基于指标洪水法的淮河流域洪水频率分析研究

基于指标洪水法,收集了淮河流域中淮河、洪河、大运河等水系27个水文测站的多年最大洪峰序列,使用"水文相似性"聚类分析方法把淮河流域划分为4个水文分区,通过了分区合理性检验。采用P?Ⅲ型分布作为水文相似性分区的统一分布线型,并利用线性矩法估算出了区域洪水频率曲线的分布参数,最终得到淮河流域内27个水文站点的洪水频率曲线和设计洪水。     

丹江口水库设计洪水比较研究

洪水频率分析的关键是线型选择和参数估计,选择合适的分布线型和参数估计方法是确定设计洪水的基础。分别采用P-Ⅲ、GEV、LP3三种线型分布和适线(CF)法、线性矩(LM)、常规矩(MM)估计参数,组合建立了P-Ⅲ/CF、P-Ⅲ/LM、GEV/LM和LP3/MM 4个模型。利用丹江口水库1929-2014年的实测洪峰系列和6场历史洪水资料,进行设计洪水分析计算,并比较分析了P-Ⅲ/LM模型、GEV/LM模型、LP3/MM模型与P-Ⅲ/CF模型的偏差。结果表明:P-Ⅲ/CF模型的小概率洪水设计值最大,估计的万年一遇校核洪水分别比P-Ⅲ/LM、GEV/LM和LP3/MM模型偏大14.62%、12.14%和15.12%;在实测资料系列的范围内,不同模型估算的结果差别不是很大。     

基于Copula函数的三维非连续序列洪水频率分析

考虑洪峰与洪量之间的相依性和历史洪水资料,建立基于Copula函数的三维非连续序列洪水频率分析模型,探讨洪水三变量的联合概率分布和条件概率分布。以龙滩水库设计洪水为例,用Copula函数构造边缘分布为P?Ⅲ分布的洪水联合分布,分别用适线法和极大似然法估计P?Ⅲ分布和Copula函数的参数,通过K-S法、AIC信息准则、OLS准则和Genest-Rivest方法验证模型的合理性。结果表明模型合理可信,联合设计值均接近并略大于单变量分析方法的成果,且重现期越长越接近;确定条件下的重现期小于超过该条件时的重现期。模型为多变量非连续序列洪水频率分析计算提供了一种新方法。     

水文频率计算的误差分析及安全性研究

在水文频率计算中由于误差的存在,使得估计值与实际值之间存在偏差,这种偏差导致在水利工程设计中产生了不安全因素。本文就此提出了安全保证率的概念,并运用统计试验的方法,对用矩法估计水文计算参数时的安全性进行了研究,并对设计值服从的P-III型分布各主要参数对安全性的影响进行了研究,为提高水文频率计算的安全性指出了研究方向,提供了检验手段。     

设计洪水不确定性对水库极限风险的影响研究

以漳河流域岳城水库为例,选取30场实测洪水过程作为典型洪水,分别从放大方法不确定性和典型洪水不确定性角度,分析设计洪水不确定性时水库极限风险的影响.以水库校核洪水位为极限风险控制指标,在给定调度规则下对不同汛限水位方案进行调洪,得到水库调洪最高水位和防洪极限风险率.通过综合分析,认为保守情况下可将主汛期汛限水位抬升至132.50 m(提高0.50 m),冒险情况下可将汛限水位抬升至134.00 m(提高2.00 m).     

黄河中游河南段设计洪水及其地区组成研究

传统的设计洪水推求方法假定洪峰和洪量为同频率,而没有考虑两个洪水要素之间的相关性;并且在推求特定重现期下设计洪水地区组成时,主观上从最不利的角度出发,无法定量地描述各分区洪水之间的相关程度.因此,引入Copula函数,在兼顾洪峰和洪量联合作用下,推求不同频率下的设计洪峰流量和洪量,进而得到不同频率的设计洪水过程;考虑各...     

基桩正常使用极限状态失效概率区间估计方法

提出了基桩正常使用极限状态失效概率区间估计方法。首先,介绍了基桩标准化荷载-位移双曲线参数的定义,并给出了钻孔现浇灌注桩双曲线参数的现场试验数据。其次,采用Copula方法构造了双曲线参数的二维分布模型,并应用Bootstrap方法表征了双曲线参数二维分布模型的统计不确定性。最后,给出了考虑双曲线参数二维分布模型统计不确定性的基桩失效概率区间估计方法,并比较了基桩失效概率点估计和区间估计结果的优缺点。结果表明:基于有限双曲线参数试验数据估计的样本均值、标准差、Kendall秩相关系数和AIC值具有较大的变异性,这种变异性进一步导致双曲线参数的二维分布模型存在明显的统计不确定性。通过考虑双曲线参数二维分布模型的统计不确定性,基桩失效概率可以表示为具有一定置信度水平的置信区间。基桩失效概率的区间估计相比点估计能更加合理地表征基桩的真实可靠度水平。     

基于空间贝叶斯层次模型的淮河流域气候极值特征分析

【目的】验证空间贝叶斯层次模型在极端气候事件当中建模的适用性,探明淮河流域极端气候事件的空间分布规律。【方法】基于空间贝叶斯层次模型,将经度、纬度与海拔作为模型协变量捕捉气候极值的空间变化特征。在建模过程中,将广义极值函数(GEV)作为其边际分布,采用马尔可夫链蒙特卡罗算法(MCMC)确定空间极值模型所需的参数值。选用淮河流域1960—2015年日最大降水量(RX1day)、日最高气温(TXx)作为极端气候变量进行建模,将模型结果按站点提取,并与基于GEV的站点结果进行对比。【结果】空间贝叶斯层次模型能够很好地模拟淮河流域气候极值,模型结果的参数及各重现水平与直接基于站点数据的GEV分析相近。RX1day不同重现水平从流域西北向东南增加;TXx不同重现水平具有典型的经向地带性,从流域东部往西部增加。【结论】研究建立的空间极值模型可以获得没有观测台站所在位置的极端气候重现水平,该结果拓展了淮河流域极端气候事件时空规律研究。     

基于颜色统计的水果采摘机器人水果识别的研究

由于我国人口老龄化趋势不断加快,出生率下滑,农村劳动力严重不足。为了解决这一问题,研究人员开发了一系列不同用途的农业机器人,其中就包括水果采摘机器人。对于水果采摘机器人而言,水果的检测和识别是一项重要的任务,因此本研究小组提出了一种基于HSV颜色统计特征的水果识别技术。首先,将水果图像从RGB颜色空间转换为HSV颜色空间;然后将水果HSV颜色空间的色调分布近似为拉普拉斯分布,该拉普拉斯分布可作为该果实的特征描述;将水果从输入图像中分割出来,如果分割后的水果图像符合某种90%置信区间的拉普拉斯分布,则输入的水果属于该水果。在实际操作中,将每种水果的拉普拉斯分布的90%置信区间对应的马氏距离（MD）作为参考评价;如果输入水果数据的马氏距离（MD）小于参考值,则该输入属于该类型的水果。实验结果表明,该方法对不同种类的水果具有良好的识别效果。     

考虑气象因子不确定性的概率降水预报研究

降水量与气象因子的变化密切相关,因而气象因子的不确定性必然影响着降水量预报的精度。【目的】获取气象因子不确定性特征,提高降水预报结果的精度。【方法】以三江平原典型农场—友谊农场为研究区域,在贝叶斯概率预报系统(BFS)的理论框架下,利用径向基人工神经网络(RBF-ANN)描述月降水主要影响因子与月降水量的映射关系,并将其作为BFS的似然函数,以实测降水量为后验信息,对降水主要影响因子先验信息进行贝叶斯修正,利用基于自适应算法的马尔可夫链蒙特卡罗随机模拟技术(AM-MCMC)获取了各月的蒸发量、平均气温、相对温度的后验密度。结合RBF-ANN构建了考虑主要影响因子不确定性的概率降水预报模型(IFU-PBF),研究了各月降水的均值预报过程及其指定概率的置信区间。【结果】与传统RBF-ANN的确定性预报结果相比,预报期IFU-PBF计算结果的各精度评价参数均有所提高,纳什效率系数提高了3%;均方根误差降低了51%;相关系数提高了2%。尤其对极值降水的适用性更好,极大值的预报相对误差平均提高了55%,极小值的预报相对误差提高了24%。【结论】考虑气象因子不确定性,开展降水的概率预报更符合降水及其影响因素的随机过程的本质,提高预报精度的同时,能够考虑预报结果的不确定度。     

陆浑水库分期洪水资源化风险分析

结合陆浑水库实际情况在分析影响水库防洪调度主要不确定性因素的基础上,讨论了风险分析的计算方法,采用蒙特卡罗模拟技术给出了水库防洪调度风险分析的实施程序。采用陆浑水库分期运用方案,对不同频率入库洪水在不同的汛限水位下造成的洪灾风险率进行了估计。结果表明,陆浑水库前、后汛期的汛限水位均可适当抬高以增加水库的兴利库容、实现汛期的洪水资源化,为陆浑水库提供了最优分期汛限水位方案。     

考虑预报误差和风浪作用的大坝漫

考虑了洪水预报和风浪不确定性因素进行漫顶风险评估,对预报调度过程中的起始水位、入库洪水、泄流进行随机误差分析,应用一次二阶矩法描述库水位的随机分布,洪水与风浪采取不同频率的固定组合方式计算,较好的反映了实际调度中各因素的随机误差作用.结果表明,库水位增高主要来自于洪水作用,风浪作用相对较小,但在风险临界水位时较敏感容易导致漫顶失事.考虑随机误差和风浪作用的计算结果较合理可靠.     

考虑预报误差和风浪作用的大坝漫顶风险分析

考虑了洪水预报和风浪不确定性因素进行漫顶风险评估,对预报调度过程中的起始水位、入库洪水、泄流进行随机误差分析,应用一次二阶矩法描述库水位的随机分布,洪水与风浪采取不同频率的固定组合方式计算,较好地反映了实际调度中各因素的随机误差作用.结果表明,库水位增高主要来自于洪水作用,风浪作用相对较小,但在风险临界水位时较敏感容易导致漫顶失事.考虑随机误差和风浪作用的计算结果较合理可靠.     

基于Bootstrap法的水文模型参数不确定分析——以伊通河流域为例

以伊通河流域为研究区,运用实测数据建立SWAT水文模型。在LH-OAT参数敏感性分析的基础上,应用Bootstrap法对SWAT水文模型敏感参数的不确定性进行了分析,获取了5个敏感性参数的不确定区间及边缘分布,结合变异系数对参数的不确定性程度进行了评估。结果表明:SOL_AWC呈负偏态分布,其余4个参数近似服从正态分布;在5个敏感性参数中,CN2、ESCO的参数不确定性程度最高。进一步分析了参数不确定性对模型模拟结果不确定性的贡献,结果表明:参数的不确定性对模拟结果的不确定性贡献较大,58%的月径流观测数据落入模拟的95%置信区间内。然而在降雪期参数的不确定性对模拟结果的不确定性贡献较小,有8.3%的观测数据落入模拟的95%置信区间内。研究成果可为bootstrap法应用于水文模型参数不确定分析以及SWAT模型在伊通河流域水文模拟方面提供参考。     

暴雨分割技术SDOIF的改进

分时段地形增强因子法(SDOIF)是适用于山区可能最大降水(PMP)估算的暴雨分割技术。为了探讨不同类型的极值降雨系列对山区地形增强因子估算成果的影响以及分析SDOIF的不确定性,基于香港71个站点历史雨量资料,应用地区线性矩法推求各站点不同重现期(100 a一遇、200 a一遇和500 a一遇)的24 h降雨频率估计值,比较24 h年最大降雨系列和同时段的降雨稀遇频率估计值对定量推求香港地区平均地形增强因子的影响。研究结果表明,采用降雨稀遇频率估计值系列,譬如100 a一遇,能够更稳定和合理地估算地形增强因子的空间分布。另外,基准雨量站的选择会在一定程度上影响地形增强因子的估算成果,所以使用SDOIF时需要有足够的资料和对研究地区进行充分的调查。     

基于回归克里格法的土壤盐分采样点布局优化

为提高土壤盐分分布图绘制精度或降低野外采样和室内分析成本,优化土壤采样点布局,本文以回归克里格法估计方差（RKV）最小和普通克里格估计方差（OKV）最小为目标函数,运用空间模拟退火（SSA）算法对土壤盐分采样点布局进行优化,其中回归克里格法（RK）中的协变量选择与土壤盐分分布关系密切且容易获取的环境变量;通过最邻近距离分布函数（G函数）、间隔距离分布函数（F函数）和K-S检验对优化结果进行评价。结果表明：荒地分布在大尺度上（400m×400m）与盐分相关性强,而在小尺度上（50m×50m）与盐分相关性弱;以荒地分布（与荒地最短距离）作为协变量,利用RK法优化采样点布局（采样数为55）后得到的研究区平均RKV为0.0807,相较平均OKV（0.1143）缩小了29.39%;优化后采样点布局的G函数曲线和F函数曲线全部落在95%置信区间内,即F函数和G函数均与其理论值无显著差异,采样点布局良好覆盖了地理空间;K-S检验表明,优化后采样点上与荒地最短距离的分布与其总体分布服从同一概率分布,即采样点布局良好覆盖了属性空间。本研究可为河套灌区土壤盐渍化监测点布局提供参考。     

水文频率分析的非参数统计计算方法

为了改进了非参数统计依靠大样本保证精度,避开参数统计中水文频率分析计算的线型假设问题。以非参数统计理论为基础,把变换理论和非参数统计理论结合起来,提出了一种直接对经验分布函数拟合的非参数回归的变换方法,并将其用于水文频率分析计算。蒙特卡罗统计试验结果表明,该方法是合理的,为水文频率分析提供了一种有效方法。     

具有噪声鲁棒性的车辆质心侧偏角估计

为解决车辆运动状态估计中卡尔曼滤波器因量测噪声统计特性发生变化而出现性能降低甚至滤波发散的问题,针对双轨车辆模型提出了一种基于变分贝叶斯自适应容积卡尔曼滤波算法的估计方法.该方法从概率角度将车辆运动状态及量测噪声一起作为待估计的变量,通过定点迭代的方式不断逼近量测噪声的真实后验分布,最终获得局部最优解.基于CarSim...     

抬高水库汛限水位的洪水资源化利用研究

以河北洋河水库汛限水位分析为例，采用水库洪水调度多目标动态规划模型，模拟计算了不同频率入库洪水下水库不同汛限水位所对应的蓄、泄洪关系。在此基础上建立了综合考虑入库洪水、水库安全运行、下泄洪水超下游地区防洪标准、下泄洪水减少导致下游生态环境用水破坏等不确定性因素的水库汛限水位抬高风险评估模型与多目标风险决策模型，并对不同汛限水位下洪水资源化利用效益进行了计算，得出了不同频率入库洪水下的水库最优分期汛限水位方案。     

基于贝叶斯统计方法的精细地面灌溉智能控制系统合理数据量研究

确定需要采集灌溉信息的合理数据量是根据已知灌溉信息准确预测未知灌溉过程,实现对地面灌溉全过程智能控制和管理的首要问题。基于贝叶斯统计方法,以借助灌溉模型所得的水流推进过程模拟值与实测值之间的平均相对误差为随机变量,基于50个典型田块的实测信息估算其先验分布,再结合样本及统计模型(似然函数),导出后验分布,计算出随机变量的95%置信区间,从而从理论上论证对地面灌溉过程进行智能控制需采用的能够准确估算入渗参数并预测灌溉全过程的合理数据量。