【摘要】：設(shè)計(jì)洪水三要素包括洪峰、時(shí)段洪量和洪水過程線。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中,往往忽略設(shè)計(jì)洪水過程線的形狀信息,只是選取一場(chǎng)具有代表性的洪水過程線進(jìn)行放大,顯然,這種代表性洪水過程線反映洪水的信息量小,且受到人類活動(dòng)的影響,產(chǎn)匯流規(guī)律發(fā)生改變,導(dǎo)致流域上洪水過程線形狀發(fā)生變化,那么過去典型洪水的形狀,就不能代表當(dāng)前下墊面條件下可能發(fā)生洪水的形狀。近些年,有國外水文學(xué)者利用歸一化的洪水過程線,與兩參數(shù)Beta分布函數(shù)的概率密度函數(shù)具有相似性這一特征,提出綜合設(shè)計(jì)洪水過程線模型,將洪水形狀特征考慮到設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中。本文將這一模型應(yīng)用到我國陜北黃土丘陵溝壑區(qū),并結(jié)合該地區(qū)洪水過程線的特點(diǎn),進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn),將流域代表性線型由兩參數(shù)Beta分布的概率密度函數(shù),改為三參數(shù)的Gamma函數(shù),并進(jìn)行合理性分析,得出以下結(jié)論:(1)從宏觀角度對(duì)青陽岔流域、馬湖峪流域以及黑木頭川流域的洪水過程線進(jìn)行分析,洪水過程線的漲水、退水速率均發(fā)生了變化,其中退水趨勢(shì)發(fā)生顯著變化:從數(shù)理統(tǒng)計(jì)角度對(duì)洪水過程線形狀參數(shù)進(jìn)行分析,形狀參數(shù)也隨著年代變化表現(xiàn)出一定的趨勢(shì)性,其中青陽岔、馬湖峪流域趨勢(shì)性顯著,黑木頭川流域形狀參數(shù)變化趨勢(shì)不顯著。(2)以Beta概率密度函數(shù)作為研究流域的代表性線型,計(jì)算的歸一化設(shè)計(jì)洪水過程線形狀接近正態(tài)形,還原后的設(shè)計(jì)洪水過程線形態(tài)呈矮胖型,與我國陜北黃土丘陵溝壑區(qū)洪水形態(tài)差異較大。(3)結(jié)合研究流域洪水特征,以三參數(shù)的Gamma函數(shù)作為研究流域歸一化設(shè)計(jì)洪水過程線的代表性線型,計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水過程線形態(tài)較符合陜北地區(qū)洪水的漲落趨勢(shì)特征;峰現(xiàn)時(shí)間與典型洪水接近,退水速率略小于典型洪水,考慮到流域水土保持措施興起,使流域洪水過程線的退水速率有顯著減小的趨勢(shì),這種退水速率偏小是符合實(shí)際的;且各時(shí)段洪量與設(shè)計(jì)時(shí)段洪量差異相對(duì)較小。(4)利用Beta函數(shù)模型所求設(shè)計(jì)洪水的洪量略大于傳統(tǒng)頻率分析法的洪量,但洪峰均小于設(shè)計(jì)值,且差異隨著重現(xiàn)期的增大而增大;用Gamma函數(shù)模型所求洪水的洪峰和洪量均略大于用傳統(tǒng)單變量頻率分析法計(jì)算的洪峰和洪量,其中洪峰的差異小于20%,洪量的差異小于3 0%。傳統(tǒng)的同倍比法計(jì)算的洪水過程線,其洪峰可以達(dá)到設(shè)計(jì)值,但由于受典型洪水選取的影響,設(shè)計(jì)洪量不唯一,且與設(shè)計(jì)值差異較大。
【圖文】：

D V 圖2-1 洪水過程歸一化示意圖Fig. 2-1 Normalized diagram of flood hydrograph2.3 歸一化洪水過程線線型選擇Beta 分布的概率密度函數(shù)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中一種十分重要且常見的分布族，又稱第一型歐拉積分，其形狀受 a 和 b 兩個(gè)參數(shù)控制，變化多樣，從均勻分布到近似正態(tài)分布，從對(duì)稱分布到不對(duì)稱分布，Beta 分布中，不同的參數(shù) a 和 b 的關(guān)系，對(duì)應(yīng)著不同的分布函數(shù)類型[59]，只要給定不同的參數(shù)值，就可以得到不同形狀的概率密度函數(shù)圖。當(dāng) a=b 時(shí)曲線呈對(duì)稱分布

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文14圖2-3 洪水過程線形狀參數(shù)計(jì)算示意圖Fig.2-3 Schematic illustration of calculation of centroid of flood hydrograph2.5 歸一化洪水過程線形狀參數(shù)的分布檢驗(yàn)及參數(shù)估計(jì)對(duì)每一場(chǎng)實(shí)測(cè)洪水過程線進(jìn)行無量綱歸一化處理，根據(jù) Sm 和 Sv 的表達(dá)式計(jì)算每一場(chǎng)歸一化洪水過程線的兩個(gè)形狀參數(shù)，得到形狀參數(shù) Sm 和 Sv 的時(shí)間序列。由于形狀參數(shù)具有隨機(jī)性，因此對(duì)形狀參數(shù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于歸一化洪水過程線的形狀參數(shù)，，不知其服從何種分布，通過假設(shè)檢驗(yàn)確定其分布函數(shù)類型。水文中常用的分布函數(shù)包括以下幾種：皮爾遜Ⅲ型分布（P-Ⅲ）、廣義極值分布（GEV）、廣義 Logistic 分布、韋伯分布（Weibull）等。1.皮爾遜Ⅲ型分布（P-Ⅲ）1) 概率密度函數(shù)11( ) ( )x mbax mf x e m xa b a ( )（2-10）式中： ——位置參數(shù)； ——尺度參數(shù)； ——形狀參數(shù)。2) 參數(shù)估計(jì)2(2 / )Sb C（2-11）2a m
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV122.3

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本文編號(hào)：2671626