根据鄱阳湖入湖总入流1954—2007年54年洪水系列,进行洪水频率分析。
1.经验频率
在n项连序洪水系列中,按大小顺序排位的第m项洪水的经验频率P m,可采用下列数学期望公式计算:
式中:n为洪水序列项数;m为洪水连序系列中的序位;Pm为第m项洪水的经验频率。
2.理论频率曲线线型
总入流洪水频率曲线线型采用P-Ⅲ型曲线。一维连续随机变量X的P-Ⅲ型分布具有如下的概率密度函数:
式中:Γ(α)为伽玛函数;α、β和b分别为分布的形状、尺度和位置参数。
3个原始参数α,β,b可以用基本参数数学期望值E X、变差系数(离势系数)Cv、偏态系数Cs表示如下:
用超过概率形式:
t=φp=φ(p,α)=φ(p,Cs),φ称为离均系数,有表可查,则频率曲线的纵标(设计值)为
皮尔逊Ⅲ型(P-Ⅲ型)分布参数,特别是Cs(或α)决定着密度曲线的形状,可以区分以下几种形状:
(1)当0<α<1,即∞>Cs>2时,密度曲线呈乙形,以x轴和x=b直线为渐近线,见图9.3-1(a)。
(2)当α=1,即Cs=2时,密度曲线退化为指数曲线,仍然呈乙形。但左端截止在曲线起点,该处的密度有限,右端仍延伸到无限,见图9.3-1(b)。
(3)当2>α>1,即2<Cs<2时,密度曲线呈铃形。左端截止在曲线起点,在该处与直线x=b相切,右端无限,见图9.3-1(c)。
图9.3-1 P-Ⅲ型曲线不同形状
(4)当α>2,即Cs<2,密度曲线呈铃形。起点处曲线与x轴相切,右端无限,见图9.3-1(d)。
3.统计参数(www.daowen.com)
根据P-Ⅲ型统计参数样本平均值、变差系数Cv和偏态系数Cs的定义,计算公式如下:
4.参数估计方法
采用由最小二乘法进行参数估计。最小二乘法又称离差平方和最小准则,常称最小二乘法。取经验点据与拟绘的频率曲线同频率纵坐标之差的平方和最小,其目标函数为
式中:f(P i,θ)为拟绘的频率曲线纵坐标P i,i=1,2,…,n;θ为统计参数x,Cv和C s;n为样本容量。
水文计算常用形式为
式中:φ为离均系数,是P i和C s的函数,有现成表可查用。
取目标函数极值最小,即
其解即为该准则(最小二乘法)的参数估计值。
由于式(9.3-13)、式(9.3-14)对θ(x,Cv,Cs)是非线性的,所以只能通过逐步迭代,求得参数的近似解。现已有计算机程序迭代求解。用矩法等参数估计方法的计算值作为初值,进行迭代计算,直至结果合乎精度要求。
估计了1d、3d、7d、15d、30d洪量的统计参数x、Cv、Cs,再进行适线调整。适线的原则为:长短时段洪量的参数基本协调,符合洪水统计参数的一般变化规律。适线成果见表9.3-2和图9.3-1~图9.3-6。
表9.3-1 鄱阳湖总入湖设计洪水成果表
注 文献摘自《鄱阳湖水利枢纽项目建议书》(2010,10)。
图9.3-3 鄱阳湖总入湖最大3d洪量频率曲线示意图
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