[发明专利]一种设计洪水过程线的推求方法

说明书

本发明提供了一种设计洪水过程线的推求方法，该方法包括以下步骤：采用年最大值法选取洪峰与多个时段洪量序列；采用Mann‑Kendall法对洪峰与多个时段洪量序列进行趋势分析，并根据趋势分析结果，采用GAMLSS模型进行拟合；计算洪峰与各时段洪量的时变Kendall系数，采用ARIMA模型对Kendall系数序列进行拟合，并根据相关系数法将Kendall系数转变成Copula参数；计算基于洪峰单变量重现期的各时段条件分布；放大典型洪水过程线。本发明方法充分考虑了洪水极值序列本身的时变性以及极值序列间相关性的时变性，更符合实际情况、可靠性更高。

技术领域

本发明涉及工程水文领域，尤其是涉及一种设计洪水过程线的推求方法。

背景技术

目前设计洪水过程线的推算方法应用的前提是洪水极值序列满足平稳性的假设。其过程包括：第一步计算洪水设计值采用一致性条件下的皮尔逊分布函数拟合；第二步放大洪水过程线中，采用传统的同频率放大法将洪峰与洪量看作两个独立变量分别放大，不考虑二者间的相关性。实质上由于人类活动与气候变化，水文序列的非一致性现象日益突出，传统的皮尔逊分布函数不能刻画这一变化，且考虑水文的内在规律，洪峰与洪量序列之间存在一定的相关性，这样的相关性也由于气候变化而具有时变性，一般情况下洪峰与洪量并不总是同频率出现的。因此，若仍采用传统方法往往容易忽视以上两种时变性，其结果的可靠性必将受到质疑，往往造成高估或低估洪水风险。

目前也有学者考虑到环境变化对洪水极值事件的影响，并对于极值序列分布函数的非一致性进行了研究，但未能考虑到极值序列之间的相关性也随着气候环境的变化而发生变化。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种设计洪水过程线的推求方法，该方法充分考虑了洪水极值序列本身的时变性以及极值序列间相关性的时变性。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种设计洪水过程线的推求方法，包括以下步骤：

根据已有洪水序列，选取洪峰与多个时段洪量序列；

对所选取的洪峰与多个时段洪量序列进行趋势分析，并根据趋势分析结果，采用GAMLSS模型对具有趋势变化的洪峰与多个时段洪量序列进行拟合；

计算洪峰与各个时段洪量之间的Kendall相关系数，并对Kendall相关系数进行拟合；

根据拟合结果预测某一年洪峰与各时段洪量之间的Kendall相关系数，并根据相关系数法求得两变量间的Copula函数及其参数；

根据所述GAMLSS模型和Copula函数及其参数建立联合分布，采用洪峰单变量设计值为控制条件，计算基于洪峰频率的条件分布下的各时段洪量的最可能设计值；

根据所得设计值放大典型洪水过程线。

进一步，采用GAMLSS模型拟合时，将每年最大降雨量作为协变量进行拟合，选择合适的极值分布函数并估计模型时变参数。

进一步，所述GAMLSS模型中的参数采用极大似然法进行拟合，根据AIC最小准则择优，并以Worm图及QQ图进行拟合评价。

进一步，所述Kendall相关系数采用滑动窗口法计算，设洪峰、某个控制时段洪量两个变量分别为X＝(x₁,x₂…x_N)、Y＝(y₁,y₂…y_N)，其中N表示洪峰或时段洪量序列总长度，计算公式如下：