考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法

本申请涉及水文统计，具体涉及考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法。

背景技术：

1、随着全球气候变暖和人类活动的加剧，水文时间序列变得非平稳。以水文序列平稳为假设的传统水文统计方法估计洪水分位数的可靠性受到质疑。尤其是低估洪水分位数可能带来洪水灾害安全风险。在此背景下，能够考虑气候变化和人类活动影响，获得准确的洪水分位数估计值的非平稳性洪水频率分析方法对于水利工程的规划和建设至关重要。而且，与单站点频率分析方法相比，区域频率分析方法更能充分利用多水文站点的水文数据，可有效克服水文资料短缺的问题。

2、尽管非平稳性洪水区域频率分析方法具有明显的优势，但其实施存在一定困难。首先，暂时无科学且有效的非平稳性识别和量化方法，特别是在可用的水文数据有限或水文数据质量较差的流域。其次，暂时无非平稳性洪水区域频率分析方法的标准框架。第三，构建非平稳性洪水极值概率分布模型时，选择合适的协变量至关重要，而目前协变量的选择较为随意，影响了模型的复杂性和不确定性。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，解决了背景技术中提出的技术问题，且也可获取更可靠的洪水分位数估计值。

2、本申请提供的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，包括：

3、s100：从长时间序列的水文数据提取研究流域各水文站点的年最大径流量序列；

4、s200：从长时间序列的气象数据和水库数据中，分别提取各控制流域的影响因素指标的数据，所述控制流域指研究流域各水文站点的控制流域，所述影响因素指标包括气候影响因素指标和水库影响因素指标；

5、s300：用各水文站点的年最大径流量序列和各控制流域的影响因素指标数据构建样本集，采用随机森林法对各影响因素指标进行重要性评分，取评分最高的前 m位作为主导影响因素， m值人为设置；

6、s400：根据各水文站点的年最大径流量序列、各控制流域的影响因素指标数据和地理信息数据，对研究流域进行水文相似性分区，得到若干水文相似区；

7、s500：以主导影响因素和时间为协变量，建立水文相似区的非平稳性洪水极值概率分布模型，再基于非平稳性洪水极值概率分布模型估计水文相似区内水文站点的洪水分位数对应的洪水设计值。

8、进一步的，气候影响因素指标包括降水因素指标和气温因素指标。

9、在一些具体实施方式中，降水因素指标包括年降水总量、汛期降水量、极端降水量中的至少两种。

10、在一些具体实施方式中，气温因素指标包括年平均气温。

11、进一步的，水库影响因素指标包括水库指数。

12、进一步的，步骤s400还包括：判断各水文相似区是否同时满足一致性和均匀性，对不满足一致性和/或均匀性的水文相似区进行调整，直至所有水文相似区均满足一致性和均匀性；

13、所述调整包括将水文相似区进一步划分为多个子区域作为新的水文相似区、从水文相似区中删除若干水文站点、将一个或多个水文站点从一个水文相似区移到另一个水文相似区中的一种或多种。

14、进一步的，在执行步骤s500之前，分别对各水文相似区内水文站点的年最大径流量序列进行非平稳性检验，判断水文站点的水文序列是否存在非平稳性，对包含非平稳性的水文站点的水文相似区执行步骤s500；对不包含非平稳性的水文站点的水文相似区执行如下：

15、建立水文相似区的平稳性洪水极值概率分布模型，再基于平稳性洪水极值概率分布模型估计水文相似区内水文站点的洪水设计值。

16、进一步的，建立水文相似区的非平稳性洪水极值概率分布模型，再基于非平稳性洪水极值概率分布模型估计水文相似区内水文站点的洪水分位数对应的洪水设计值，包括：

17、对每一水文相似区，采用多种不同非平稳性洪水极值概率分布函数分别建立水文相似区的非平稳性洪水极值概率分布模型，再以 aic指标选取每一水文相似区的最优模型；基于每一水文相似区的最优模型，采用指标洪水法估计每一水文相似区内水文站点的洪水分位数对应的洪水设计值。

18、再进一步的，基于每一水文相似区的最优模型，采用指标洪水法估计每一水文相似区内水文站点的洪水分位数对应的洪水设计值，包括：

19、获取水文站点的年最大径流量序列的均值作为指标洪水；

20、将水文站点的实测洪水数据除以指标洪水进行归一化处理得到无量纲数据，所述实测洪水数据指水文站点实测的年最大径流量数据；

21、采用最优模型对无量纲数据进行分布拟合，得到水文相似区的区域频率曲线；

22、区域频率曲线的增长因子与水文站点指标洪水的乘积即水文站点洪水分位数对应的洪水设计值。

23、进一步的，本申请非平稳性洪水区域频率分析方法，还包括：

24、s600：对水文相似区分别构建洪水分位数估计值的置信区间，并计算置信区间的 p因子和 r因子，用来量化洪水分位数估计的不确定性。

25、与现有技术相比，本申请具有如下优点和有益效果：

26、考虑到气候变化和人类活动导致水文时间序列变得非平稳，引入气候影响因素指标和水库影响因素指标，先从气候影响因素指标和水库影响因素指标中准确识别研究流域洪水的主导影响因素，将主导影响因素作为协变量，来构建非平稳性洪水极值概率分布模型，有助于提高洪水分位数估计的准确性和可靠性。

27、本申请对研究流域进行水文相似性分区，再对水文相似区分别进行非平稳性检验，对存在非平稳性的水文相似区引入气候影响因素指标和水库影响因素指标作为协变量，对不存在非平稳性的水文相似区不考虑协变量，确保洪水分位数估计的准确性。

28、相对单站点频率分析方法，本申请采用区域频率分析进行洪水分位数估计，可有效克服水文资料短缺的不足。

技术特征：

1.考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

3.如权利要求2所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

4.如权利要求2所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

5.如权利要求1所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

6.如权利要求1所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

7.如权利要求1所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

8.如权利要求1或7所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

9.如权利要求8所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是：

10.如权利要求1所述的考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，其特征是，还包括：

技术总结本发明公开了考虑气候和水库影响的非平稳性洪水区域频率分析方法，包括：S100：提取研究流域各水文站点的年最大径流量序列；S200：提取各控制流域的影响因素指标的数据，所述控制流域指研究流域各水文站点的控制流域；S300：采用随机森林法对各影响因素指标进行重要性评分，并确定主导影响因素；S400：对研究流域进行水文相似性分区，得到若干水文相似区；S500：以主导影响因素和时间为协变量，建立水文相似区的非平稳性洪水极值概率分布模型，再基于非平稳性洪水极值概率分布模型估计水文相似区内水文站点的洪水分位数对应的洪水设计值。本发明可获得更可靠、更合理的洪水分位数估计值。技术研发人员：杜鸿,曾思栋,朱君君,陈颖莎,刘豪杰,林佳弘受保护的技术使用者：中南民族大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29