融合ARIMA模型和MCMC方法的非一致性设计洪水计算

来源：水资源与水工程学报杂志2024年第2期北京时间：

作者：董立俊，董晓华，马耀明，魏冲，喻丹，薄会娟

单位：（1.三峡大学水利与环境学院,2.水资源安全保障湖北省协同创新中心,3.中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统科学国家重点实验室,4.兰州大学大气科学学院,5.西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站

摘要：常规非一致性频率分析方法在选择协变量、建立统计参数与协变量的函数关系方面均存在主观性，且仅获得设计洪水估计值，不能同时进行不确定性分析。为改进上述不足，建立了ARIMA-MCMC模型，在贝叶斯MCMC方法抽样过程中考虑统计参数拟合期内的时变性，进而对未来气候变化条件下的非一致性设计洪水频率分布模型参数进行抽样，基于参数后验分布进行设计洪水计算，并推求相应的置信区间。选取雅砻江流域小得石水文站作为分析对象，采用ARIMA-MCMC模型定量评估未来气候变化条件下小得石站设计洪水的变化情况。结果表明：基于ARIMA-MCMC方法的参数抽样收敛效果较好，3种情景下的模型统计量D均小于显著水平5%的临界值；除SSP2-4.5情景下P=0.1%和P=0.05%的设计值外，其他情况的设计最大日流量较历史期均明显增加，其中SSP1-2.6、SSP5-8.5情景下的增幅分别为7.1%～10.5%、13.9%～27.2%。本文建立的ARIMA-MCMC方法能够有效进行非一致性设计洪水频率分析。

关键词：设计洪水,ARIMA模型,贝叶斯MCMC方法,非一致性,不确定性,洪水频率分析

基金资助：第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0103）； 水电工程水文气象重大关键技术应用研究项目(DJ-ZDZX-016-02)