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计算统计学方法在洪水资源利用的风险管理中的应用研究

作　者: 程亮
导　师: 金菊良
学　校: 合肥工业大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 洪水资源分期设计洪水汛限水位风险管理风险标准风险识别防洪标准计算统计学自助法 Copula函数随机模拟
分类号: TV213.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在系统阐述洪水资源利用、风险管理和新兴的计算统计学的基本概念和理论以及研究进展基础上,提出了水库洪水资源利用风险管理的基本框架。以水库分期汛限水位实现洪水资源利用时的防洪风险作为研究对象,对设计规划阶段防洪风险的风险识别、风险估计和风险评价中风险标准进行深入的研究。在风险识别研究中,首先通过在各种计算方案下,公式计算、自助法和MC逼近方法估算P-Ⅲ的x、Cv和Cs的标准差和置信区间的分析比较,验证了自助法的有效性。然后利用自助法、Copula函数和随机模拟方法分析和估算库容、库面积和泄流能力、频率分析和设计洪水、随机模拟模型中模型参数估计、模拟序列的随机性和模型等因子的不确定性,并通过它们对调洪高水位或者风险率的影响进行防洪风险识别。结果表明：设计洪水中的时段量估算和随机模拟模型中参数估计的不确定性是主要的不确定性因子,而这两个不确定性都来源于抽样误差；自助法、Copula函数和随机模拟等计算统计学方法用于风险识别是可行、有效的,在风险识别中具有一定的推广应用价值。在风险估计研究中,建立了线性相关、秩相关、辗转相关和峰量同频率入库洪水随机模拟模型四个风险估计模型。它们既能很好地保持峰量的相关关系又能很好地保持峰量的统计特征,计算出的风险率也较合理。结果表明利用峰量相关关系来模拟入库洪水是可行的；秩相关模拟是可以应用于相关变量的随机模拟中；且考虑到秩相关具有分布自由、单调增变换的不变性和可以描述非线性相关关系等稳健特性,可以采用秩相关来描述总体服从非正态分布且各变量间非线性相关的变量间的复杂关系。在风险评价中风险标准研究中,构造了一年中各分期中只要有一期超过防洪标准标就算超过防洪标准的这一复合事件,并用它来表达分期下的防洪标准；在此基础上,推导出了分期下的重现期公式即当这一复合事件发生频率等于1／T时,分期设计洪水的防洪标准就是T年一遇；明确了分期设计频率的物理意义；得出了以设计洪水来描述防洪标准时,可用各期洪峰或者洪量的联合分布来描述分期设计洪水与防洪标准之间的关系这一结论。随后,本文在各期间洪峰或者洪量独立两种假设下,推导出了洪峰、洪量或峰量同时起控制作用下三种类型水库的分期设计洪水的设计频率与防洪标准之间的关系式和重现期公式。最后以潘家口水库为实例,分别在独立和相关假设下、采用不同的Copula函数来建立分期设计洪水的设计频率与防洪标准之间的关系。前后汛期采用不同频时的频率组合和前后汛期同频下的设计频率的分析比较表明：前后汛期采用相同设计标准时,在独立假设下各期的设计标准远低于在相关假设下的标准；前后汛期采用不同设计标准时,在独立假设下的前后汛期设计标准的组合和相关下的显著不同；但不同的Copula函数间结果都差别较小；前后汛期洪水峰量的相关性对设计洪水成果影响很大,不应该盲目采用独立这一假设。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
致谢  9-16
第1章绪论  16-30
  1.1 研究背景与意义  16-18
    1.1.1 研究背景  16-17
    1.1.2 研究意义  17-18
  1.2 研究现状与趋势  18-27
    1.2.1 水库洪水资源利用方式的现状与趋势  18-19
    1.2.2 水库洪水资源利用风险管理的现状与趋势  19
    1.2.3 风险识别的现状与趋势  19-20
    1.2.4 风险估计的现状与趋势  20-21
    1.2.5 风险标准的现状与趋势  21-24
    1.2.6 计算统计学的现状与趋势  24-27
  1.3 研究内容  27-30
第2章水库洪水资源利用防洪风险识别  30-60
  2.1 概述  30
  2.2 不确定因子的分析  30-54
    2.2.1 频率分析的不确定性  30-52
    2.2.2 泄流能力的不确定性  52
    2.2.3 随机模拟模型的不确定性  52-53
    2.2.4 设计洪水的不确定性  53
    2.2.5 典型过程线选择的不确定性  53-54
  2.3 主要不确定因子的识别  54-58
    2.3.1 水库特性曲线和泄流能力的不确定性对调洪高水位的影响  54
    2.3.2 设计洪水的不确定性对调洪高水位的影响  54-57
    2.3.3 随机模拟模型的不确定性对风险率的影响  57-58
  2.4 本章小结  58-60
第3章水库洪水资源利用防洪风险估计  60-78
  3.1 概述  60-61
  3.2 入库洪水随机模拟模型的建立  61-64
    3.2.1 入库洪水过程峰量的模拟  61-63
    3.2.2 入库洪水过程线的生成  63-64
  3.3 风险率计算模型  64-77
    3.3.1 计算方案的设定  64-66
    3.3.2 不考虑设计洪水不确定性时的风险率计算  66-73
    3.3.3 考虑设计洪水不确定性时的风险率计算  73-77
  3.4 本章小结  77-78
第4章分期抬高汛限水位的风险标准研究  78-109
  4.1 概述  78
  4.2 重现期公式  78-82
    4.2.1 不分期下的重现期公式  79
    4.2.2 分期下的重现期公式  79-80
    4.2.3 合理描述防洪标准  80-82
  4.3 分期设计洪水与防洪标准关系  82-95
    4.3.1 独立下的分期设计洪水与防洪标准关系  82-83
    4.3.2 相关下的分期设计洪水与防洪标准关系  83-95
  4.4 实例研究  95-107
    4.4.1 潘家口水库水库基本概况和相关资料  95
    4.4.2 潘家口水库分期设计洪水成果  95-96
    4.4.3 潘家口水库分期设计洪水与防洪设计标准关系  96-107
  4.5 本章小结  107-109
第5章结论与展望  109-113
  5.1 结论  109-111
  5.2 展望  111-113
附录  113-128
参考文献  128-135
攻读硕士期间发表的学术论文  135

计算统计学方法在洪水资源利用的风险管理中的应用研究

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