统计相关性条件下水库汛限水位动态控制风险分析与计算

汛限水位动态控制能在不降低水库防洪标准的前提下提高水资源利用效率，然而水文系统不确定因素的存在使其存在风险，而且其风险直接关系着水库防洪安全及兴利得失，因此，对汛限水位动态控制风险的描述与刻画是汛限水位动态控制风险分析的关键。由于当前研究对汛限水位动态控制风险源变量间的相关性考虑不足，项目通过对洪水预报、降雨预报误差分布规律的探讨来描述水库汛限水位动态控制中风险特性；采用Copula多元联合分布、可靠度等理论刻画洪水预报、降雨预报误差中存在的相关性及相关性结构，揭示水库汛限水位动态控制中风险因素的耦合关系并定量计算风险大小；基于可靠度理论，研究洪水预报和降雨预报相关性条件下两种失效模式共同作用的水库汛限水位动态控制风险指标，并进行灵敏性分析，阐明汛限水位动态控制中风险的决定因素及改善途径。项目完善了汛限水位动态控制风险管理内容，为正在广泛研究及应用的汛限水位动态控制实践提供决策参考。

洪水预报误差、降水预报误差是影响水库汛限水位动态控制及预报调度的重要风险来源，原有的研究对两预报误差的分布变化规律探讨不足，同时没有考虑到两预报误差的统计相关性。项目研究的重点在于采用合理方法描述汛限水位动态控制及水库预报调度中的水文风险，包括其大小与变化规律，阐述两预报误差相关性对水库汛期水位动态控制及预报调度风险分析与计算的影响，同时进行风险灵敏性分析。项目完成中以三峡水库2003~2008年汛期洪水预报误差和降水预报误差为例，分析了历年与总体洪水预报误差与降水预报误差的统计特征与分段特性，探讨了无雨预报与小雨预报条件下洪水预报误差与降水预报误差的统计相关特征，对降水预报误差还进行了准确率、漏报率与空报率统计，在分析最大熵原理适用性的基础上采用最大熵原理得到了两预报误差的分布函数，分析了两预报误差的分布变化规律；再采用copula连接函数分析了无雨预报与小雨预报条件洪水预报误差与降水预报误差的相关性结构，选择合适的copula分析了相关性对水库预报调度风险的影响。以大伙房水库1951~1996年31场洪水预报过程的洪水预报误差、净雨预报误差为例，采用可靠度理论并引入Pearson系统与最大熵方法、Monte Carlo模拟法、重要抽样法等分析了两预报误差单失效模式与双失效模式的可靠度指标，分析了不同系统功能函数形式及预报误差不同相关系数对系统可靠度的影响与变化规律，并进行了两预报误差的风险灵敏性分析。项目在预报误差的分布规律描述与刻画及预报误差相关性对水文风险的影响与定量计算上取得较多成果，按照预定计划较好完成了项目研究内容，所得成果可为洪水预报、降水预报水平的进一步提升提供理论依据，也为水库汛限动态水位控制及预报调度水文风险分析与计算提供科学支撑。