基于Vine Copula的径流预报误差空间相依结构模型及应用

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由于径流预报不确定性的存在,径流预报误差不可避免,多支流河流径流预报误差具有复杂性、多重不确定性。研究径流预报误差统计特性、分布规律及空间相依性,建立径流预报误差空间相依结构模型;并在此基础上开展考虑入库径流预报误差的梯级水库短期发电调度风险研究,对提高梯级水库发电调度效益和流域水能资源利用率具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文针对目前径流预报误差研究较少描述径流预报误差空间相依性的现状,基于能反映变量引导与被引导关系的C-vine Copula,构建了径流预报误差空间相依结构模型;进而,选取入库径流预报误差作为水库发电调度主要风险因子,建立了梯级水库短期发电调度风险估计模型。将径流预报误差空间相依结构模型应用于长江上游干流屏山站、朱沱站、寸滩站和支流武隆站,得到了相应的模拟日径流预报误差序列;并以此序列对径流预报值进行修正,作为溪洛渡、向家坝和三峡水库的短期发电调度模型输入数据,以水库发电量不足风险率、弃水风险率为风险指标,建立了考虑入库径流预报误差的溪洛渡、向家坝和三峡梯级水库短期发电调度风险估计模型,定量分析了水库不同可调节安全区间下的梯级水库发电量不足、弃水联合风险率、同现风险率,揭示了入库径流预报误差对水库短期发电调度的影响,主要研究内容如下:(1)构建了径流预报误差空间相依结构模型。为反映径流预报误差复杂性、多重不确定性及空间相依性,首先,根据均方根误差、判定系数等指标从正态分布、tLocation-Scale分布、广义极值分布和Logistic分布中择优选择最佳边缘分布;进而基于体现变量主次关系的C-vine Copula建立联合分布,以D-vine Copula作为对比模型,利用AIC、BIC准则及K-S检验评价模型优劣;最后,基于蒙特卡洛法、逆函数法随机模拟日径流预报误差,并分析原始径流预报误差序列与模拟径流预报误差序列均值、变差系数、偏态系数等统计特征值与相关性。将模型应用于长江上游干流屏山站、朱沱站、寸滩站和支流武隆站,验证了模型的合理性与可行性。(2)分析了考虑入库径流预报误差的梯级水库短期发电调度风险。基于径流预报误差模拟序列,对各水文站日径流预报值进行修正,并根据水文站流量与水库入库流量之间的关系得到水库模拟入库流量值,以此作为梯级水库短期发电调度模型输入数据。选取水库发电量不足风险率、弃水风险率为发电调度风险指标,基于C-vine Copula构建了考虑入库径流预报误差的梯级水库短期发电调度风险估计模型。将模型应用于长江上游流域溪洛渡、向家坝和三峡梯级水库,以梯级水库总发电量最大为目标函数,考虑水库调度运行相关约束,建立了梯级水库短期发电调度模型,采用GAMS(General Algebraic Modeling System)软件对模型进行求解,得到一系列水库模拟年发电量;基于C-vine Copula构建了梯级水库模拟年发电量联合分布,并估计了不同水库可调节安全区间组合下溪洛渡、向家坝和三峡水库发电量不足、弃水联合风险率、同现风险率,为水库调度部门提供重要的理论基础与决策依据。
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