非一致性洪水分析计算及对水利工程防洪影响研究

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1、感矣东乂審ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１Ｗ５？’Ｉｈｉ博±学位论文—水利工程级学科：学科专业：水文学及水资源作者姓名曾杭：＇＇马平教授指导教师：Ｓ－．＇占巧吁皆去＆．，．．？巧；幼睦ｉ＾＾天津大学研究生院７２０１５年５月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中特别加标注和致谢么处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含

2、为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期；砂化年月０２日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可Ｐ別每学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩巧或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论

3、文作者签名：导师签名：＊签字日期２０化年０（５月〇之日签字日期：＾月心日：１＜６年非一致性洪水分析计算及对水利工程防洪影响研究Non-stationaryFloodFrequencyAnalysisanditseffectonFloodControl一级学科：水利工程学科专业：水文学及水资源研究生：曾杭指导教师：冯平教授天津大学建筑工程学院二零一五年五月摘要极大洪水事件是威胁人类最大的自然灾害之一。在工程设计中，频率分析计算是风险评估和风险缓解必不可少的一部分，它通过统计模型计算极值水文事件的发生频率，从而为防

4、洪工程的设计提供依据。标准的频率分析一般假定实测水文序列满足一致性要求，但是目前越来越多的研究表明，气候变化和下垫面变化显著地影响降雨和洪水形成的物理基础，导致实测水文序列“一致性”假定遭到严重质疑。因此传统的频率分析方法不再适用，为提供更精确的风险分析，探索非一致性极值水文序列频率计算方法并定量估计环境变化对极值水文序列频率的影响是极其重要的。本文以受气候和下垫面显著变化影响的大清河流域为例，承担整个流域防洪重任的上游各大型水库入库洪水序列形成的物理基础和条件发生改变，入库洪水序列的一致性要求不再满足，若继续采用传统的

5、洪水频率分析计算方法，对水库调洪以及白洋淀水系区域防洪会产生一定的风险。本文在对白洋淀上游大型水库入库洪水序列进行非一致性洪水序列频率分析的基础上，研究大清河流域现状气候变化和下垫面变化对白洋淀上游水库设计洪水成果、水库调洪和区域防洪的影响；另一方面，基于气候预测因子，对入库极值洪水和极值降雨频率进行预测，为环境变化条件下白洋淀水系上游水库设计洪水的修订和库淀防洪调度提供技术支撑和科学依据。主要研究内容及成果如下：（1）对大清河流域白洋淀上游四个大型水库的入库洪水极值序列进行变异诊断，分为初步诊断和详细诊断。其中详细诊断

6、中洪水序列突变性诊断（即变异点诊断），首先采用Pettitt检验法得到变异点范围，再结合其他变异点诊断方法结果确定可能变异点，最后结合各水库控制流域内土地利用变化情况、水保工程资料和降雨序列变异点结果进行综合判断，得到各水库变异洪水序列的最可能变异点均为1979年，且均呈现显著的趋势变异。（2）基于各水库入库洪水序列的变异点诊断结果，分析条件概率分布和混合分布两种分布模型下的非一致性洪水序列频率计算形式，混合分布优于条件概率分布。选取混合分布模型对变异洪水系列进行非一致频率计算，得到各非一致性洪水序列不同重现期下的设计洪

7、水值，再采用同频率放大法得到非一致性洪水序列的设计洪水过程。将各水库考虑环境变化的设计洪水成果，与不考虑洪水序列变异情况的设计洪水成果进行比较，结果表明不同重现期下，西大洋水库年最大1日、3日和6日洪量设计值减小程度均低于20%，王快水库年洪峰流量、年最大1日、3日和6日洪量设计值减小程度均低于16%，龙门水库年最大1日、3日和6日洪量设计值减小程度均低于13%。（3）将基于非一致性洪水序列混合分布得到的设计洪水过程和不考虑环境变化的传统P-Ⅲ分布计算得到的设计洪水过程分别作为水库入库洪水过程，按各水库给定的调洪规则进行

8、调洪计算，并比较调洪成果：非一致性条件下，各水库最高库水位减小幅度均小于1m；各水库最大下泄流量，西大洋水库除50年一遇设计洪水过程计算得到的成果因水库调洪规则其减小比例为81.68%外，其余设计标准下减小比例为0.07%~32%；王快水库各设计标准下最大下泄流量减小比例均低于6%；龙门水库各设计标准下最大下泄流量的