前言
水灾害是世界上发生频率最高、损失最大的自然灾害之一。水灾害通常包括洪灾、涝灾、干旱、水污染等，其中洪涝、干旱等灾害主要由自然因素引起，水污染则由人类活动引起。我国是遭受各种水灾害危害最严重的国家之一。水灾害问题已经严重威胁我国经济社会的健康发展，对工农业生产、国民生活水平的提高构成严重危害。
新中国成立以来，国家投入了巨大的人力物力兴建了大量的水利工程，不断提高工程设防标准，希望能够避免各种水灾害。但是投入了巨资修建的各种工程，却难以遏制水灾害频率增加、损失持续上升的趋势。随着社会经济的发展和工程建设的进展，人们已经意识到紧紧依靠各种水利工程措施来控制各种水旱灾害是远远不够的，需要转变传统的单纯依靠工程抗灾的观念，通过各种工程性和非工程性措施的综合运用，对各种水旱灾害实施综合灾害风险管理。
为了减灾防灾、兴水利避水害，人们采用了各种工程措施（包括堤防、水库、大坝、沟渠、泵站、水闸、水电站等）来满足防洪、排涝、抗旱、发电、给水、灌溉的需求，并出台了各种规范、法律、法规等对工程进行规划和管理。而对各种不同频率的致灾随机水文事件进行科学的评估和预测，是保证各种工程和非工程措施科学性的基础。
对绝大多数的洪灾、涝灾、旱灾来说，灾害的发生往往是多种致灾因子共同作用的结果。这些致灾因子相互作用、相互伴生，构成了一个结构复杂、层次众多的系统，每个因子在不同的水灾害中表现方式、发挥的作用都有所不同。如何客观地描述多种致灾因子共同作用下的各种水灾害的概率，从而制定科学的防灾减灾工程标准一直是一个难题。迄今为止，各种水文灾害风险预测评估方法，以及各种水利工程的规划设计等，都只考虑了灾害事件的某一单一特征变量，采用单变量概率分析方法评估水文极值事件的风险概率。显然，传统的单变量分析方法不能综合全面地描述各种致灾因子对灾害的贡献，难以描述各特征属性统计规律和相互之间的相关关系。由于水灾害和致灾水文因子的多样性、随机性、关联性的特点，对灾害和随机水文事件风险概率的统计和预测，在数学上往往属于多变量联合概率分布问题。
多变量联合概率问题在水科学领域广泛存在。比如，洪水的危害不仅仅在于洪峰流量的大小，洪水总量、峰现时间、洪水历时等多种因素也起着关键作用。而在大多数的洪水频率分析中，往往只是采用单变量极值分布（如：皮尔逊Ⅲ型）对洪峰流量进行频率分析，这种单变量的洪水频率分析忽略了洪水总量、峰现时间、洪水历时等因素与洪峰流量的相关关系，其对洪水特征的描述是不全面的，对多特征属性洪水的频率分析是一个典型的多变量概率问题。此外，各种水文事件的遭遇概率问题以及各种环境极值事件的联合分布问题都属于多变量概率问题，比如跨流域水资源调配规划时，常需要分析不同水文区降雨和径流的丰枯遭遇情况；拟定设计洪水的地区组成时，往往需要考虑不同区间的来水遭遇；沿海地区城市防洪规划需要考虑风暴潮、上游洪水、区间暴雨等水文事件的遭遇概率；旱灾的发生是区域降雨和地表径流同时减少的结果；海洋平台工程失效破坏是风、浪、流等多种环境荷载共同作用的结果，需要采用多变量概率分析方法描述多种荷载的联合分布。上述这些问题从本质上讲都属于多变量联合概率分布问题。随着社会经济的发展和人们生活质量的提高，对水利工作也提出了更高的要求，要求确切而不笼统、具体而不空洞地分析研究各种水旱灾害。在生产实际中迫切希望能有易于理解和掌握的多变量概率分析方法，用于解决水科学领域的各种多变量概率问题。
针对多变量概率问题的复杂性和该问题在水科学领域的广泛性，本书以水科学领域中几个典型的多变量概率分布问题为研究对象，从理论方法探索和实际问题解决两个角度，研究水科学领域中各种形式的多变量概率分布问题的解决途径和解决方法。期望通过本书的研究，既能从理论上找到易于理解和掌握的多变量概率分析方法，又能通过本书中各种实际多变量概率问题的解决，为工程技术人员提供参考。
本书是国家自然科学基金项目“不同尺度条件下考虑多种致灾因子的洪涝灾害防治标准研究”（编号50909074）、“旱涝急转发生机理与减灾方法研究”（编号51339004）、“十二五”国家科技支撑计划项目“大型灌区节水及设备技术研究与示范”（编号2012BAD08B03）等科研项目成果的总结和提升。
本书能够顺利撰写完成和正式出版，离不开作者的博士生导师——武汉大学水利水电学院黄介生教授的指导与关心，受到了武汉大学水利水电学院谈广鸣教授的热忱鼓励与支持，得到了水利科技专著译著出版项目和武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室的资助。项目研究期间，冯卫民教授和王修贵教授给予了极大的关心和帮助。在此向他们表示衷心的感谢！
本书写作过程中参阅了大量国内外文献资料，作者已尽量将所有引用、参考的文献一一标示出来，但难免出现遗漏的问题。在此，谨向这些文章的作者们表示衷心的感谢！由于水科学领域多变量概率分布问题的广泛性和复杂性，作者对该问题的认识只是管中窥豹，仅仅把自己的一点点体会和成果写成此书，以便于学术界同仁相互交流。限于作者的学识水平，疏漏和不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
作者
2014年1月