Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data
There are a lot of analytical probability distributions that might be used to predict peak discharges of floods. However, there is no proper theoretical or another similar justification for choosing an appropriate parametric probability distribution to predict peak discharges of floods by using obse...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Kyiv National University of Construction and Architecture
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://es-journal.in.ua/article/view/285078 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Environmental safety and natural resources |
Репозитарії
Environmental safety and natural resources| id |
es-journalinua-article-285078 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Environmental safety and natural resources |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-07-24T09:49:44Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
annual probability of exceedance divergence indicator extrapolation floods numerically-analytical method plotting position formulas probability distributions prediction return period |
| spellingShingle |
annual probability of exceedance divergence indicator extrapolation floods numerically-analytical method plotting position formulas probability distributions prediction return period Stefanyshyn, Dmytro V. Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| topic_facet |
annual probability of exceedance divergence indicator extrapolation floods numerically-analytical method plotting position formulas probability distributions prediction return period річна ймовірність перевищення показник розбіжності екстраполяція паводки чисельно-аналітичний метод формули емпіричної ймовірності розподіли ймовірності прогноз період повторення |
| format |
Article |
| author |
Stefanyshyn, Dmytro V. |
| author_facet |
Stefanyshyn, Dmytro V. |
| author_sort |
Stefanyshyn, Dmytro V. |
| title |
Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| title_short |
Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| title_full |
Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| title_fullStr |
Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| title_full_unstemmed |
Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| title_sort |
testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river uzh case, the “uzhhorod” gauging station data |
| title_alt |
Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data |
| description |
There are a lot of analytical probability distributions that might be used to predict peak discharges of floods. However, there is no proper theoretical or another similar justification for choosing an appropriate parametric probability distribution to predict peak discharges of floods by using observed data. As a permissible hypothesis, any of recommended probability distributions can be considered providing it meets the given statistical criteria and other considerations for the adequacy of simulation are taken into account. In turn, more than seventeen plotting position formulas have been proposed. They provide a non-parametric means to estimate the observed data probability distribution. Using a plotting position formula, a plot of the estimated values from a theoretical parametric probability distribution can be compared with the observed data.The choice of a better plotting position formula for fitting the different probability distributions has been discussed many times in hydrology and statistical literature. However, no specific criterion for choosing these formulas has been proposed yet. Perhaps there is no need for such a criterion. Maybe, the diversity of estimates that can be obtained due to these formulas matters more. Due to the diversity of the different plotting position estimates, from the point of view of informational entropy, different plotting position formulas enable revealing epistemic (non-stochastic or subjective) uncertainty in predictions of hydrological extremes.Results of calculating empirical annual probabilities of exceedance observed maxima discharge employing various plotting position formulas show that increasing the predicting horizon toward low probable and more extreme events increases the divergence between the estimates obtained using the different plotting position formulas. Therefore, it is reasonable to assume that this divergence may be extrapolated to predict design maxima discharges of floods based on empirical estimates of plotting position probabilities.This paper proposes a numerically-analytical method using such an extrapolation. It is based on using different plotting position formulas, numerical calculations of plotting position probabilities, and extrapolation of the divergence between the obtained estimates. The method is tested in predicting the maxima discharges of 0.5% and 1% annual probability of exceedance for the Uzh River flowing in the Transcarpathia region, the hydrological station “Uzhhorod” data. |
| publisher |
Kyiv National University of Construction and Architecture |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://es-journal.in.ua/article/view/285078 |
| work_keys_str_mv |
AT stefanyshyndmytrov testinganumericallyanalyticalmethodforpredictiondesignmaximadischargesoffloodsusingplottingpositionformulastheriveruzhcasetheuzhhorodgaugingstationdata |
| first_indexed |
2025-07-17T11:19:14Z |
| last_indexed |
2025-07-17T11:19:14Z |
| _version_ |
1850411177485533184 |
| spelling |
es-journalinua-article-2850782023-07-24T09:49:44Z Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data Testing a numerically-analytical method for prediction design maxima discharges of floods using plotting position formulas: the river Uzh case, the “Uzhhorod” gauging station data Stefanyshyn, Dmytro V. annual probability of exceedance divergence indicator extrapolation floods numerically-analytical method plotting position formulas probability distributions prediction return period річна ймовірність перевищення показник розбіжності екстраполяція паводки чисельно-аналітичний метод формули емпіричної ймовірності розподіли ймовірності прогноз період повторення There are a lot of analytical probability distributions that might be used to predict peak discharges of floods. However, there is no proper theoretical or another similar justification for choosing an appropriate parametric probability distribution to predict peak discharges of floods by using observed data. As a permissible hypothesis, any of recommended probability distributions can be considered providing it meets the given statistical criteria and other considerations for the adequacy of simulation are taken into account. In turn, more than seventeen plotting position formulas have been proposed. They provide a non-parametric means to estimate the observed data probability distribution. Using a plotting position formula, a plot of the estimated values from a theoretical parametric probability distribution can be compared with the observed data.The choice of a better plotting position formula for fitting the different probability distributions has been discussed many times in hydrology and statistical literature. However, no specific criterion for choosing these formulas has been proposed yet. Perhaps there is no need for such a criterion. Maybe, the diversity of estimates that can be obtained due to these formulas matters more. Due to the diversity of the different plotting position estimates, from the point of view of informational entropy, different plotting position formulas enable revealing epistemic (non-stochastic or subjective) uncertainty in predictions of hydrological extremes.Results of calculating empirical annual probabilities of exceedance observed maxima discharge employing various plotting position formulas show that increasing the predicting horizon toward low probable and more extreme events increases the divergence between the estimates obtained using the different plotting position formulas. Therefore, it is reasonable to assume that this divergence may be extrapolated to predict design maxima discharges of floods based on empirical estimates of plotting position probabilities.This paper proposes a numerically-analytical method using such an extrapolation. It is based on using different plotting position formulas, numerical calculations of plotting position probabilities, and extrapolation of the divergence between the obtained estimates. The method is tested in predicting the maxima discharges of 0.5% and 1% annual probability of exceedance for the Uzh River flowing in the Transcarpathia region, the hydrological station “Uzhhorod” data. Існує багато аналітичних розподілів ймовірності, які можна використовувати для прогнозування пікових витрат повеней. Однак, належного теоретичного чи іншого подібного обґрунтування для вибору відповідного параметричного розподілу ймовірності для прогнозування пікових витрат повеней на основі даних спостережень не існує. Будь-який із рекомендованих розподілів ймовірності можна вважати допустимою гіпотезою, якщо він відповідає заданим статистичним критеріям і при цьому враховуються інші міркування щодо адекватності моделювання. У свою чергу, для порівняння теоретичних параметричних розподілів ймовірності із спостережуваними даними було запропоновано понад сімнадцять різних формул для розрахунку емпіричних ймовірностей подій, що відбулися. І, з точки зору прийняття рішень, усі ці формули також слід розглядати як допустимі варіанти при підгонці теоретичних розподілів ймовірності та виборі серед них кращого в якості моделі.Незважаючи на те, що вибір кращої формули емпіричної ймовірності для підгонки й порівняння різних розподілів ймовірностей багато разів обговорювався в гідрологічній та статистичній літературі, досі не запропоновано жодного конкретного критерію для вибору серед цих формул. Можливо, такий критерій взагалі і не потрібен. Можливо, більше значення має різноманітність оцінок, які можна отримати за допомогою цих формул. Як відомо, формули емпіричної ймовірності забезпечують достатньо прості непараметричні засоби для оцінки розподілу ймовірностей спостережуваних даних, тому з точки зору інформаційної ентропії ці різні оцінки дозволяють виявити епістемічну (нестохастичну або суб’єктивну) невизначеність у прогнозах гідрологічних екстремумів.Результати розрахунку емпіричних річних ймовірностей перевищення спостережуваних максимальних витрат води паводків із застосуванням різних формул емпіричної ймовірності показують, що збільшення горизонту прогнозування в бік малоймовірних, більш екстремальних подій збільшує розбіжність між оцінками, отриманими за допомогою різних формул, що при цьому використовуються. Таким чином, розумно припустити, що ця розбіжність може бути екстрапольована для прогнозу розрахункової максимальної витрати на основі отриманих емпіричних оцінок ймовірності витрат, що спостерігалися.У цій статті пропонується оригінальний чисельно-аналітичний метод із використанням такої екстраполяції. Він заснований на використанні різних формул емпіричної ймовірності, чисельних розрахунках емпіричних ймовірностей та екстраполяції розбіжності між отриманими оцінками. Метод апробовано при прогнозуванні максимальних витрат 0,5% та 1% річної ймовірності перевищення для річки Уж, що протікає в Закарпатській області, за даними спостережень на гідрологічній станції «Ужгород». Kyiv National University of Construction and Architecture 2023-06-28 Article Article application/pdf https://es-journal.in.ua/article/view/285078 10.32347/2411-4049.2023.2.138-162 Environmental safety and natural resources; Vol. 46 No. 2 (2023): Environmental safety and natural resources; 138-162 Екологічна безпека та природокористування; Том 46 № 2 (2023): Екологічна безпека та природокористування; 138-162 2616-2121 2411-4049 10.32347/2411-4049.2023.2 en https://es-journal.in.ua/article/view/285078/279188 Copyright (c) 2023 Stefanyshyn D.V. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |