[发明专利]一种自适应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法

说明书

技术领域

本发明涉及水库防洪安全设计技术领域，具体地说涉及一种自适应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法。

背景技术

设计洪水是防洪规划的基本依据，现阶段我国工程实践中主要采用单变量同频率法来推求设计洪水，该法假设洪峰和不同时段的洪量完全相关，即假定洪峰流量和各时段洪量都符合于同一设计频率，然后通过各水文变量的边缘分布来推求设计洪水设计值。这一假设未能充分考虑各个特征量之间的内在相关性。

近年来，随着Copula函数在水文频率分析领域的深入发展，国内外学者提出了采用Copula函数构造洪峰和洪量的联合分布，从而推求设计洪水设计值的方法。

例如：肖义、郭生练、刘攀等发表的基于Copula函数的设计洪水过程线方法[J].武汉大学学报(工学版)，2007,40(4):13-17；基于Copula函数构造了洪峰与7日洪量的两变量联合分布，并基于联合分布推求了隔河岩水库在两变量重现期下的设计洪水过程线。

李天元、郭生练、闫宝伟等发表的基于多变量联合分布推求设计洪水过程线的新方法[J].水力发电学报,2013,32(3):10-14,38；应用Copula函数构造了洪峰与时段洪量之间的多变量联合分布，推求了三变量重现期下的设计洪水过程线，并将该方法应用在三峡水库的设计洪水研究中。然而，他们推求的峰量组合是联合重现期下等值线，仍然采用了同频率假设来确定洪峰和洪量的设计值。

为了研究洪水峰量的内在相关性，公开号为CN104615907A的发明专利申请提供了一种基于多变量条件最可能组合推求设计洪水过程线的方法，该法以条件概率密度函数最大为原则，求解得到洪峰、洪量的条件最可能组合的估计值，以单变量条件重现期作为设计洪水的重现期，从而推求不同设计频率下的设计洪水过程线。

在工程设计中，人们通过对实际发生洪水的时空特性规律分析，通常关心最可能发生的洪水模式，现阶段对水库最可能洪水设计值的研究较少。由于人类活动影响和下垫面变化，气候变化对水库的设计洪水计算产生较大的影响，而现有方法只注重当前入库径流规律，没有文献研究设计洪水对未来气候变化的自适应问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，基于全球气候模式(GCM)与可变下渗能力水文模型(VIC)获取未来气候变化情景下的预测径流信息，并考虑峰量最可能组合方法，提供一种自适应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法。

本发明一种自适应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法，包括以下步骤：

步骤1，建立全球气候模式与可变下渗能力水文模型的耦合模型，以预测未来气候变化情景下的水库径流过程；

步骤2，基于Copula函数建立水库设计洪水峰量最可能组合法计算模型；

步骤3，将未来气候变化情景下的水库预测径流资料作为设计洪水峰量最可能组合法计算模型的输入，计算水库的设计洪水值。

步骤2进一步包括以下子步骤：

(2.1)构造边缘分布和联合分布函数；令Q表示洪峰流量；W_i(i＝1,2,...,n)表示不同时段的洪量，n表示水库推求设计洪水时需要的时段洪量数；采用P-III分布函数构建洪峰、洪量的边缘分布，分别记为F_Q(q)、；密度函数分别记为f_Q(q)、；采用线性矩法估计P-III分布函数的参数，通过Copula函数构造峰量的联合分布；

(2.2)基于或重现期(OR重现期)推求水库设计洪水最可能值；采用或重现期(OR重现期)作为水库防洪标准的度量指标；通过Q和W_i(i＝1,2,…,n)的联合概率密度函数值f(x,y₁,y₂,…,y_n-1,y_n)来度量不同峰量组合发生的相对可能性大小；水库设计洪水峰量最可能组合法计算模型即是求解水库的洪峰和不同时段洪量在满足防洪标准条件下，联合概率密度函数值最大的设计值组合。

所述步骤(2.1)中，以Archimedean Copula函数族中的Gumbel-Hougaard Copula函数作为联合分布函数，构造洪峰与洪量的联合分布。