基于风险的非一致性设计洪水及其不确定性研究.pdfVIP

水 利 学 报 2018年2月 SHUILI XUEBAO 第49卷 第2期 文章编号：0559-9350（2018）02-0241-13 基于风险的非一致性设计洪水及其不确定性研究 1 2 3 1 2，4 2 杜 涛 ，熊立华 ，李 帅 ，邵 骏 ，许崇育 ，闫 磊 （1. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010；2. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072； 3. 中国长江三峡集团有限公司，湖北 宜昌 443133；4. 奥斯陆大学 地学系，挪威 奥斯陆 N-0316） 摘要：研究非一致性条件下的设计洪水对水利工程规划设计、防洪决策等具有重要意义，当今国内外研究方法主 要集中于时变矩法，然而，该方法对于某一设计频率推求出的每年一个设计值很难用于实际。水利工程设计需要 量化两方面的基础信息，工程设计使用年限及设计使用年限内水文风险。本文尝试将水文风险的概念引入到非一 致性条件下设计洪水研究当中，其中选取更具物理意义的气象因子作为洪水频率分析的协变量，进一步结合大气 环流模型（GeneralCirculationModel，GCM）输出数据的统计降尺度结果推求特定设计使用年限内某一水文风险下 的设计洪水，并与传统以时间为协变量的情况进行比较。选取渭河流域洪水序列作为实例研究。结果表明：两种 协变量情况下非一致性设计洪水及其95 %置信区间相比于一致性假设情况存在明显差别，并且以气象因子为协 变量的非一致性设计结果相比于时间为协变量更为合理。本文方法所得设计结果可为水利工程规划设计及防洪决 策提供一定参考依据。 关键词：非一致性；设计洪水；时变矩法；水文风险；不确定性 中图分类号：TV458 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 ［1-2］ 设计洪水是水利工程规划设计、防洪决策等工作的一个重要特征值 。由于气候变化及人类活 ［3-6］ 动影响，水文极值事件存在非一致性已成为共识 ，致使基于一致性假设所得的设计结果受到质 疑。因此，研究非一致性条件下设计洪水具有重要的实际应用价值。 ［7-8］ 目前，关于水文极值序列非一致性的研究主要集中于时变矩法 ，其基本思想是：假设水文变 量所服从的分布类型不变，但分布的统计参数随时间或其他气象协变量变化。在此情况下，给定某 一超过概率 ，不难得出每年各自的设计值 ［8］，即z = F -1(1- p ，θ )，其中F -1为水文极值变量 p zp ，t p ，t Z t Z Z ［9-11］ θ t 的逆分布函数， 为第 年的统计参数向量。Strupczewski等 首次提出一个非一致性洪水频率分析 t ［12］ 模型，将趋势性成分引入到洪水频率分布的一、二阶矩中；Katz等 在前人基础上直接建立了洪水