[发明专利]一种受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算方法

说明书

本发明公开了一种受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算方法，通过收集河道水位、河道流量及下游湖泊水位资料，确定边缘概率分布函数，利用Copula函数构建河道水位、河道流量及下游湖泊水位的联合概率分布函数，进而推求给定河道流量、下游湖泊水位时河道水位的条件概率分布函数，在此基础上推求受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量。本发明为受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算提供了一种客观的定量方法，统计理论基础较强，可以准确捕捉河道水位、河道流量及下游湖泊水位的内在交互关系，能减少传统经验方法的任意性，提高设计成果精度和质量。

技术领域

本发明属于水利工程防洪调度领域，特别涉及一种受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算方法。

背景技术

河道安全泄量是指河道堤防在保证水位时能够安全宣泄的最大流量，是拟定防洪工程措施，进行防洪调度的重要依据。通常根据经济社会发展要求选定堤防的防洪标准，进而确定河道堤防的保证水位，再通过水位流量关系曲线推算出保证水位对应的河道安全泄量，其中水位流量关系曲线的正确拟定是其中的关键技术环节。

工程实际中有许多汇入湖泊的河流，如赣江、抚河、信江、饶河、修水入鄱阳湖，湘江、资江、澧水和沅江入洞庭湖等。入湖河流尾闾地区的河道由于受到下游湖泊的顶托影响，水位流量关系散乱多变，情况非常复杂，要拟合得到其水位流量关系曲线非常困难。受下游湖泊顶托影响的水位流量关系，往往表现为同一流量对应的水位升高，或者说同一水位对应的流量下降，这一现象就造成给定相同的河道堤防的保证水位，由于下游湖泊水位边界不同，对应的河道安全泄量也不同。

目前对受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算，工程设计中最常采用的方法是以河道水位为纵坐标，以相应的流量为横坐标，将对应的水位、流量在图上绘点，并把相应的下游湖泊水位值标注在点据旁边，然后按点群分布趋势，照顾大多数点据，绘制出以下游湖泊水位为参数的等值线，从而推求出给定保证水位对应的河道安全泄量。这种经验方法主观性强，水位流量关系定线原则方面缺乏统一的准则，不同的设计人员计算的河道安全泄量成果往往差别较大。

实际上，受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算本质上是给定河道堤防保证水位和下游湖泊水位的条件下，推求对应的河道流量。Copula函数可以构造边缘分布为任意分布的多个随机变量的联合分布，求解条件分布的解析表达式，能较好地模拟水文变量间的非线性和异方差特征，在水文水资源领域的得到了广泛的应用。目前，没有文献将Copula函数引入受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算研究中。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量计算方法，包括步骤：

步骤1，收集河道水位、河道流量及下游湖泊水位资料；

步骤2，根据步骤1中的河道水位、河道流量及下游湖泊水位资料，选取适当的边缘概率分布函数线型，估计边缘概率分布函数的参数，确定最优边缘概率分布函数；

步骤3，根据步骤1中的样本系列，采用Copula函数构造河道水位、河道流量及下游湖泊水位的联合概率分布函数，并估计Copula函数的参数；

步骤4，根据步骤2优选的边缘概率分布函数和步骤3构建的联合概率分布函数推求给定河道流量、下游湖泊水位时河道水位的条件概率分布函数；

步骤5，依据步骤4所得的条件概率分布函数，推求受下游湖泊顶托影响的河道安全泄量。

所述步骤2中，将对数正态分布、Gumbel分布、Gamma分布、GEV分布和皮尔逊III型分布作为备选边缘概率分布函数线型，并采用线性矩法估计备选边缘概率分布函数的参数。