本發(fā)明涉及工程水文分析，具體而言，涉及一種分期設(shè)計(jì)洪水全頻率自適應(yīng)修正方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、分期設(shè)計(jì)洪水指以不同分期時(shí)段為單元所計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水，廣泛應(yīng)用于水利工程分期調(diào)度、工程施工期防洪設(shè)計(jì)等方面。在工程水文技術(shù)領(lǐng)域，年設(shè)計(jì)洪水采用以年最大值選樣洪水計(jì)算，而分期設(shè)計(jì)洪水則采用年內(nèi)不同分期時(shí)段的最大值選樣洪水計(jì)算。現(xiàn)階段分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算主要按照設(shè)計(jì)洪水計(jì)算相關(guān)規(guī)范的做法，對(duì)各個(gè)分期設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行單獨(dú)選樣，然后采用水文頻率分析法計(jì)算。這種做法雖可保證各分期設(shè)計(jì)洪水成果的相對(duì)合理性，但未充分體現(xiàn)洪水的季節(jié)性及隨機(jī)性規(guī)律，普遍存在年洪水頻率與分期洪水組合頻率不一致問題，降低了水庫分期調(diào)控的防洪標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工程運(yùn)行安全不利。針對(duì)此缺陷，工程界常采用年設(shè)計(jì)洪水代替主汛期洪水的思路來保障汛期防洪安全，但此做法也忽略了非主汛期出現(xiàn)年最大洪水的可能。針對(duì)這一類問題，學(xué)術(shù)界主要從分期設(shè)計(jì)洪水的重現(xiàn)期、分期洪水與年洪水聯(lián)合頻率計(jì)算等角度進(jìn)行深度研究，以改進(jìn)分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法來提高分期洪水的組合頻率。目前這類研究多數(shù)從概率論角度進(jìn)行探討，需以豐富的洪水樣本為基礎(chǔ)支撐，且隨著洪水分期的增加，概率法計(jì)算將涉及多維組合概率求解瓶頸，計(jì)算過程往往較復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果的可靠性也尚未得到有效驗(yàn)證，現(xiàn)階段較難在工程實(shí)際中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

2、鑒于此，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范的有關(guān)做法進(jìn)行改進(jìn)，從對(duì)設(shè)計(jì)洪水成果合理性修正的角度考慮，嘗試發(fā)展一種分期設(shè)計(jì)洪水自適應(yīng)修正技術(shù)，擬循環(huán)采用二維組合頻率計(jì)算方法，分層分步逐步替代計(jì)算不同分期設(shè)計(jì)洪水頻率，并構(gòu)建不同頻率設(shè)計(jì)洪水校正閾，自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水成果，以解決年洪水頻率與分期洪水組合頻率不一致問題，提高了分期設(shè)計(jì)洪水的可靠性，更好的為水工程分期調(diào)度及流域防洪減災(zāi)提供安全支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種分期設(shè)計(jì)洪水全頻率自適應(yīng)修正技術(shù)，以解決現(xiàn)有技術(shù)在分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)與年設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)不匹配問題，進(jìn)一步提升分期設(shè)計(jì)洪水成果的可靠性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本技術(shù)提供了一種分期設(shè)計(jì)洪水全頻率自適應(yīng)修正方法，包括以下步驟：

3、根據(jù)目標(biāo)斷面洪水的年內(nèi)分布特性、防洪要求及洪水分期目標(biāo)，劃分汛期及非汛期兩大分期，采用頻率分析法進(jìn)行分期設(shè)計(jì)洪水；

4、考慮洪水分期的防洪標(biāo)準(zhǔn)約束，構(gòu)建汛期和非汛期的二維組合頻率分析模型，獲取汛期與非汛期聯(lián)合分布的分期洪水組合頻率；

5、比較年洪水頻率及分期洪水組合頻率大小判定分期設(shè)計(jì)洪水的合理性；根據(jù)合理性判定結(jié)果計(jì)算校正閾，自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水；

6、依據(jù)分期目標(biāo)，采用二分法分層分布替代思路，在汛期或非汛期內(nèi)進(jìn)行分期劃分，重復(fù)上述步驟循環(huán)計(jì)算修正各分期設(shè)計(jì)洪水，直至各目標(biāo)分期設(shè)計(jì)洪水滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)約束要求為止。

7、優(yōu)選地，在進(jìn)行分期設(shè)計(jì)洪水的過程中，采用頻率分析法，分別推求全年、汛期、非汛期的不同分期設(shè)計(jì)洪水初始值，其中，頻率分析法表示：首先采用矩法對(duì)皮爾遜ⅲ型頻率曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，再采用目估適線法或線性矩法進(jìn)行調(diào)整確定。

8、優(yōu)選地，在獲取洪水分期的防洪標(biāo)準(zhǔn)約束的過程中，防洪標(biāo)準(zhǔn)約束包括分期洪水的組合頻率不低于年設(shè)計(jì)洪水頻率，以及，分期洪水的組合頻率不低于各分期設(shè)計(jì)洪水頻率。

9、優(yōu)選地，在構(gòu)建二維組合頻率分析模型的過程中，若汛期和非汛期洪水的相互獨(dú)立，二維組合頻率分析模型表示為：

10、

11、式中：為表示分期洪水的組合頻率。

12、若汛期和非汛期洪水的不相互獨(dú)立，二維組合頻率分析模型表示為：

13、

14、式中，cθ是copula函數(shù)，cθ(p1(q)，p2(q))表示p1(q)和p2(q)的聯(lián)合分布概率，即汛期、非汛期同時(shí)發(fā)生洪水q的概率，p(q)、p1(q)、p2(q)分別表示在洪水q條件下的全年、汛期、非汛期設(shè)計(jì)洪水頻率，表示分期洪水的組合頻率。

15、優(yōu)選地，在獲取分期洪水組合頻率的過程中，選取clayton、frank和gumble等copula函數(shù)進(jìn)行聯(lián)合分布擬合，選取kolmogorov-smimov法、最小二乘法和最小信息準(zhǔn)則綜合確定擬合精度評(píng)定。

16、優(yōu)選地，在獲取分期洪水組合頻率的過程中，首先通過判斷汛期和非汛期洪水的相互獨(dú)立性，構(gòu)建二維組合頻率分析模型。再根據(jù)不同分期歷年洪水系列的最大值和最小值，設(shè)定不同洪水量級(jí)域，依據(jù)汛期和非汛期擬定的洪水頻率曲線，聯(lián)合推求不同洪水量級(jí)下的分期洪水組合頻率。

17、優(yōu)選地，在判斷汛期和非汛期洪水的相互獨(dú)立性過程中，采用卡方檢驗(yàn)法判斷汛期和非汛期洪水的相互獨(dú)立性。

18、優(yōu)選地，在自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水的過程中，比較年洪水頻率及分期洪水組合頻率大小，若組合頻率大于年頻率，根據(jù)分期目標(biāo)進(jìn)一步在汛期或非汛期內(nèi)進(jìn)行分期劃分，采用二分法分層分布替代思路，逐步計(jì)算并自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水，直至目標(biāo)分期設(shè)計(jì)洪水滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)約束要求為止；若組合頻率小于年頻率，分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算不合理，則計(jì)算分期設(shè)計(jì)洪水校正閾，自適應(yīng)修正汛期及非汛期設(shè)計(jì)洪水，直至分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算合理。

19、優(yōu)選地，計(jì)算分期設(shè)計(jì)洪水校正閾自適應(yīng)修正分期洪水時(shí)，構(gòu)建了洪水校正計(jì)算模型，計(jì)算式表示如下：

20、

21、式中：表示經(jīng)修正后的汛期設(shè)計(jì)洪水頻率；表示經(jīng)修正后非汛期設(shè)計(jì)洪水頻率；β為概率系數(shù)，由下式計(jì)算。

22、

23、式中：n為總年數(shù)；m表示年最大洪水出現(xiàn)在汛期的年數(shù)。

24、本發(fā)明還公開了一種分期設(shè)計(jì)洪水全頻率自適應(yīng)修正系統(tǒng)，包括：

25、分期設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)目標(biāo)斷面洪水的年內(nèi)分布特性、防洪要求及洪水分期目標(biāo)，劃分汛期及非汛期兩大分期，采用頻率分析法計(jì)算分期設(shè)計(jì)洪水；

26、模型構(gòu)建模塊，用于考慮洪水分期的防洪標(biāo)準(zhǔn)約束，構(gòu)建汛期和非汛期的二維組合頻率分析模型，獲取汛期與非汛期聯(lián)合分布的分期洪水組合頻率；

27、設(shè)計(jì)修正模塊，用于比較年洪水頻率及分期洪水組合頻率大小，判定分期設(shè)計(jì)洪水的合理性；根據(jù)合理性判定結(jié)果計(jì)算校正閾，自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水；依據(jù)分期目標(biāo)，采用二分法分層分布替代思路，在汛期或非汛期內(nèi)進(jìn)行分期劃分，循環(huán)計(jì)算并自適應(yīng)修正各分期設(shè)計(jì)洪水，直至各目標(biāo)分期設(shè)計(jì)洪水滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)約束要求為止。

28、優(yōu)選地，設(shè)計(jì)修正模塊，還用于比較年洪水頻率及分期洪水組合頻率大小，若組合頻率大于年頻率，根據(jù)分期目標(biāo)進(jìn)一步在汛期或非汛期內(nèi)進(jìn)行分期劃分，采用二分法分層分布替代思路，逐步計(jì)算并自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水，直至目標(biāo)分期設(shè)計(jì)洪水滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)約束要求為止；若組合頻率小于年頻率，分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算不合理，則計(jì)算分期設(shè)計(jì)洪水校正閾，自適應(yīng)修正分期設(shè)計(jì)洪水，直至分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算合理。

29、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

30、通過本發(fā)明修正后的分期洪水設(shè)計(jì)成果，即可滿足現(xiàn)有設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范要求，也可解決年洪水頻率與分期洪水組合頻率不一致問題，提升了分期設(shè)計(jì)洪水成果的可靠性，更好的為水利工程分期調(diào)度及流域防洪減災(zāi)提供安全保障。