[发明专利]基于分位数回归的非一致性设计洪水计算方法

说明书

本发明公开了一种基于分位数回归的非一致性设计洪水计算方法，通过确定与流域站点年最大洪峰流量系列存在相关关系的物理因子作为自变量，收集年最大洪峰流量和物理因子的同步资料系列，构建年最大洪峰流量与物理因子之间的分位数回归模型，并估计分位数回归模型系数，在进行拟合优度检验和回归系数的显著性检验的基础上，推求非一致性条件下指定重现期的设计洪水。本发明不需要假设特定的洪水概率分布类型，且以与因变量最大洪峰流量相关的物理因子作为自变量，可以解释导致洪水序列非一致性的原因。另外，可以同时描述年最大洪峰流量序列的趋势性和跳跃式变化，避免了计算的设计洪水无限增大或者无限减小的不合理现象。

技术领域

本发明属于水文设计领域，特别涉及一种基于分位数回归的非一致性设计洪水计算方法。

背景技术

设计洪水是确定水利水电工程建设规模和运行管理的重要依据。工程实践中一般通过洪水频率分析来计算指定设计标准对应的设计洪水。传统的洪水频率分析计算需满足独立随机同分布假设，其中同分布是指洪水样本在过去、现在和未来均服从同一总体分布，即样本应具有一致性。然而，由于气候变化及人类活动的影响，使得一致性假设受到挑战，传统频率计算方法获得的设计成果的可靠性受到质疑^[1]。因此，研究非一致性条件下的洪水频率分析方法具有重要意义。

国内外水文工作者在非一致洪水频率分析方法方面做了很多有益的探索。基于还原/还现途径是目前国内最常用的方法，认为非一致性洪水序列由确定性成分和随机性成分构成，确定性成分通常被定义为非一致性成分，而随机性成分为一致性成分。事实上，还原/还现涉及的因素很多，是一个非常复杂的问题，其一致性修正成果的可靠性一直存在争议。国内外发展的趋势是基于非一致性洪水系列直接进行频率分析的方法，目前代表性的成果主要有时变矩法、混合分布法和条件概率分布法，尤以时变矩法研究最多^[2]。然而，这些方法均只通过参数的时变来反映环境的变化，仍然依赖于特定的洪水概率分布类型。

设计洪水本质上可以看成是洪水分位数，在一致性环境下这一分位数比固定不变的，但非一致性环境下则是随时间或其它因子变化的，也即是条件分位数。分位数回归是解决这一问题的有力数学工具，它可以在不同的分位点上构建因变量的条件分位数对自变量的回归方程，据此求得给定自变量取值条件下的因变量分位数值^[3-4]。目前，已有水文学者将分位数回归引入在非一致性洪水频率分析中，将因变量取为年最大洪峰流量，而常用的自变量是时间^[5]。

然而，单纯地以时间作为自变量只能描述年最大洪峰流量序列的趋势性变化，但无法描述序列具有的非一致性跳跃变化形式。此外，将年最大洪峰流量序列的非一致性描述为时间的函数，在用于未来的设计洪水预测时将导致计算的设计洪水无限增大(上升趋势)或者无限减小(下降趋势)的不合理现象^[6]。

本发明涉及的参考文献如下：

[1]梁忠民,胡义明,王军.非一致性水文频率分析的研究进展[J].水科学进展,2011,22(6):864-871.

[2]郭生练,刘章君,熊立华.设计洪水计算方法研究进展与评价[J].水利学报,2016,47(3):302-314.

[3]王孟夏,韩学山,韦志清,等.一种基于分位数回归的架空输电线路动态热定值概率分布预测方法,CN105608514A.

[4]冯平,商颂,李新.基于分位数回归的滦河流域降水及径流变化特性[J].水力发电学报,2016,35(2):28-36.

[5]Khaliq M N,Ouarda T,Ondo J C,et al.Frequency analysis of asequence of dependent and/or non-stationary hydro-meteorologicalobservations:A review[J].Journal of hydrology,2006,329(3):534-552.