水庫(群)防洪安全風(fēng)險率模型和防洪標(biāo)準(zhǔn)研究.pdf

1、水庫是減少洪水災(zāi)害的主要工程措施,對其實施風(fēng)險管理是新時期防洪減災(zāi)戰(zhàn)略理念的重要體現(xiàn)。水庫(群)防洪安全風(fēng)險分析客觀上可以為規(guī)劃設(shè)計方案的比較選擇和調(diào)度規(guī)則的確定提供定量的、一致的概率標(biāo)準(zhǔn),且能為判斷大壩是否安全提供依據(jù),對其研究符合當(dāng)前技術(shù)需求,無論在理論上,還是實踐上都具有重要意義。本文以水庫和梯級水庫為研究對象,以風(fēng)險率評估方法為主線,分別對單一水庫自身防洪安全,下游防護(hù)區(qū)的防洪安全和梯級水庫系統(tǒng)的防洪安全,以及梯級水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的

2、確定與系統(tǒng)安全協(xié)調(diào),大壩防洪安全風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)的確定等問題進(jìn)行了研究,主要成果概括如下:(1)分析了水庫防洪安全設(shè)計和常規(guī)防洪調(diào)度運(yùn)行中存在的風(fēng)險源,明確了水庫防洪安全的主要風(fēng)險因子集,即荷載因子(入庫洪水和風(fēng)浪),初始條件因子(起調(diào)水位),邊界條件因子(水位庫容關(guān)系和水位面積關(guān)系)和承載能力因子(泄洪建筑物的泄流能力,壩頂高程或防浪墻頂高程);給出了上述各風(fēng)險因子的概率分布型式和參數(shù)確定方法。(2)在設(shè)計泄流能力可靠度定義的基礎(chǔ)上,建立了水

3、庫泄洪建筑物設(shè)計泄流能力可靠度(或風(fēng)險率)計算的優(yōu)化模型,并提出與此相適應(yīng)的PSO優(yōu)化求解算法。該模型不直接假定泄流能力變量的分布型式和分布參數(shù),而通過分析影響泄流能力最基本風(fēng)險單元的組合作用來計算風(fēng)險,避免了主觀假定設(shè)計泄流能力分布的任意性;同時,可避免常規(guī)方法在求解復(fù)雜非線性極限狀態(tài)方程時所要求的偏導(dǎo)運(yùn)算,計算上比較簡單且提高了計算精度。(3)研究分析了水庫調(diào)洪演算的風(fēng)險傳遞機(jī)理,采用隨機(jī)模擬調(diào)洪和最大熵分布相結(jié)合的方法,結(jié)合實例論

4、證了水庫壩前最高水位的分布型式,認(rèn)為對任何水庫主觀假設(shè)某一頻率設(shè)計洪水下水庫壩前最高水位均服從正態(tài)分布欠妥當(dāng),應(yīng)當(dāng)具體水庫具體分析,建議采用最大熵分布作為水庫壩前最高水位的分布型式來計算風(fēng)險。(4)建立了洪水與風(fēng)浪聯(lián)合作用的漫壩風(fēng)險計算模型,該模型與常規(guī)漫壩風(fēng)險模型有兩處不同:①利用最大熵分布是最小有偏概率分布的優(yōu)點(diǎn),以最大熵分布代替壩前最高水位假設(shè)的分布型式;②變換了概率組合公式,補(bǔ)充考慮了洪水過程模式對漫壩風(fēng)險的影響。所建模型考慮因

5、素更為全面和合理,從而提高了漫壩風(fēng)險計算精度。(5)根據(jù)問題的相似性,抽象化洪水地區(qū)組成方案擬定問題為結(jié)構(gòu)可靠度理論中的極限狀態(tài)問題:JC法提供的設(shè)計驗算點(diǎn)對應(yīng)于組成方案,風(fēng)險率對應(yīng)于發(fā)生的可能性,由此來獲得最或然洪水地區(qū)組成方案,克服了最或然組成方案擬定的困難。提出在推求設(shè)計洪水時,建議考慮最或然洪水組成方案,按照“多種方法,綜合比較,合理選用”的做法來推求設(shè)計洪水,以進(jìn)一步保證設(shè)計工程的安全。(6)利用JC法和結(jié)構(gòu)可靠度理論在求解可

6、靠度(或風(fēng)險率)方面的優(yōu)勢,建立了下游控制斷面組合洪水修正頻率的計算模型,洪災(zāi)風(fēng)險率由修正頻率曲線內(nèi)插求出。該模型和求解方法能較好地處理地區(qū)洪水的相關(guān)性問題,計算也相對簡便。(7)分析了梯級水庫防洪安全風(fēng)險率評估方法,定義并給出了梯級水庫系統(tǒng)失事風(fēng)險率與各水庫風(fēng)險率之間的關(guān)系公式;提出了從規(guī)劃設(shè)計到運(yùn)行管理的各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)和提升梯級水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的方法和措施。(8)引入了“風(fēng)險是情感”理論和新經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“前景理論”,解釋了人們對大壩風(fēng)險的規(guī)