[发明专利]一种水库分期设计洪水的推求方法

说明书

技术领域

本发明属于洪水预报技术领域，涉及一种水库分期设计洪水的推求方法。

背景技术

设计洪水是指为水库等水利工程设计而拟定的、符合指定防洪设计标准的、目标区域内可能出现的洪水，即水库预计设防的最大洪水。选用过大的洪水作为设计依据，虽然安全性较高，但工程成本过大；相反，若选择的洪水偏小，投资虽然减少，但安全性降低。因此，需权衡安全和经济两个方面，为工程的防洪能力设计选择恰当的依据。

以往的水库调度设计常采用年设计洪水作为依据，不能反映洪水的季节性变化规律，不利于充分发挥水利工程的优势。近年来，水工设计开始更多地采用分期设计洪水方法。分期设计洪水针对一年中不同时段拟定设计洪水，可反映洪水的季节性变化。分期设计洪水的推求方法主要基于水文频率分析，其设计结果受洪水样本资料选取、频率曲线线型选用及参数估计方法等因素制约。常规的分期设计洪水推求方法中，每个分期最大洪水均看作是独立同分布的随机变量，不同分期的分期最大洪水通常假定成互为独立；而事实上，不同分期的分期最大洪水之间通常存在一定的弱相关性，并非完全独立。例如，常见的分期设计洪水推求方法假定各分期频率均等于防洪标准的倒数，常使得分期设计洪水达不到防洪标准的要求。为保证分期设计洪水结果既满足防洪标准又能反映洪水的季节性规律，需要准确描述分期设计洪水与水库防洪标准的关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种水库分期设计洪水的推求方法，能够准确地得到分期设计洪水与水库防洪标准的关系，进而缓和防洪与兴利的矛盾。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种水库分期设计洪水的推求方法，按以下步骤进行：

(一)运用圆形分步法，将既有随机性又有规律性的洪水信息转化为方向数据，通过计算方向数据的向量平均角度、平均半径以及集中度来确定水库的分期时段；

(二)基于构建边缘分布为P-III型分布的三维非对称型Copula函数，建立三变量联合分布模型，运用三变量联合分布模块分析分期洪水之间的相关性；

(三)运用该三变量联合分布模型确定水库分期设计洪水频率与防洪标准的确定性关系；

(四)最终确定分期设计洪水频率与设计值。

以往的水库调度设计常采用年设计洪水作为依据，不能反映洪水的季节性变化规律。随后出现的分期设计洪水方法采用分期最大洪水选样，可反映洪水的季节性，但易造成分期设计洪水不满足防洪标准的新问题。本发明首先采用圆形分步法将洪水信息转化为方向数据，通过计算向量平均值和集中度以确定水库分期时段；构建边缘分布为P-III型分布的三维非对称型Copula函数，分析分期设计洪水频率与防洪标准间的关系，进而确定分期设计洪水频率与防洪标准的关系，最终可确定分期设计洪水频率与设计值。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的水库分期设计洪水的推求方法，步骤(一)中，洪水数据转化为方向数据用下述公式表达：

(X_i，Y_i)＝(Q_i cosθ_i，Q_i sinθ_i)

其中Q_i为洪水的量级，为第i次洪水发生时间对应的角度，0≤θ_i≤2π，D_i为第i次洪水发生的时间，T为计算期内的总天数，即汛期内的总天数；

方向数据的平均角度用下述公式表达：