综合设计洪水过程线法在陕北黄土丘陵沟壑区的应用研究

摘要

设汁洪水三要素包括洪峰、时段洪量和洪水过程线。在传统的设计洪水计算中，往往忽略设汁洪水过程线的形状信息，只是选取一场具有代表性的洪水过程线进行放大，显然，这种代表性洪水过程线反映洪水的信息量小，且受到人类活动的影响，产汇流规律发生改变，导致流域上洪水过程线形状发生变化，那么过去典型洪水的形状，就不能代表当前下垫面条件下可能发生洪水的形状。近些年，有国外水文学者利用归一化的洪水过程线，与两参数Beta分布函数的概率密度函数具有相似性这一特征，提出综合设计洪水过程线模型，将洪水形状特征考虑到设计洪水计算中。本文将这一模型应用到我国陕北黄土丘陵沟壑区，并结合该地区洪水过程线的特点，进行了适当改进，将流域代表性线型由两参数Beta分布的概率密度函数，改为三参数的Gamma函数，并进行合理性分析，得出以下结论： (1)从宏观角度对青阳岔流域、马湖峪流域以及黑木头川流域的洪水过程线进行分析，洪水过程线的涨水、退水速率均发生了变化，其中退水趋势发生显著变化；从数理统计角度对洪水过程线形状参数进行分析，形状参数也随着年代变化表现出一定的趋势性，其中青阳岔、马湖峪流域趋势性显著，黑木头川流域形状参数变化趋势不显著。 (2)以Beta概率密度函数作为研究流域的代表性线型，计算的归一化设汁洪水过程线形状接近正态形，还原后的设汁洪水过程线形态呈矮胖型，与我国陕北黄土丘陵沟壑区洪水形态差异较大。 (3)结合研究流域洪水特征，以三参数的Gamma函数作为研究流域归一化设计洪水过程线的代表性线型，汁算的设计洪水过程线形态较符合陕北地区洪水的涨落趋势特征；峰现时间与典型洪水接近，退水速率略小于典型洪水，考虑到流域水土保持措施兴起，使流域洪水过程线的退水速率有显著减小的趋势，这种退水速率偏小是符合实际的；且各时段洪量与设计时段洪量差异相对较小。 (4)利用Beta函数模型所求设计洪水的洪量略大于传统频率分析法的洪量，但洪峰均小于设计值，且差异随着重现期的增大而增大；用Gamma函数模型所求洪水的洪峰和洪量均略大于用传统单变量频率分析法计算的洪峰和洪量，其中洪峰的差异小于20%，洪量的差异小于30%。传统的同倍比法计算的洪水过程线，其洪峰可以达到设计值，但由于受典型洪水选取的影响，设计洪量不唯一，且与设计值差异较大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 设计洪水计算的研究进展

1.2.2 设计洪水过程线的研究进展

1.3 主要研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 综合设计洪水过程线模型介绍

2.1 模型思想

2.2 洪水资料选取与处理

2.2.1 洪水过程选取

2.2.2 洪水过程归一化处理

2.3 归一化洪水过程线线型选择

2.3.1 Beta分布的概率密度函数形式

2.4 归一化洪水过程线形状参数计算

2.5 归一化洪水过程线形状参数的分布检验及参数估计

2.6 分布函数拟合优度检验

2.7 归一化洪水过程线形状参数设计值计算

2.8 本章小结

3 综合设计洪水过程线模型的应用

3.1 流域概况

3.1.1 河流水系

3.1.2 水利水保建设情况

3.1.3 洪水类型及特征

3.2 资料来源及审查

3.3 研究流域洪水特征分析

3.3.1 洪水强度特征

3.3.2 洪水峰型特征

3.3.3 洪水过程线涨落特征

3.4 归一化洪水过程线形状参数统计特性分析

3.4.1 形状参数的检验

3.4.2 形状参数分布函数类型确定

3.4.3 形状参数的设计值计算

3.5 设计条件下的归一化洪水过程线计算

3.6 本章小结

4 综合设计洪水过程线模型的改进

4.1 Gamma分布的概率密度函数

4.2 归一化洪水过程线形状参数计算

4.3 形状参数的统计特性分析

4.3.1 形状参数分布函数类型确定

4.3.2 形状参数设计值计算

4.4 设计条件下的归一化洪水过程线计算

4.5 本章小结

5 基于Copulas函数理论的洪水设计值计算

5.1 Copulas函数理论概述

5.1.1 Copulas函数的定义

5.1.2 Copulas函数种类

5.1.3 Copulas函数的参数估计

5.1.4 Copulas函数的优选

5.2 基于Copulas函数的两变量联合分布函数的确定

5.2.1 变量的检验

5.2.2 变量间的相关性度量

5.2.3 边缘分布函数的确定

5.2.4 Copulas函数的选择

5.3 洪水特征量的联合概率分析计算

5.4 归一化洪水过程线的还原

5.5 本章小结

6 与传统设计洪水过程线法的对比分析

6.1 非一致性条件下洪峰设计值的计算

6.2 传统方法推求设计洪水过程线

6.3 三种设计洪水过程线方法的比较

6.3.1 设计洪水特征值的比较

6.3.2 设计洪水过程线形状比较

6.3.3 设计洪水时段洪量比较

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果