綜合利用水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析理論與方法研究.pdf

1、全球氣候變化給人類生存及生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重影響,為應(yīng)對(duì)極端氣候?qū)е碌暮闈澈禐?zāi)頻發(fā),中共中央、國(guó)務(wù)院在“十二五”規(guī)劃綱要中強(qiáng)調(diào),要積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化、加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)、加大環(huán)境保護(hù)力度和資源節(jié)約與管理。因此,如何在不利氣候條件下,完善防災(zāi)減災(zāi)和水資源高效利用的工程與非工程措施,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展己成為不可回避的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
　　 大型流域上的控制性水庫(kù)工程,作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,

2、其調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)管理工作的意義尤為值得重視。隨著我國(guó)大規(guī)模水庫(kù)群的逐漸形成,這也將成為流域綜合管理必然的發(fā)展趨勢(shì)。本文針對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展的需要,選取長(zhǎng)江流域上大型控制性水庫(kù)工程作為研究對(duì)象,按照風(fēng)險(xiǎn)分析的主體路線,分別從風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別與量化、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)與評(píng)價(jià)、多目標(biāo)決策、風(fēng)險(xiǎn)與效益協(xié)調(diào)優(yōu)化、協(xié)調(diào)機(jī)制建設(shè)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究,建立了綜合利用水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析的基本理論與方法體系。其成果有助于大型流域防災(zāi)減災(zāi)的決策,有利于提高水資源利用整體

3、效益,促進(jìn)工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)與可持續(xù)發(fā)展。全文取得的主要成果如下:
　　 (1)風(fēng)險(xiǎn)因子量化方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。針對(duì)水庫(kù)調(diào)度面臨的水文、水力、工程狀態(tài)、人為管理等諸多不確定性因素,分析可能對(duì)水庫(kù)調(diào)度效益產(chǎn)生影響的主要風(fēng)險(xiǎn)因素;對(duì)可能涉及到的隨機(jī)性、模糊性因子,徑流預(yù)報(bào)誤差,以及徑流與洪水的隨機(jī)模擬,提出了相應(yīng)的處理方法,初步形成了單個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子量化方法體系;基于copula函數(shù)能由各變量的邊緣分布得到多個(gè)變量的

4、聯(lián)合分布的特點(diǎn),提出了多風(fēng)險(xiǎn)因子組合量化方法。進(jìn)一步,在風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別及量化方法的研究基礎(chǔ)上建立了概化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,為水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析的后續(xù)工作開(kāi)展提供了重要基礎(chǔ)。
　　 (2)基于改進(jìn)蒙特卡洛方法的風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。以蒙特卡洛和最大熵方法為基礎(chǔ),充分利用蒙特卡洛方法能避開(kāi)研究對(duì)象的復(fù)雜內(nèi)部特性描述以及這些特性對(duì)系統(tǒng)行為或效益的解析分析上的困難的特點(diǎn),結(jié)合最大熵方法可利用少量的己知信息分析確定變量最佳分布形式的優(yōu)點(diǎn),提出了水庫(kù)調(diào)度風(fēng)

5、險(xiǎn)估計(jì)的改進(jìn)蒙特卡洛方法,對(duì)提出方法的收斂性進(jìn)行了數(shù)學(xué)證明,并解釋了所提出的方法能夠提高收斂速度的原因,從而避免了蒙特卡洛方法在計(jì)算小概率事件時(shí)需要大量模擬計(jì)算的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜工程體系下眾多風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的快速計(jì)算。
　　 (3)水庫(kù)調(diào)度多最小風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題描述的隨機(jī)多目標(biāo)決策模型。針對(duì)綜合利用水庫(kù)調(diào)度涉及多種不確定性和多個(gè)目標(biāo),以入庫(kù)徑流的隨機(jī)性為重點(diǎn),建立了隨機(jī)多目標(biāo)調(diào)度決策模型,并將其轉(zhuǎn)化為以擬定目標(biāo)值為水平值的多最小風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

6、,提出了基于頻率分級(jí)考慮的入庫(kù)徑流模擬和逐步優(yōu)化算法的尋求隨機(jī)多目標(biāo)決策最佳妥協(xié)解的序列解法,以方便決策者根據(jù)水庫(kù)調(diào)度的不同要求及目標(biāo)對(duì)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程實(shí)施決策優(yōu)化,為水庫(kù)調(diào)度隨機(jī)多目標(biāo)決策提供了一條新的思路。
　　 (4)基于概率最優(yōu)化方法的風(fēng)險(xiǎn)與效益協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。以隨機(jī)多目標(biāo)調(diào)度決策及改進(jìn)的蒙特卡洛方法為基礎(chǔ),針對(duì)防洪、發(fā)電、供水、航運(yùn)等調(diào)度要求及目標(biāo),建立了綜合利用水庫(kù)多目標(biāo)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析模型,深入研究了多目標(biāo)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體

7、系的權(quán)重確定方法及綜合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法,在此基礎(chǔ)上提出了概率最優(yōu)化方法和風(fēng)險(xiǎn)與效益協(xié)調(diào)優(yōu)化模型,在三峽水庫(kù)綜合利用調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析的實(shí)際工程應(yīng)用中驗(yàn)證了方法和模型的可行性和有效性。
　　 (5)溪洛渡與三峽水庫(kù)聯(lián)合防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析。首先建立了梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并以洪水預(yù)報(bào)中偶然誤差的正態(tài)量化為基礎(chǔ),提出了在容許標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)對(duì)入庫(kù)洪水過(guò)程進(jìn)行隨機(jī)模擬的方法,進(jìn)一步基于對(duì)洪水頻率進(jìn)行分級(jí)考慮的思想構(gòu)建了梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合防

8、洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析模型和基于改進(jìn)蒙特卡洛方法的求解方法。通過(guò)在溪洛渡和三峽水庫(kù)的聯(lián)合防洪調(diào)度實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用,表明該方法與模型合理可行,具有比較寬的適用性,在庫(kù)群遭遇一定頻率典型洪水過(guò)程時(shí),不僅能給出預(yù)報(bào)誤差與聯(lián)合調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系,而且能根據(jù)下游分蓄洪區(qū)本身承受能力和決策者偏好估計(jì)出洪水預(yù)報(bào)誤差標(biāo)準(zhǔn)差的上下臨界值,為調(diào)度決策提供了重要依據(jù)。
　　 (6)溪洛渡與三峽水庫(kù)聯(lián)合興利調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析?？紤]水庫(kù)群聯(lián)合興利調(diào)度涉及到的發(fā)電、航運(yùn)、供

9、水和生態(tài)四個(gè)方面,分別建立其價(jià)值函數(shù),提出了聯(lián)合興利調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了聯(lián)合興利調(diào)度綜合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型。并以溪洛渡和三峽水庫(kù)聯(lián)合興利調(diào)度為實(shí)際應(yīng)用,進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析,分別選取了不同偏好的調(diào)度方案進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,得出了各種方案的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果,為各種偏好的聯(lián)合調(diào)度決策提供了參考。
　　 (7)長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)群防洪與興利協(xié)調(diào)機(jī)制。在對(duì)長(zhǎng)江流域洪水特征及其干支流防洪庫(kù)容進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,對(duì)于以三峽為中心的長(zhǎng)江上游干

10、支流的15座水庫(kù),基于水文與庫(kù)容補(bǔ)償原理和上游的洪水特性分析,針對(duì)大洪水情況提出了長(zhǎng)江中下游的防洪調(diào)度補(bǔ)償機(jī)制,包括補(bǔ)償調(diào)度的原則、模型及方式,以期在動(dòng)用最小防洪庫(kù)容條件下,減少下游洪災(zāi)損失和增加水庫(kù)群聯(lián)合防洪效益;針對(duì)中小型洪水情況建立了防洪與興利目標(biāo)的協(xié)調(diào)機(jī)制,包括防洪與后期蓄水的協(xié)調(diào)及防洪與發(fā)電的協(xié)調(diào)方式,以期增加洪水資源化程度和提高興利效益。并通過(guò)與現(xiàn)有應(yīng)對(duì)洪水的調(diào)度方案對(duì)比分析,說(shuō)明了本文思想的可行之處,為長(zhǎng)江上游干支流水庫(kù)群