城市生命線系統(tǒng)級聯(lián)失效風(fēng)險(xiǎn)最小化研究——以供水管網(wǎng)為例.pdf

1、城市生命線系統(tǒng)是保障城市生活和生產(chǎn)正常進(jìn)行的中樞系統(tǒng)的統(tǒng)稱，通常包括城市交通、能源、通信、給排水等城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。供水系統(tǒng)是城市生命線系統(tǒng)的重要組成部分，是城市生活和國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。自然災(zāi)害的發(fā)生威脅著人類的生存條件，使得生命財(cái)產(chǎn)受到損失，災(zāi)害發(fā)生后，城市供水、供電、通信、交通、供氣等系統(tǒng)部分或者全部喪失服務(wù)能力。由于各個(gè)系統(tǒng)之間并不是獨(dú)立工作的，各個(gè)生命線系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)作用，進(jìn)一步引發(fā)次生災(zāi)害，會(huì)使得整

2、個(gè)城市陷入崩潰。這些年來，自然災(zāi)害發(fā)生造成的直接損失和間接損失越來越重大，研究生命線系統(tǒng)的級聯(lián)失效風(fēng)險(xiǎn)最小化越來越重要。生命線管網(wǎng)系統(tǒng)在自然災(zāi)害作用下的破壞模式多是由于管網(wǎng)某一處的破壞從而造成其他關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的破壞，由于級聯(lián)失效作用的存在，在整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)造成了連鎖反應(yīng)從而導(dǎo)致破壞的放大效果，導(dǎo)致系統(tǒng)中的大部分甚至是整個(gè)管網(wǎng)產(chǎn)生災(zāi)難性后果。研究生命線系統(tǒng)級聯(lián)失效風(fēng)險(xiǎn)的最小化問題具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值和意義。
　　本文在綜述國內(nèi)外生命線工程研

3、究歷史及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出供水管網(wǎng)級聯(lián)失效風(fēng)險(xiǎn)的概念，通過將信息熵指標(biāo)的現(xiàn)實(shí)化利用供水管網(wǎng)內(nèi)部的冗余度來評價(jià)供水管網(wǎng)的可靠性。流量熵模型可以融合進(jìn)供水管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算中以提高供水管網(wǎng)可靠性，降低供水網(wǎng)絡(luò)發(fā)生級聯(lián)失效的風(fēng)險(xiǎn)。為了使管網(wǎng)更加接近真實(shí)，采用管網(wǎng)延時(shí)狀況分析，利用EPANET進(jìn)行供水管網(wǎng)的延時(shí)模擬分析，求得每個(gè)時(shí)段每個(gè)管段的流量，并對每一個(gè)時(shí)段的供水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，得出每個(gè)時(shí)段的供水管網(wǎng)級聯(lián)失效的風(fēng)險(xiǎn)值。進(jìn)一步說明了基于流量分配的

4、供水網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化的可行性和必要性。建立供水網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化模型。將MATLAB求解遺傳算法的過程，應(yīng)用到求解上述模型上來。通過編碼設(shè)計(jì)，適應(yīng)度函數(shù)的確定，遺傳算法參數(shù)的設(shè)定和遺傳算子的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模型的計(jì)算。并通過一個(gè)管網(wǎng)案例分析，演示算法的計(jì)算過程?？紤]二次破壞風(fēng)險(xiǎn)的情況下確定管網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。基于集對分析理論，對供水網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)在發(fā)生一次破壞之后的發(fā)展態(tài)勢，利用集對勢分析網(wǎng)絡(luò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的破壞對其他節(jié)點(diǎn)的影響程度，進(jìn)而得出供水網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)