考虑洪水时空相关性的梯级水库防洪系统风险分析方法结题摘要

研究工作围绕梯级水库防洪风险分析中的关键科学问题展开了系统的、深入研究，取得了实质性研究进展和丰富的研究成果，在国内外重要学术期刊发表论文6篇，其中SCI收录2篇，EI收录2篇，中文核心2篇；另外还有一篇中文核心待刊出，一篇英文在投；参加国内学术会议专题报告或讲座4人次；培养博士研究生2名，硕士研究生4名。 研究工作针对多变量联合分析中存在的尾部相关性，提出了一种基于Bootstrap的Copula函数尾部相关性拟合优度检验方法，用以确定适用于描述洪水、干旱等极值水文事件的Copula函数类型；通过分析上游来水与区间来水的空间相关性，基于Copula函数推求了两种具有统计意义的梯级水库设计洪水地区组成，即条件期望地区组成和最可能地区组成；通过拉普拉斯变换和数学归纳，求解了河道汇流系统的n阶常系数线性微分方程，得出了非零初始条件下Nash瞬时单位线推演河道汇流的完整公式，用于梯级水库河道洪水演算和实时预报；考虑预报误差引起的输入过程的随机性，以随机动力学的视点，借助随机微分方程的求解，研究了预报误差在河道洪水演算过程中的传递特征，分析了梯级水库系统上游预报误差对下游预报精度的影响，揭示了防洪风险由上游到下游的演化规律；由确定性系数的定义推导了洪水过程预报误差的分布规律，采用水库调洪演算的随机微分方程，将洪水过程的预报误差转化为库水位过程的不确定性，借助随机微分方程的求解，提出了水库防洪预报调度的风险计算方法，解析了防洪风险由洪水过程向调洪过程的传递机理。 2100433B

将传统确定性的梯级水库联合调洪演算微分方程组视为随机微分方程组，随机项来源于洪水地区组成和调洪过程的不确定性，受洪水时空相关性的影响。梯级水库防洪系统的风险相应的包括洪水地区组成的风险和梯级水库联合调洪过程的风险两部分，采用多变量联合分析方法构造地区洪水的联合分布，推求梯级水库设计洪水的可能地区组成及相应的风险水平；运用随机过程理论，探讨梯级水库防洪系统风险由上游向下游、由洪水过程向调洪过程的传递机理，解析随机项的扩散系数与洪水过程方差的关系，建立能间接反映洪水时程相依的梯级水库联合调洪演算随机微分方程组，推求梯级水库库水位过程的联合概率密度，揭示不同洪水地区组成方案下梯级水库防洪系统的风险演化规律，为流域防洪安全决策提供科学依据。

河流有梯级水库存在情况下的设计洪水。它与单一水库设计洪水除有共同性外，尚有一些特殊性，主要有:

①在同一河段上，有两个及两个以上的已建或设计水库，改变了河流的原始条件;

②当上游有水库时，下游水库的水流受上游水库防洪调度的人为影响;

③区间增多，暴雨和洪水的组合情况更为复杂。

在推求梯级水库设计洪水时，应考虑上述特点 。

我国已建成各类水库8.6万多座，其中大型水库482座，中型水库3000座。我国的大多数水库并非单独存在，而是处于梯级水库群中，牵一发则动全身。在梯级开发的流域中修建一个新工程或改变一项防洪措施，将会对梯级水库群系统产生较大的影响。梯级水库建成后，河流洪水的特性和地区组成发生了变化，尤其是当上游有具有调节能力的水库时，洪水的时空分布发生了很大的变化。在进行工程本身的防洪安全设计时，如果工程，上游有调蓄作用较大的己建成或近期即将建设的梯级水库或水库群，则应考虑这些水库的调洪作用和对下游设计断面设计洪水的影响。

防洪水库应在河流或地区防洪规划的基础上选择防洪标准、防洪库容和水库泄洪建筑物（见泄水建筑物）形式、尺寸及水库群各水库防洪库容的分配方案。