[发明专利]气候变化情景下基于等可靠度的设计洪水推求方法及系统

说明书

本发明公开了一种气候变化情景下基于等可靠度的设计洪水推求方法及系统，属于水库防洪安全设计领域，基于全球气候模式输出与考虑气象变量相关性的两阶段偏差校正方法获取未来气候变化情景，驱动VIC分布式水文模型获取考虑气候变化影响下的径流情景，采用主成分分析法优选影响洪水特征的极端降雨指数作为协变量，考虑洪水序列的非一致性构建时变水文频率分析模型，基于等可靠度方法推求气候变化情景下洪水设计值组合，并采用最可能值作为最终设计值，并选取95％置信区间估算其不确定性。本发明能够充分考虑气候变化对洪水特征的影响，可为推求气候变化情景下的自适应设计洪水提供重要且可操作性强的参考依据。

技术领域

本发明属于水库防洪安全设计技术领域，更具体地，涉及一种气候变化情景下基于等可靠度法的设计洪水推求方法及系统。

背景技术

设计洪水是确定水利水电工程建设规模及制定运行管理策略的重要依据，对指导水库运行调度和水资源综合规划利用具有重要意义。由于气候变化影响了水文循环过程，改变了不同时期水文极值(如洪水)的时空分布规律，如何推求气候变化情景下的自适应设计洪水成为当前的研究难点。

近年来，国内外关于该问题的研究主要分为两类。一类是基于一致性假定推求未来气候模式下的设计洪水，例如：授权号为ZL201610111489.9的发明专利公开了一种自适应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法，该法基于Copula函数构建设计洪水峰量最可能组合法计算模型，并将未来气候变化情景下的水库预测径流资料作为输入，从而推求了水库在不同重现期水平下的多变量联合设计值。该方法假设未来径流的分布函数满足一致性要求，未能充分考虑气候变化对极值分布特征的影响。另一类是采用变参数模型推求非一致性设计洪水，例如：梁忠民等“基于等可靠度法的变化环境下工程水文设计值估计方法[J].水科学进展,2017，28(3):398-405”通过构建变参数频率分析模型并基于等可靠度方法推求了工程设计值。但是该方法以时间作为变参数模型的协变量，未充分挖掘水文事件的物理机制，而且只注重当前入库径流规律，不能适应未来径流模式下的设计洪水推求，在工程实践中难以推广使用。

在工程设计中，通过对实际发生洪水及气象要素的时空特性规律分析，通常发现极值降雨指标与洪水成因具有较大相关性，现阶段将降雨特征指标作为设计洪水时变参数模型解释变量的研究较少。气候变化下水文极值系列的一致性难以满足，现有技术未能充分考虑未来气候模式下的非一致性设计洪水。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种气候变化情景下基于等可靠度的设计洪水推求方法及系统，由此解决现有技术未能充分考虑未来气候模式下的非一致性设计洪水的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种气候变化情景下基于等可靠度的设计洪水推求方法，包括：

(1)基于M个全球气候模式GCMs预测未来降雨信息，并建立GCMs与可变下渗能力水文模型VIC的耦合模型，以预测M组不同气候模式下的未来水库径流过程；

(2)对预测得到的未来降雨信息进行统计分析，得到M组不同的极端降雨指数；基于年最大取样法，得到M组未来水库径流的年最大洪水系列；采用主成分分析法对不同的极端降雨指数与年最大洪水系列进行相关性分析，优选影响洪水特征的极端降雨指数；

(3)对优选的影响洪水特征的极端降雨指数和年最大洪水系列，建立对应的时变水文频率分析模型，并推求时变水文频率分析模型的各项参数；

(4)基于等可靠度法，建立气候变化情景下的水文设计值计算模型，根据选定的重现期T和工程设计寿命周期N年，基于时变水文频率分析模型，推求对应不同GCMs的设计洪水估计值；

(5)针对推求得到的M组不同GCMs的设计洪水估计值，采用最可能值作为目标设计洪水估计值，采用目标置信区间衡量目标设计洪水估计值的不确定性。

优选地，步骤(1)包括：