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水库防洪风险评估及水文序列变异影响的研究

作　者: 王冰
导　师: 冯平
学　校: 天津大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 超定量模型 Von Mises分布 Copula函数洪水遭遇水文序列变异设计洪水修正水库联合应急调度风险评估
分类号: TV697.13
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

洪水灾害是世界上最严重的自然灾害之一，在我国发生频繁且影响范围广泛。在被保护区域的河道上修建水库，可以起到调节洪水、消减洪峰达到避免洪水灾害的目的。然而，随着全球气候变暖，人类活动的影响，洪水序列已经发生变异，洪水发生规律与水库调度规则产生偏差。水库作为减少洪水灾害损失的工程措施，一旦遭遇特大洪水、地震等突发事件时，可能会发生危及安全的事故甚至坝体溃决，将会严重威胁下游生命、财产与环境的公共安全。本文以海河流域子牙河水系为背景，研究子牙河水系干流和支流洪水遭遇情况，并对干支流设计洪水进行修正，研究岗南和黄壁庄梯级水库遭遇突发事件时，如何通过水库联合应急调度，降低下游保护区的洪灾损失。主要研究内容及结论如下：⑴采用超定量模型对小觉站和平山站洪水频率进行分析，假设洪水超定量年发生次数服从Poisson分布，超定量样本服从GP分布。以小觉站洪峰频率计算结果为例，对频率计算结果进行分析可以得出：基于GP分布的洪峰设计值与P-Ⅲ分布洪峰设计值略有差别，但均在误差范围内，可以采用该模型对海河流域洪水进行频率计算分析。⑵引入Von Mises分布拟合岗黄水库干支流小觉和平山站洪水发生时间和时间间隔系列，采用三维Copula函数构造洪水发生时间间隔和量级的联合分布模型，计算岗黄水库干支流洪水遭遇的风险。结果显示：相同量级组合时洪峰、最大3d洪量和最大6d洪量的遭遇风险依次增大；干支流洪量均为小于5a一遇，和洪量为小于5a一遇和5a~20a一遇组合的遭遇风险较大；干支流洪峰和洪量均为大于50a一遇量级时遭遇的风险十分小。洪水遭遇风险需要结合梯级水库调洪作用来尽量降低洪水遭遇给下游防护区带来的洪灾损失，干支流洪水遭遇问题的研究可以为梯级水库消峰错峰调度、防洪调度规则的制定以及流域防洪规划提供科学依据。⑶根据时间序列合成与分解的原理，采用统计的方法对环境变化条件下小觉站和平山站的设计洪水进行修正。通过对洪水系列的变异综合分析可知：小觉站和平山站洪水系列分别在1982年和1978年发生突变变异。设计洪水修正的结果表明：现状环境条件下小觉站和平山站洪峰、最大3d洪量和最大6d洪量的均值以及设计值与环境条件变化前相比，均存在不同程度的减小。这种变化结果可以降低水库防洪风险，但对水资源短缺的现状极为不利。⑷采用AR1对设计洪水修正前后岗南和黄壁庄水库入库洪水过程进行模拟，应用MC法计算梯级水库漫坝概率。分别对设计洪水修正前后岗南水库出现险情和黄壁庄水库出现险情两种情况下梯级水库联合应急调度结果做风险分析，结果表明：在合理的应急调度模式下，突发事件导致水库漫坝失事可能性较小，均在低度危险以下，应急调度是一种有效减少洪灾损失的非工程措施；由于梯级水库下游人口、设施众多，梯级水库漫坝易损度较高，有效的应急调度模式也可以最大限度地减轻洪灾损失。设计洪水修正后梯级水库漫坝风险度出现不同程度的下降，说明洪水序列变异导致水库漫坝风险度降低。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 研究背景及研究意义  10-12
  1.2 国内外研究概况  12-19
    1.2.1 水文频率分析国内外研究概况  12-14
    1.2.2 水文变量多维联合分布国内外研究进展  14-15
    1.2.3 环境变化对水文序列影响国内外研究概况  15-17
    1.2.4 水库防洪调度风险分析国内外研究现状  17-19
  1.3 本文研究主要内容  19-20
  1.4 本文创新点  20-22
第二章岗南、黄壁庄梯级水库概况及水文特征  22-29
  2.1 流域自然地理  22-23
  2.2 暴雨洪水特性  23-24
    2.2.1 暴雨特性  23
    2.2.2 洪水特性  23
    2.2.3 实测洪水及历时调查洪水  23-24
  2.3 梯级水库概况  24-29
    2.3.1 岗南水库概况  24-27
    2.3.2 黄壁庄水库概况  27-29
第三章洪水极值频率分析的基本方法  29-55
  3.1 超定量洪水概率模型  30-39
    3.1.1 超定量洪水取样原则  30-31
    3.1.2 广义 Pareto 分布  31-32
    3.1.3 参数的确定  32-35
    3.1.4 超定量系列发生次数概率模型  35-36
    3.1.5 年最大超定量洪水分布模型  36-38
    3.1.6 超定量洪水重现期  38-39
  3.2 岗黄水库洪峰超定量频率分析  39-45
    3.2.1 干流洪峰  39-42
    3.2.2 支流洪峰  42-45
  3.3 岗黄水库洪量超定量频率分析  45-53
    3.3.1 干流洪量  45-49
    3.3.2 支流洪量  49-53
  3.4 本章小结  53-55
第四章干支流洪水遭遇风险分析  55-82
  4.1 洪水遭遇分析基本方法  57-62
    4.1.1 洪水发生时间分布  57-58
    4.1.2 基于 Copula 函数的干支流洪水联合分布  58-62
  4.2 岗黄水库干支流洪水发生量级风险分析  62-71
    4.2.1 干支流洪水发生时间  62-65
    4.2.2 干支流洪水发生时间与量级的联合分布  65-71
  4.3 岗黄水库干支流洪峰遭遇风险分析  71-75
    4.3.1 干支流洪峰发生时间间隔  71-72
    4.3.2 干支流洪峰三变量联合分布  72-74
    4.3.3 遭遇风险  74-75
  4.4 岗黄水库干支流洪量遭遇风险分析  75-80
    4.4.1 干支流洪量发生时间间隔  75-77
    4.4.2 干支流洪量三变量联合分布  77-79
    4.4.3 遭遇风险  79-80
  4.5 本章小结  80-82
第五章水文序列变异条件下设计洪水的修正  82-104
  5.1 设计洪水修正的理论方法  82-92
    5.1.1 洪水时间序列  82-83
    5.1.2 洪水序列变异分析  83-91
    5.1.3 非一致洪水序列频率分析方法  91-92
  5.2 干流设计洪水修正  92-97
    5.2.1 洪水变异分析  92-95
    5.2.2 设计洪水修正  95-97
  5.3 支流设计洪水修正  97-103
    5.3.1 洪水变异分析  97-100
    5.3.2 设计洪水修正  100-103
  5.4 本章小结  103-104
第六章梯级水库应急防洪调度风险分析  104-120
  6.1 水库防洪应急调度模式  104-106
  6.2 风险评估的基本方法  106-111
    6.2.1 风险的含义  106-107
    6.2.2 漫坝危险度评价  107-111
  6.3 岗黄水库应急防洪调度的风险分析  111-116
    6.3.1 梯级水库洪水系列的随机模拟  111-113
    6.3.2 梯级水库漫坝风险分析  113-116
  6.4 水文序列变异下水库应急防洪调度的风险分析  116-119
    6.4.1 水文序列变异下洪水系列的随机模拟  116-117
    6.4.2 水文序列变异下岗黄水库漫坝风险分析  117-119
  6.5 本章小结  119-120
第七章结论与展望  120-123
  7.1 结论  120-121
  7.2 展望  121-123
参考文献  123-135
发表论文及主要科研情况  135-136
致谢  136

水库防洪风险评估及水文序列变异影响的研究

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