技术摘要：
本发明公开了一种气候变化情景下基于等可靠度的设计洪水推求方法及系统，属于水库防洪安全设计领域，基于全球气候模式输出与考虑气象变量相关性的两阶段偏差校正方法获取未来气候变化情景，驱动VIC分布式水文模型获取考虑气候变化影响下的径流情景，采用主成分分析法优  全部
背景技术：
设计洪水是确定水利水电工程建设规模及制定运行管理策略的重要依据，对指导 水库运行调度和水资源综合规划利用具有重要意义。由于气候变化影响了水文循环过程， 改变了不同时期水文极值(如洪水)的时空分布规律，如何推求气候变化情景下的自适应设 计洪水成为当前的研究难点。 近年来，国内外关于该问题的研究主要分为两类。一类是基于一致性假定推求未 来气候模式下的设计洪水，例如：授权号为ZL201610111489.9的发明专利公开了一种自适 应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法，该法基于Copula函数构建设计洪水峰量最可 能组合法计算模型，并将未来气候变化情景下的水库预测径流资料作为输入，从而推求了 水库在不同重现期水平下的多变量联合设计值。该方法假设未来径流的分布函数满足一致 性要求，未能充分考虑气候变化对极值分布特征的影响。另一类是采用变参数模型推求非 一致性设计洪水，例如：梁忠民等“基于等可靠度法的变化环境下工程水文设计值估计方法 [J].水科学进展,2017，28(3):398-405”通过构建变参数频率分析模型并基于等可靠度方 法推求了工程设计值。但是该方法以时间作为变参数模型的协变量，未充分挖掘水文事件 的物理机制，而且只注重当前入库径流规律，不能适应未来径流模式下的设计洪水推求，在 工程实践中难以推广使用。 在工程设计中，通过对实际发生洪水及气象要素的时空特性规律分析，通常发现 极值降雨指标与洪水成因具有较大相关性，现阶段将降雨特征指标作为设计洪水时变参数 模型解释变量的研究较少。气候变化下水文极值系列的一致性难以满足，现有技术未能充 分考虑未来气候模式下的非一致性设计洪水。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种气候变化情景下基于等 可靠度的设计洪水推求方法及系统，由此解决现有技术未能充分考虑未来气候模式下的非 一致性设计洪水的技术问题。 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种气候变化情景下基于等可 靠度的设计洪水推求方法，包括： (1)基于M个全球气候模式GCMs预测未来降雨信息，并建立GCMs与可变下渗能力水 文模型VIC的耦合模型，以预测M组不同气候模式下的未来水库径流过程； (2)对预测得到的未来降雨信息进行统计分析，得到M组不同的极端降雨指数；基 于年最大取样法，得到M组未来水库径流的年最大洪水系列；采用主成分分析法对不同的极 端降雨指数与年最大洪水系列进行相关性分析，优选影响洪水特征的极端降雨指数； 5 CN 111611692 A 说　明　书 2/8 页 (3)对优选的影响洪水特征的极端降雨指数和年最大洪水系列，建立对应的时变 水文频率分析模型，并推求时变水文频率分析模型的各项参数； (4)基于等可靠度法，建立气候变化情景下的水文设计值计算模型，根据选定的重 现期T和工程设计寿命周期N年，基于时变水文频率分析模型，推求对应不同GCMs的设计洪 水估计值； (5)针对推求得到的M组不同GCMs的设计洪水估计值，采用最可能值作为目标设计 洪水估计值，采用目标置信区间衡量目标设计洪水估计值的不确定性。 优选地，步骤(1)包括： (1 .1)采用分位数偏差校正方法对GCMs输出的日降水、日最高气温和日最低气温 变量在各个分位数上的偏差进行校正； (1 .2)采用自由分布方法重建校正后的气温降水变量间的相关性关系，进而得到 重建相关性之后的GCMs输出的未来降雨信息； (1 .3)通过降尺度方法处理重建相关性之后的GCMs的输出作为流域水文模型VIC 的输入，模拟预测未来气候情景下流域的径流过程。 优选地，步骤(1.1)包括： 计算GCMs输出变量与观测气象变量在各个分位数上的差值，并将该差值在未来的 GCMs输出未来情景的各分位数上去掉，得到未来校正后的GCMs气候预测，其中，由Tadj ,d＝ TGCM,d (Tobs,Q-TGCM，ref ,Q)对气温进行校正，由Padj,d＝PGCM,d×(Pobs,Q/PGCM,ref ,Q)对降水进行校 正，其中，Tadj,d表示校正后的日气温，TGCM,d表示GCM输出的日气温，Tobs ,Q表示气温观测数据 的分位数，TGCM，ref ,Q表示GCM输出的气温观测数据在历史参考期的分位数，Padj,d表示校正后 的日降水，PGCM,d表示GCM输出的日降水，Pobs,Q表示降水观测数据的分位数，PGCM,ref ,Q表示GCM 输出的降水观测数据在历史参考期的分位数。 优选地，步骤(1.2)包括： 计算GCMs输出数据的范德瓦尔登值，得到历史基准期GCMs输出数据的值矩阵 [Ws,r]和未来时段GCMs输出数据的值矩阵[Ws,f]； 分别对观测数据和GCMs输出数据的变量间相关系数矩阵进行柯列斯基分解： 其中，[Co ,r]代表 历史基准期观测数据的相关系数矩阵，[Cs ,r]代表历史基准期GCMs输出数据的相关系数矩 阵，[Cs ,f]代表未来时段GCMs输出数据的相关系数矩阵，Po ,r为[Co ,r]分解后得到的三角矩 阵，Ps,r为Cs,r分解后得到的三角矩阵，Ps,f为Cs,f分解后得到的三角矩阵； 通过 计算 得到调整后的得分矩阵，通过调整GCMs输出数据顺序，以降水顺序为基准，调整气温顺序， 使 和 一致，得到重建相关性之后的GCMs输出。 优选地，步骤(2)包括： (2.1)初选极端降雨指数，其中，初选的极端降雨指数包括：极端降水总量R95p、极 端降水日数R95N、最大连续五日降水量Rx5day、简单降水强度SDII、最长连续干天CDD和最 长连续湿天CWD； 6 CN 111611692 A 说　明　书 3/8 页 (2.2)基于主成分分析法优选极端降雨指数，对于每一个GCM模式得到的未来降雨 和径流系列进行统计分析，均可以得到不同年份的初选极端降雨指数系列及年最大洪水系 列；对这M组初选极端降雨指数系列和年最大洪水系列，采用主成分分析法得到因子载荷绝 对值最大的极端降雨指数，作为最优极端降雨指数EPI。 优选地，步骤(3)包括： (3.1)采用P-III线型作为洪水特征量的边缘分布函数，时变P-III分布函数的累 计概率函数为： 其中，α(t) ,β(t) ,γ(t)分别表示P-III分布函数第t年的形状、尺度和位置参数；α (t) ,β(t) ,γ(t)均是随最优极端降雨指数EPI呈线性变化，即 其中α0,α1,β0,β1,γ0,γ1均为代求的常数，EPI(t)为第t年的最优极端降雨指数； (3.2)以经验频率与理论频率的离差平方和最小为目标函数，采用模拟退火算法 求解时变P-III分布函数的各项参数。 优选地，步骤(4)包括： (4.1)假定工程的设计标准为防御T年一遇极值事件，工程设计寿命周期为N年，则 在一致性条件下，对应于T年设计标准和N年工程使用寿命的水文设计可靠度为: (4.2)在非一致性条件下，由时变P-III分布函数的累计概率函数，对于某一给定 的阈值Xthr，未来第t年发生超过Xthr事件的概率为P(X＞Xthr)＝F(Xthr|α(t)，β(t)，γ(t))； 不超过Xthr的概率为1-F(Xthr|α(t)，β(t)，γ(t))，故N年生命周期的水文设计可靠度为 为了保证在平稳和变化环境下，工程在设计寿命期 内具有同等的水文设计可靠度，令Rns＝Rs，即 采用数值算法求解阈值Xthr，则求解出的阈值Xthr即为非一致性条件下的水文设计值。 优选地，在选定设计标准T和N后，能够采用牛顿下山法、牛顿迭代法或二分法求解 阈值Xthr。 按照本发明的另一个方面，提供了一种气候变化情景下基于等可靠度的设计洪水 推求系统，包括： 气候情景生成模块，用于基于M个全球气候模式GCMs预测未来降雨信息，并建立 GCMs与可变下渗能力水文模型VIC的耦合模型，以预测M组不同气候模式下的未来水库径流 过程；对预测得到的未来降雨信息进行统计分析，得到M组不同的极端降雨指数；基于年最 大取样法，得到M组未来水库径流的年最大洪水系列；采用主成分分析法对不同的极端降雨 指数与年最大洪水系列进行相关性分析，优选影响洪水特征的极端降雨指数； 水文模拟模块，用于对优选的影响洪水特征的极端降雨指数和年最大洪水系列， 7 CN 111611692 A 说　明　书 4/8 页 建立对应的时变水文频率分析模型，并推求时变水文频率分析模型的各项参数； 时变水文频率分析模块，用于基于等可靠度法，建立气候变化情景下的水文设计 值计算模型，根据选定的重现期T和工程设计寿命周期N年，基于时变水文频率分析模型，推 求对应不同GCMs的设计洪水估计值；针对推求得到的M组不同GCMs的设计洪水估计值，采用 最可能值作为目标设计洪水估计值，采用目标置信区间衡量目标设计洪水估计值的不确定 性。 按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令， 所述程序指令被处理器执行时实现如上述任一所述的气候变化情景下基于等可靠度的设 计洪水推求方法。 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果： 1、科学合理、贴近工程实际； 本发明充分考虑水文系列的非一致性特征，采用极端降雨指数作为协变量建立时 变的水文频率分析模型，并基于等可靠度法推求了给定设计标准条件下的设计值； 2、考虑未来径流规律，可为气候变化条件下水库推求非一致性设计洪水提供重要 且可操作性强的参考依据。 附图说明 图1是本发明实施例提供的一种方法流程示意图； 图2是本发明实施例提供的一种某一气候模式对应的给定设计重现期下设计值随 工程寿命变化的示意图； 图3是本发明实施例提供的一种系统结构示意图。