洪水频率分析的次序统计量

系统阐述了洪水频率分析涉及的洪水次序统计量和广义次序统计量及其抽样分布,并通过数学实验和统计试验两种途径研究了洪水次序统计量、频率次序统计量和重现期次序统计量抽样分布的统计特征及其关系。研究得到的次序统计量和广义次序统计量抽样分布的期望值和中值关系为系统分析和评价适线法奠定了理论基础。     

频率分析中特大洪水处理的新思考

按以不确定性较小的实测洪水系列为主的原则,对含特大洪水系列的频率计算方法,包括经验频率、参数估计和适线问题进行了讨论,并结合实例作了剖析,提出了改进意见。     

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。     

水文分析中的经验频率

水文频率计算中，经验频率对适线法的结果有重大影响，目前，国内外已有多种多样的经验频率公式。为了探索这些公式的来源和近似程度，本文作了回顾性的分析，并详细讨论了Г分布次序统计量情况下的经验频率值，提出了便于应用且近似性较好的经验频率公式。     

粒子群优化适线法在水文频率分析中的应用

水文频率分析就是给各种水利工程提供具有概率含义的水文设计数据,以确定工程的规模、投资和效益.传统的水文频率计算方法一般都是假定总体服从P-Ⅲ型分布,然后采用适线法根据样本估计参数,进而推求设计值.因此,在概率分布线型确定的前提下,水文频率计算实际上就是根据样本资料估算其中包含的参数.从充分利用样本信息、增强参数估计方法的精确性和减少人为因素影响等方面考虑,本文提出了基于粒子群优化算法的优化适线法,并将该方法应用到年最大流量频率分析中.为了进一步了解该方法的统计特性,还将其与传统参数估计方法(矩法、权函数法、概率权重矩法)作了比较.实例表明,该方法能快速的完成参数寻优过程,并较好的寻找出参数的全局最优解.     

设计洪水频率曲线数学适线法的比较分析

运用全国91座大型水库洪水资料,比较分析了绝对值最小准则适线、离差平方和最小准则适线、概率权重矩法和双权函数法等适线结果与设计成果采用值(一般为目估适线结果)的差别.结果显示,无论是频率曲线参数,还是各频率洪水设计值,离差平方和最小准则适线结果均与采用成果的差别最小,多数(56%～87%)水库设计值的相对误差在±5%以内,绝大多数(79%～93%)水库设计值的相对误差在±10%以内.     

m/(n+1)公式可以休矣!——水文频率分析中绘点位置的研究

我国的水文频率分析习惯采用适线法,长期是以期望值公式(P_((m))=m/(n+1))计算绘点位置。但是,由这套适线法求得的设计值是有偏差的,其原因就在于所取的绘点位置不合适。本文建议了一套以纵标期望值P{E[X_((m))]}为绘点位置的“动点动线”适线程序。实践表明建议的程序是可行的,计算成果也是合理的。本文还进一步通过统计试验途径,对两种绘点位置的适线法作了检验,结果表明新适线法在不偏性和有效性两个方面都有显著改进。     

基于Halphen分布和最大熵的洪水频率分析

设计洪水估算值对水利水电工程的设计规划至关重要,其关键是选择合适的分布线型和参数估计方法。目前采用单一的频率曲线进行水文分析计算,其设计结果具有较大的不确定性。引入Halphen分布函数进行洪水频率分析,并提出了基于最大熵原理的参数估计方法。利用丹江口水库1929~2014年的年最大日流量资料系列,分析检验Halphen分布的拟合效果,并与传统的分布进行比较。结果表明,Halphen函数具有灵活的形式和较好的尾部特征,适合于水文频率分析,其拟合结果基本优于其他的传统分布。     

关于燕山水库设计洪水问题的探讨

设计洪水频率适线时既要考虑点据与曲线的配合情况,也要顾及上下游、干支流和邻近流域的统计参数,孰重孰轻,则要具体情况具体分析。就燕山水库的设计洪水频率适线问题进行了分析论证,认为本流域在实测系列中发生了“75·8”特大洪水,在其重现期能基本定位的情况下,那么在频率分析时就应尽量使频率曲线与之相吻合。     

随机模拟在水库群防洪库容设计中的应用

实测系列法和设计洪水地区组成法是现行防洪库容设计中最常见的方法,然而它们在理论及应用中存在着诸多不易解决的问题。有鉴于此,以随机模拟法为基础,建立了求解防洪发电相结合的水库群防洪库容优化模型。在洪水的模拟方面,使用多站典型解集模型,并提出一种新的模型参数估计方法－－多站权重模型适线法。实践证明,该方法对于多站非简单样本的参数估计是有效的。在水库群防洪库容优化分配方面,以随机动态规划方法为依据,结合     

考虑抽样不确定性的水文设计值估计

水文频率分析计算过程中,水文极值样本系列容量一般都较小、代表性不高,使得水文设计值估计具有不确定性。利用Bootstrap方法,研究样本抽样不确定性对水文设计值的影响。与传统水文频率分析方法相比,基于Bootstrap方法不仅可提供设计值的点估计和区间估计,同时能够对设计值的不确定性进行定量评价。此外,基于Bootstrap技术,结合矩法、权函数法及线性矩法,设置3套方案,分析了该方法在不同参数估计方法间的有效性。以南通市1970-2011年共42年的年降雨量数据资料为例,对所提方法进行实例应用分析,结果表明,从期望设计值、90%置信区间及最终设计值角度而言,基于所提方法的设计成果受参数估计方法的选取影响不大,且可回避规范中B值诺莫图通用性较差及误差显著问题。     

拓扑克里格法与普通克里格法在区域洪水频率分析中的比较研究

依据北江(珠江流域支流)流域6个水文测站年最大洪峰流量资料,分别用Top-kriging(拓扑克里格法)和普通克里格法进行区域洪水频率估计。采用均方根误差作为频率分布线型拟合优度指标。运用线性矩法进行单站洪水频率分析,确定10、50、100、1000年一遇设计洪水值。在此基础上,从Topkriging和普通克里格法设计洪水估计不确定性和相对线性矩法单站洪水频率的估计误差两个方面比较Top-kriging和普通克里格法。结果表明:(1)Top-kriging法是更好的线性无偏估计,相比普通克里格法更适合于区域洪水频率估计;(2)Top-kriging法设计洪水估计不确定性明显小于普通克里格法;(3)Top-kriging法设计洪水估计结果更接近线性矩法单站洪水频率分析结果。     

地层承压能力固井前动态测试方法

固井前获得地层的实际承压能力,对固井设计和安全都有着重要的意义。在一些上层套管下深较浅的井中,受上层套管鞋处地层破裂压力或上层套管抗内压强度限制,常规的地层承压能力测试无法满足固井要求,针对该问题,文中提出一种地层承压能力动态测试方法,同时进行了现场应用。该方法是在下套管循环后分挡逐渐增加排量,并同时记录与之对应的泵压、钻井液性能及漏失情况,然后利用流变学的原理计算出关键地层深度的承压能力。研究认为这种动态承压测试方法对于低压易漏井行之有效,实用性强,能够满足固井现场对承压能力测试的要求,获得的地层承压能力值为固井设计和安全提供了基础和保障。     

基于等可靠度法的变化环境下工程水文设计值估计方法

气候变化及人类活动影响的加剧,改变了水文极值系列产生的平稳性条件,给现行水文频率分析计算方法带来挑战,亟需发展非平稳性条件下的水文频率分析理论与方法。讨论了等可靠度法的基本思想,拓宽了该方法在变化环境下工程水文设计方面的应用,以解决变化环境下工程水文设计值中的两类问题:①对于待建工程,依据非平稳性的水文极值系列,如何推求给定标准的设计值;②对于已建工程,如何协调/调整已建工程的洪水设计值,以适应变化环境对其产生的影响。以黄龙滩1956—2014年共59年的15日洪量系列为对象,对等可靠度法进行应用示例研究,并分析了参数估计不确定性对水文设计值的影响。结果表明,在非一致性条件下,给定设计标准下的水文设计值随着工程设计使用年限的变化而变化,且设计值估计的不确定性随着工程设计使用年限的增加而增大。     

考虑历史洪水资料的期望概率权重矩法参数估计统计试验研究

为有效利用历史洪水资料,提高洪水资料系列参数的估计精度,研究期望概率权重矩法在广义极值分布参数估计中的应用。采用蒙特卡洛试验研究期望概率权重矩法的统计特性,并与部分概率权重矩法做比较。结果表明:期望概率权重矩法具有良好的稳定统计特性,并且是具有历史洪水资料系列进行参数估计的一种简单、稳定和有效的参数估计方法,具有推广意义。     

A study on selection of probability distributions for at-site flood frequency analysis in Australia

The most direct method of design flood estimation is at-site flood frequency analysis, which relies on a relatively long period of recorded streamflow data at a given site. Selection of an appropriate probability distribution and associated parameter estimation procedure is of prime importance in at-site flood frequency analysis. The choice of the probability distribution for a given application is generally made arbitrarily as there is no sound physical basis to justify the selection. In this study, an attempt is made to investigate the suitability of as many as fifteen different probability distributions and three parameter estimation methods based on a large Australian annual maximum flood data set. A total of four goodness-of-fit tests are adopted, i.e., the Akaike information criterion, the Bayesian information criterion, Anderson–Darling test, and Kolmogorov–Smirnov test, to identify the best-fit probability distributions. Furthermore, the L-moments ratio diagram is used to make a visual assessment of the alternative distributions. It has been found that a single distribution cannot be specified as the best-fit distribution for all the Australian states as it was recommended in the Australian rainfall and runoff 1987. The log-Pearson 3, generalized extreme value, and generalized Pareto distributions have been identified as the top three best-fit distributions. It is thus recommended that these three distributions should be compared as a minimum in practical applications when making the final selection of the best-fit probability distribution in a given application in Australia.     

基于Copula函数的入库洪水与坝址洪水关系研究

采用频率分析法计算入库设计洪水时,需要通过相关分析将坝址洪水系列插补得到对应的入库洪水系列。常用的线性回归法假设两者满足线性关系且入库洪水系列服从正态分布,可能与实际情况并不相符。引入Copula函数构建坝址洪水与入库洪水的联合概率分布和条件概率分布,计算给定坝址洪水时入库洪水的条件最可能值和置信区间,提出了一种基于Copula函数的入库洪水插补新方法。三峡水库的应用实例表明:线性回归法得到的入库洪水值在坝址洪水量级较大时明显偏小,甚至稀遇洪水时不在90%置信区间内。所提方法能较好地反映坝址洪水与入库洪水的内在关系,不仅可以计算入库洪水的各种点估计值,而且能够定量评价估计的不确定性。     

洪水预报自回归实时校正多步外延方法研究

自回归模型在洪水预报实时校正中应用广泛。针对自回归模型进行连续多时段校正时中间误差系列缺失问题,提出一种基于历史洪水预报误差系列的样本重组自回归外延方法,以淮河流域王家坝断面为背景,选用洪量相对误差、洪峰相对误差、峰滞时间和确定性系数四个指标开展校正效果评估,并与时程递推外延方法对比。结果表明:样本重组外延方法可以提升洪水预报精度,延长洪水预报有效预见期,特别在降低洪量误差和提高洪水过程的拟合精度上优势更为显著。同时,该方法泛化能力较强,具有实用价值。     

水文频率分布模型的异同性与参数估计问题

回顾了20世纪50年代对水文频率分布模型异同性的认识,分析了分布模型在统计特征上的相异性与共通性。在分布的几何形态相同的条件下,目前所用的分布模型中,仅3个参数的模型基本上是相异的。通过观察与实例分析,初步发现,取4个参数,有可能使模型有统一的求解结果。用数学方法能得到参数的唯一解,但多数方法是先计算出不确定性较大的C_S值,继而据此算得其它一个或两个参数,故这种结果是一种初值,有待通过合理性分析,才能得到最终取用值。     

Controlling the safety of geotechnical structures: a proposed approach

Summary This paper considers the safety of geotechnical structures using various design philosophies which include the global safety method and a number of limit state design methods. The methods are considered individually and their treatment of uncertainties of design briefly discussed in terms of parameter and system uncertainty. Each method is not designed to produce a definitive measure of safety, but should be viewed as an aid in the process of controlling or managing safety. Crucial to all design methods is the idea of a design parameter. However, in certain instances it is often not clear whether a design parameter should be an upper or lower bound on its possible value. A proposed limit state design method for overcoming this problem is outlined, based on putting bounds on parameters. An example of a reinforced concrete cantilever retaining wall is used to demonstrate its advantages over current methods. The proposed method offers a more rational approach to the design of retaining structures.