论文总字数：31649字

目 录

摘要 Ⅲ

Abstract Ⅳ

1 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 参数估计法研究进展 1

1.2.2 区域频率分析研究进展 2

1.3 研究内容 2

2 研究方法与资料处理 3

2.1 东南诸河流域概况 3

2.2 资料处理 3

2.3 研究方法 5

2.3.1 地区线性矩法 5

3 水文气象一致区的划分及最优分布的选择 6

3.1 水文气象一致区的划分 6

3.2 一致区内最优分布的选择 9

3.3 小结 12

4 基于地区线性矩法的暴雨频率估计研究 13

4.1 流域站点的暴雨频率估计值分析 13

4.2 不同时段不同重现期下暴雨频率空间分布特征研究 14

4.3 结果验证 17

4.4 小结 18

5 结论与展望 19

5.1 结论 19

5.2 展望 20

参考文献 20

附 录 22

致谢 25

地区线性矩法在东南诸河流域的应用研究

霍启楠

, China

Abstract: Taking the river basins in the southeastern area as the research area, the frequency analysis of extreme precipitation and its spatiotemporal characteristics based on the regional L-moments method was studied under different duration and return periods in this paper. The main results include: (1) the study region is divided into different sub-region based on the meteorological factor and hydrological statistics properties. Three hydrometeorological homogeneous regions are formed, which pass the heterogeneity, correlation and discordance measurement. (2) We determined the optimum distribution for every region using Monte-Carlo simulation (MC), Root Mean Square Error (RMSE) and L-moments ratio diagram. The optimal distribution for the 24-hour duration are GEV, PE3 and GEV. (3) A complete set of frequency estimates and its spatiotemporal distribution from different duration and return periods (24-hour, 3-day, 5-day and 7-day; from 2-year to 1000-year) can be obtained by regional L-moments method and Kriging interpolation. The quantile estimates gradually increase from the North to South with the increment of duration and return period, while the increasing rate is different. The spatial patterns of quantile estimates are similar with different duration and return period. The highest frequency estimates were observed in the Southwest area of the basin, such as Zhangzhou, Shaowu and Wuyi station, which are agreement with the observation. In a conclusion, the regional L-moments method is a robust and reliable frequency analysis method, which provides theoretical basis and reference for flood control design and regional flood control planning.

Key words: Southeast rivers basin; Hydrological frequency analysis; Regional L-moments method; Hydrometeorological homogeneous region.

1 绪论

1.1 研究目的及意义

伴随着我国国民经济逐步增长，人类活动等其它原因使全国各地不断发生严重的自然灾害。其中极端降雨事件越加频繁，导致洪水带来的危害越来越大，尤其是暴雨导致的洪涝灾害，影响程度都与日俱增。

本文的研究区域为东南诸河流域，东南诸河流域被定义为除长江和珠江外中国东部及南部地区所有单独进入海洋的中小河流。而我国大部分中小河流缺乏比较长期的流量观测资料，同时受人为因素的影响，使流量资料有所缺失或一致性减小。由于不一致的流量资料推求出的频率估计值无法较为准确的体现出当前的实际情况，故伴随降雨-径流模型的日益发展及逐渐广泛应用的GIS，使得利用暴雨资料推求频率设计洪水更加普遍和具有一定的准确性，同时研究降雨频率计算及其理论对工程实践和防洪具有重要的意义。地区线性矩法顾名思义即在一定的区域内共同使用地区分析法及线性矩法，该法可以有效的提高水文频率分析中估计值的精度，同时也可提高频率估计值的可靠性。该方法具有很高的实用价值，是防洪灾害所需基础建筑的保障条件，为当地百姓的生命财产安全提供一定的保障。

1.2 国内外研究现状

现阶段水文频率计算中所面临的困难有：理论频率分布曲线难以推求和频率估计值的真值未知，在这两大难题下，有效提高参数估计值和频率估计值的精准性成为当务之急。以下将从参数估计和区域频率分析这两方面阐述水文频率计算的国内外现状及研究进展。

1.2.1 参数估计法研究进展

通常选用较好的参数估计方法来拟合频率分布曲线解决理论频率分布曲线未知的难题。近些年来学术界普遍使用的参数估计方法有：矩法、适线法、权函数法、极大似然法、概率权重矩法和线性矩法等。常规矩法较为简便，是一种在水文计算中广受欢迎的方法。但矩法估计的参数偏小，对特大值的变化反应灵敏，使计算误差加大。刘光文、金光炎、郭生练^[5]等已进行实例分析对比，认为其在工程设计中可能会产生对于工程安全不利的因素，故估算结果一般而言作为参考值。马秀峰、刘光文^[6]等使用权函数法来减少P-Ⅲ型曲线偏态系数C_s 的计算误差。但该法计算复杂，所得的参数仍为初值，需待合理性分析后取定。适线法需要在人工干预下适当调整参数估计值，其经验性、任意性较大，对计算者本身的要求较高。极大似然法通过构造线性方程组求解参数估计值，但因其只用到一阶矩，求解中缺少了二阶、三阶的信息，致使估计的参数弹性增加，敏感度降低。Greenwood^[8]等在1979 年首次提出用次序统计量进行样本系列的统计参数计算，这种方法定义为概率权重法。但它是通过构造类似正态的分布来求解函数值，而实际情况中分布函数多为偏态，因此使用精度有限。Hosking^[9]进一步展开研究提出了线性矩法的概念，定义为次序统计量线性组合的期望值。它良好的无偏性和稳健性等优点引起了国际学者的广泛关注和研究。Hosking、刘光文和林炳章等国内外学者使用线性矩法进行大量研究，结果表明相比于常规矩法和极大似然法，该法在使用中更加平稳、得出的结果更优；同时其线型选择客观、合理可靠，也是最优的。

1.2.2 区域频率分析研究进展

线性矩法可以有效提高参数频率设计估计值的精确程度，由此 Hosking 和Wallis在线性矩的基础上进一步研究，于1997年提出区域频率分析^[9]，即在某一地区内使用所有站点的历史资料进一步通过统计估算方法来求得各站的降水频率估计值。Walli、Parida^[15] 和陈元芳^[14]等国内外学者在区域频率分析方面做了大量的研究，取得了较好的研究成果。结果表明：使用目标站点相邻站点的多年降雨数据，可以有效减少单站降雨频率估计值的误差，降低了降水频率估计值的不准确性及不精准性。在地区线性矩法的使用过程中，一致区的划分是非常关键的一步。目前，国际上应用较多的主要是聚类分析法和水文气象一致性分区法。Acreman and Sinclair、Hosking、林小丽等国内外学者将聚类分析法应用于区域频率分析中，做了许多这方面的研究。结果表明：用聚类分析法得到的站点频率估计值相比单站点的结果有一定程度的提高，特别是随着重现期的增加，区域频率分析的稳定性能表现的越好。但是Lin^[13]、Nathan^[22]等一些学者得出的结果不是很理想，原因是聚类分析的基本思想是根据欧氏距离来判断，其距离越大，相似性越差，划分在一个区的可能性越小，反之，在应用时与区域内站点独立同分布的要求有一定的出入。从九十年代初开始，基于水文学与气象学相结合的气候背景分析的地区线性矩法在美国乃至国际学术界得到了众多关注。该法充分利用区域内其它站点的历史资料信息并且充分考虑本地站点的特性信息，其精度和准确度都较高。该方法提高了估计值的确定性，采用这种方法编制的暴雨频率估计值图集已经成为美国国家防洪设计的国家标准。

地区线性矩法逐渐成为主要的频率估算方法之一，在我国太湖流域、淮河流域等地区已经采用并推广水文气象途径的频率计算方法。本文通过使用地区线性矩法在东南诸河流域进行研究应用，为当地的防洪设计、防洪规划等做好基础工作。

1.3 研究内容

本文的研究区域为东南诸河流域，使用年最大值抽样法（Annual Maximum Series, AMS）推求30个站点的降水频率估计值，使用地区线性矩法对同一重现期下不同时段以及同一时段不同重现期下的降雨频率估计值进行研究。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：31649字

相关图片展示：