[发明专利]基于一致性与非一致性假定条件下的设计暴雨安全性分析方法

说明书

本发明公开了基于一致性与非一致性假定条件下的设计暴雨安全性分析方法，包括下述步骤：从多年日降水量序列中提取年最大值序列；采用30年窗口滑动法和30年窗口增长法从年最大值序列中提取一系列子序列；通过广义极值分布拟合各个子序列并推求设计暴雨值序列；采用线性回归法计算设计暴雨序列的趋势值；将上述两种提取方法下的设计暴雨序列的趋势值作差值，根据差值进行安全性分析。本发明为探讨非一致性与一致性假定对推求设计暴雨的差异提出了一种新的方法，比较两种假定下推算的设计暴雨的年际差异，有利于评估设计标准的安全性，能够为水利工程建设、水资源和安全管理、防洪减灾提供借鉴意义。

技术领域

本发明涉及水文气象与水文统计领域，特别涉及一种基于一致性与非一致性假定条件下的设计暴雨安全性分析方法。

背景技术

由于全球气候变化的影响，许多水文、气象要素随时间推移表现出明显的变异，降水就是其中一种存在变异的要素。在实际的水利工程建设中，设计暴雨一般是基于一致性假定、通过年最大值法与水文频率曲线计算得到，而典型的水文频率曲线有广义极值分布(GEV)、皮尔逊Ⅲ型、广义正态分布、广义logistic分布等。因此，非一致性的存在可能会导致实际采用的设计值与预期值会有差异，探讨这种潜在的差异对水利工程的安全性具有重要意义。在针对一致性假定与非一致性假定下设计暴雨差异的相关研究中，大多数研究主要集中在探讨非一致性暴雨设计值的计算方法与变化趋势。为探讨非一致性的影响，大概有两种处理方法：(1)将分布函数的统计参数认为是时间或者其它因子(比如降水、气温等因子)的函数，虽然此方法可以探讨历史以及未来设计暴雨的变化趋势，但是需要事先假定参数所满足的函数分布类型；(2)采用固定年窗口滑动法减弱非一致性的影响，比如30年滑动窗口法，即每次将水文频率曲线拟合连续30年的降水序列，这与直接拟合所有降水序列的传统方法有所不同，适用于探讨历史设计暴雨的变化趋势。但是，对于一致性与非一致性假定下设计暴雨的差异性，大多数研究把基于一致性假定推求的设计暴雨值视为定值，即将水文频率曲线拟合所有可获取的降水序列，从而忽略了其随观测年份增加(降水序列增长)而变化的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于一致性与非一致性假定条件下的设计暴雨安全性分析方法，为大型水利工程设计的安全性提供参考，进而为水利工程建设、水资源和安全管理、防洪减灾提供科学和实用价值。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

基于一致性与非一致性假定条件下的设计暴雨安全性分析方法，包括下述步骤：

S1、从多年日降水量序列中提取年最大值序列X＝{X₁,X₂,...,X_i,...,X_n}，其中n是序列长度，X_i表示序列中第i年的降雨量最大值，0in，且i∈N⁺；

S2、分别采用30年窗口滑动法与30年窗口增长法从年最大值序列中提取n-29组子序列，其组成的集合通式为S＝{S₁,S₂,...,S_j,...,S_n-29}，其中S_j表示第j组子序列，0jn-29，且j∈N⁺；

S3、采用广义极值分布拟合集合S的每个子序列，计算子序列S_j在给定重现期下的设计暴雨值，进而求得设计暴雨序列；

S4、利用线性回归方法对步骤S3求得的设计暴雨序列进行趋势分析，计算设计暴雨值的年际变化趋势；

S5、由于采用基于30年窗口滑动法与30年窗口增长法分别提取子序列S_j，根据S4求得的设计暴雨值的年际变化趋势得到两种提取方法下的设计暴雨值的年际变化趋势，并将这两种趋势作差，根据趋势差值分析一致性假定和非一致性假定条件下计算的设计暴雨值的安全性。