基于联合分布的珠江口设计潮位过程线方法研究

针对同倍比方法与同频率方法推求设计潮位过程线中的局限性,采用4种边际分布函数对珠江口年最高潮位与年最大潮差序列进行拟合的基础上,选取4种不同的二维Archimedean Copula函数建立珠江口年最高潮位与年最大潮差的联合分布,并分析了高潮位重现期与潮位过程同现重现期的线性关系。结果表明:高潮位与潮差的同现重现期总是大于相应边际分布的重现期,并且随着边际分布重现期的增大,同现重现期增幅也越大,说明较高重现期的高潮位与潮差同时发生的可能性很小;基于高潮位重现期与潮位过程同现重现期的线性关系,采用基于联合分布的方法推求珠江口潮位过程线,推求结果较同频率法更为合理。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

极端高潮位情景对上海吴淞口设计高潮位影响研究

为研究极端高潮位对上海吴淞口设计高潮位（千年一遇）的影响，采用无偏估计计算初值、P-Ⅲ型曲线目估适线，研究了吴淞口1985—2018年逐年设计高潮位变化。结果表明9711和0012台风期间产生的极端高潮位分别提升设计高潮位0.184 m和0.128 m。对未来情景，采用MCMC和MetropolisHastings抽样生成1000组与历史序列趋势一致的样本序列，研究了未来30年出现0次、1次、2次极端高潮位对2050年吴淞口设计高潮位的影响，结果较现状（2018）6.58 m分别约提升2 cm、14 cm和24cm。平均每遇到一次极端高潮位，吴淞口设计高潮位上升约10～12 cm。     

区间暴雨和外江洪水位遭遇组合的风险

流域区间的治涝方案以及排涝设施的规模都与区间暴雨和外江洪水位的遭遇息息相关,因此需要研究区间暴雨与外江洪水位遭遇的风险规律.采用copula函数建立区间暴雨和外江洪水位的联合分布,用联合概率密度来描述两者遭遇的机率,提出了以遭遇为设计组合的排涝风险率和重现期的分析方法.实例研究表明,copula函数能够较好地模拟广东省阳山县区间暴雨与外江洪水位的联合分布;联合概率密度曲线表现为明显的正偏态分布,对于不超过10年一遇的暴雨,遭遇同频率的外江水位的机率最大;但对10年一遇以上的暴雨,最大遭遇机率的外江水位的重现期低于暴雨重现期;对任一排涝重现期,则有成反相关的区间最大暴雨和外江洪水位重现期的多种组合方案,且任一组合方案的暴雨重现期都大于排涝重现期.     

频率组合法分析黄浦江年最高潮位频率特征

黄浦江既是一条强感潮河流,又受上游太湖流域洪水的影响。随着海平面上升,长江口、黄浦江的整治以及上游太湖流域治理工程实施等因素影响,潮位资料系列的一致性遭到了破坏,给直接采用实测资料分析潮位特征带来困难。作为一种尝试,采用频率组合的方法来分析黄浦江年最高潮位的频率特征,取得了较好的分析研究成果。     

基于二次重现期的城市两级排涝标准衔接的设计暴雨

使用珠海市1984—2015年R_1h-R_6h、R_1h-R_12h、R_1h-R_24h3个历时暴雨组合推算排水排涝两级标准衔接的设计暴雨水平。应用阿基米德极值Copula与Kendall分布函数构建不同历时暴雨组合的联合概率分布模式。分析各历时暴雨组合的遭遇概率、"或"重现期、"且"重现期和二次重现期,以出现最大可能概率的方法推算各组合的设计暴雨值。结果表明:二次重现期所对应的累积频率更准确地代表了特定设计频率情况下不同历时暴雨组合的风险率;重现期分别为2年、3年、5年、10年、20年、50年、100年推算的二次重现期设计值介于"或"重现期和"且"重现期设计值之间,小于相应的边缘分布重现期设计值,R_1h-R_{6 h}组合推算的设计值相对误差为3.1%~7.1%;R_1h-R_12h组合推算的设计值相对误差为3.3%~9.3%;R_{1 h}-R_{24 h}组合推算的设计值相对误差为3.9%~12.0%。二次重现期推算的不同历时暴雨组合的设计暴雨分位值为内涝工程的风险管理和管渠尺寸提供了优选标准和设计参考。     

明代(公元1368—1644年)钱塘江河口潮灾时空分布及其影响因素

钱塘江河口是世界著名强潮河口。基于历史文献资料,系统梳理考证了明代(公元1368—1644年)钱塘江河口潮灾记录,分析了潮灾的空间、时间分布特征:(1)北岸潮灾远多于南岸,海门以上河口段与海门以下河口段潮灾次数基本持平,但均少于河口湾段。(2)潮灾在南北两岸的空间分布上,存在转移与变迁,由此导致两岸分别存在明显的平缓期—爆发期—平缓期交替,但平缓期与爆发期的时长并不固定。(3)潮灾强度变化与潮灾频次分布有较强关联,高强度潮灾多发于潮灾频发期。结合历史气候、江道地形等自然环境背景,探讨了影响潮灾时空分布的要素,认为钱塘江潮灾发生的频次及规模大小与流域内干湿变化及历史气温升降有明显关联,而历史极端潮灾则常是多种要素耦合的结果。     

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。     

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。     

基于潮流数值模拟的设计潮位推算方法

针对一些拟建工程位于潮位不易观测地区的情况,提出了一种设计潮位的推算方法。首先,通过潮流数值计算,获得拟建工程地点一个月以上的短期潮位过程;其次,与临近的、具有长期实测资料的港口或验潮站的潮位进行同步相关分析,建立回归方程;最后,采用《海港水文规范》中的方法推算港口或验潮站的设计潮位,并将其由回归方程换算至拟建工程地点。通过算例的计算分析,表明本文方法是合理的、可行的。     

入海水系整治水情数值模拟方法

入海水系河道纵横交错，其水流同时受上游河道来水、下游出口潮汐顶托、水工建筑物调控等的综合影响，水文情势十分复杂。采用水文预报与数值模拟结合的方法，对上游各边界河道采用由瞬时单位线法推得的设计洪水过程作为入流条件，对入海边界根据潮位过程及水工建筑物调节规程确定出流边界条件，进行了来水与潮位不同遭遇多种工况下的水文水流预测模拟，为水系整治提供水情依据。