混合分布在非一致性水文頻率分析中的應用

王軍+寧亞偉+胡義明+劉和昌+梁忠民

摘要：傳統水文頻率分析方法的前提條件是水文極值系列需滿足一致性要求，然而由于氣候變化和人類活動的影響，使得水文資料的非一致性問題越來越突出，導致現行水文頻率分析方法的應用受到挑戰。根據重建的淮河流域1470年-1999年共530年夏季面平均降雨量長系列數據，進行分析，通過假設檢驗表明系列在1534年、1724年和1923年發生跳躍性變異，因而將系列劃分為4個子平穩系列；采用現行頻率分析方法估計每個子系列的概率分布函數，再根據混合分布概念由各子系列的概率分布構建一個綜合的概率分布函數，作為非一致性降雨系列總體分布的估計。在此基礎上，計算了給定設計標準下的設計值，并與基于大樣本（530年）計算的經驗設計值進行了對比，結果表明混合分布模型對觀測系列具有較好的擬合效果。

關鍵詞：非一致性；水文頻率分析；混合分布；淮河流域

中圖分類號：P333 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）03-0001-04

Abstract：The traditional hydrological frequency analysis （THFA） method has been widely used to estimate the design flood for a given return period.It relies on the assumption that the series should be stationary.However，climate change and human activities caused the series to lose their stationarity，and thus limit the application of the THFA method.In this paper，we studied the 530-year summer-precipitation series covering the period from 1470 to 1999.At the 001 significant level，it was found that the series had three change points：1534，1724，and 1923.Therefore，the whole series was divided into four sub-sample series.We estimated the probability distribution function （PDF） of each sub-sample using the THFA method.Then we obtained the mixed probability distribution function （MPDF） by weighting and synthesizing the four PDFs related to the four sub-samples.The MPDF was regarded as the PDF of the whole series and was used to estimate the design precipitation for a given return period.Besides，the 530-year large precipitation series was also used to estimate the empirical value of the design precipitation.Then we compared the observation-sample-based estimations and MPDF-based estimations of the design precipitation.The results showed that the MPDF fit the series well.

Key words：non-stationary；hydrological frequency analysis；mixed probability distribution；Huaihe River basin

在各類水利工程的規劃、設計、施工以及運行管理中，均涉及到給定設計標準下水文設計值的推求問題。水文頻率分析方法作為推求水文設計值的一種標準工具已得到廣泛應用。現行水文頻率分析方法的應用前提條件是水文極值系列必須滿足一致性要求，即水文極值系列的統計規律在過去、現在或未來是一致的。但隨著全球氣候變化和人類活動影響的加劇，降雨及其時空分配過程和流域的下墊面產匯流條件發生了變化，導致水文極值系列的非一致性問題越來越突出，給現行頻率計算方法的應用帶來挑戰[1-2]。……