究的流域水管理决策支持系统。     

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。     

分形理论在水文水资源中的应用

较系统地论述了分形理论在水文水资源中的应用.主要包括:水系河网结构和流域地形地貌及其演变,河床表面形态,降水时空分布,洪水时空变化,径流过程和土壤水下渗等.概括了当前在应用中的特点:活跃思想和方法创新,同时指出值得注意的问题:在大量资料基础上进行深入分析和充分论证.     

分期设计洪水频率与防洪标准关系研究

现行分期设计洪水模式估算的分期设计洪水值均小于或等于年最大设计值,达不到规定的防洪标准。采用Gumbel-Hougaard Copula函数描述两个分期的分期最大洪水之间的相关性结构,并构造边缘分布为P-Ⅲ分布的分期最大洪水联合分布,建立分期最大洪水与年最大洪水的关系式,讨论分期设计洪水频率与防洪标准应满足的关系,探讨能够满足防洪标准的新的分期设计洪水模式。应用示例表明,新模式主汛期设计值相对年最大设计值小幅度增加,而非主汛期设计值则小于年最大设计值,既满足不降低防洪标准的要求又能够起到优化设计洪水的作用,为分期设计洪水研究提供了一条新的思路。     

The Arc-view application in the field of hydrology and water resources

Through system design and analysis from the aspects of entity categories, hierarchical design, attribute design, and the final function design and realization of the system, this paper develops a software application based on Arc-view platform with a view to solving the deficiencies of conventional groundwater dynamic management in managing the spatial graphics data. Using this application into the supporting automatic monitoring system of groundwater level helps to achieve the automatic analysis of attribute data, and offer a new, visual and efficient automated management tool. Moreover, the computer geospatial modeling can realize the quick query and spatial analysis of geographic information, and thus facilitating dynamic simulation and prediction of the research object. However, a multi-functional, multi-level groundwater level information management system is a complex system engineering, which requires continuous improvement of the structure, development of functions, and supplement of user models.     

基于copula函数的三峡水库预泄对鄱阳湖防洪影响分析

三峡工程的运行对鄱阳湖防洪形势存在潜在影响。以三峡-鄱阳湖系统为典型,采用基于copula理论的多维联合分布函数,建立三峡工程运行前长江-鄱阳湖-"五河"(赣江、抚河、信江、饶河、修河)系统中水文要素之间的联合概率分布及条件概率分布,并假设该条件分布关系在三峡工程运行前后保持不变;估计三峡工程运行后长江水文要素的概率分布,结合前面的条件概率分布,可以得到三峡工程运行后研究变量的概率分布;对比分析前后概率分布的变化,即可从统计角度评价三峡水库运行对鄱阳湖水文情势的影响。研究表明:三峡工程运行对鄱阳湖水位有一定影响;5、6月份三峡预泄,将增高鄱阳湖水位,其中,平均水位的增幅大于最高水位增幅,低水增幅大于高水增幅;三峡预泄影响下,湖区圩堤堤前水位没有超过原有堤防设计水位,没有降低湖区圩堤的防洪标准。