水庫(群)防洪安全風險率模型和防洪標準研究.pdf

1、水庫是減少洪水災害的主要工程措施,對其實施風險管理是新時期防洪減災戰(zhàn)略理念的重要體現(xiàn)。水庫(群)防洪安全風險分析客觀上可以為規(guī)劃設計方案的比較選擇和調度規(guī)則的確定提供定量的、一致的概率標準,且能為判斷大壩是否安全提供依據(jù),對其研究符合當前技術需求,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準的

2、確定與系統(tǒng)安全協(xié)調,大壩防洪安全風險標準的確定等問題進行了研究,主要成果概括如下:(1)分析了水庫防洪安全設計和常規(guī)防洪調度運行中存在的風險源,明確了水庫防洪安全的主要風險因子集,即荷載因子(入庫洪水和風浪),初始條件因子(起調水位),邊界條件因子(水位庫容關系和水位面積關系)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);給出了上述各風險因子的概率分布型式和參數(shù)確定方法。(2)在設計泄流能力可靠度定義的基礎上,建立了水

3、庫泄洪建筑物設計泄流能力可靠度(或風險率)計算的優(yōu)化模型,并提出與此相適應的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險單元的組合作用來計算風險,避免了主觀假定設計泄流能力分布的任意性;同時,可避免常規(guī)方法在求解復雜非線性極限狀態(tài)方程時所要求的偏導運算,計算上比較簡單且提高了計算精度。(3)研究分析了水庫調洪演算的風險傳遞機理,采用隨機模擬調洪和最大熵分布相結合的方法,結合實例論

4、證了水庫壩前最高水位的分布型式,認為對任何水庫主觀假設某一頻率設計洪水下水庫壩前最高水位均服從正態(tài)分布欠妥當,應當具體水庫具體分析,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險。(4)建立了洪水與風浪聯(lián)合作用的漫壩風險計算模型,該模型與常規(guī)漫壩風險模型有兩處不同:①利用最大熵分布是最小有偏概率分布的優(yōu)點,以最大熵分布代替壩前最高水位假設的分布型式;②變換了概率組合公式,補充考慮了洪水過程模式對漫壩風險的影響。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構可靠度理論中的極限狀態(tài)問題:JC法提供的設計驗算點對應于組成方案,風險率對應于發(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”的做法來推求設計洪水,以進一步保證設計工程的安全。(6)利用JC法和結構可靠度理論在求解可

6、靠度(或風險率)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,洪災風險率由修正頻率曲線內插求出。該模型和求解方法能較好地處理地區(qū)洪水的相關性問題,計算也相對簡便。(7)分析了梯級水庫防洪安全風險率評估方法,定義并給出了梯級水庫系統(tǒng)失事風險率與各水庫風險率之間的關系公式;提出了從規(guī)劃設計到運行管理的各個環(huán)節(jié)協(xié)調和提升梯級水庫防洪標準的方法和措施。(8)引入了“風險是情感”理論和新經濟學中的“前景理論”,解釋了人們對大壩風險的規(guī)