黃河水沙調(diào)控體系運行風險分析,水利工程論文

黃河水沙調(diào)控體系運行風險分析,水利工程論文當前黃河下游治理面臨的嚴峻挑戰(zhàn)就是水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)。調(diào)水調(diào)沙，就是根據(jù)黃河來水來沙特點，充分利用河道輸沙能力，通過黃河干支流骨干水庫群的聯(lián)合調(diào)控運用，利用水庫可調(diào)節(jié)庫容，對來水來沙進行合理的調(diào)節(jié)控制；適時蓄存或泄放水沙，盡可能將不利水沙經(jīng)過調(diào)節(jié)為協(xié)調(diào)的水沙經(jīng)過，輸送泥沙入海；減少河道淤積，延長水庫攔沙庫容使用年限，擴大并維持河道主槽過流能力。作為一個極為復雜的系統(tǒng)，黃河水沙調(diào)控體系必然包含有大量的隨機性和不確定性因素，加上人類認識客觀世界的局限性，在這種情況下對水資源系統(tǒng)進行調(diào)控，必然冒一定的風險。本文通過對水沙調(diào)控體系運行風險的分析研究，建立水沙調(diào)控風險評價模型和風險應(yīng)對策略，使決策者能夠重視、認識并正確評價和控制水沙調(diào)控風險，有效地維持黃河生命健康。1確定風險因素結(jié)合黃河水沙情勢及河道沖淤演變特征、水沙調(diào)控系統(tǒng)的功能、組成以及運行機制分析，討論黃河本身原有不確定性風險因素和水沙調(diào)控體系施行所帶來的不確定性風險因素。1.1初選風險集詳細從組成和影響水沙調(diào)控的各種不可或缺的部分出發(fā)，將黃河中下游劃分為幾個主要的河段。然后將各個河段分別視為一個非線性動態(tài)系統(tǒng)，分別對各個河段加以研究。劃分的河段主要包括：古賢水庫段、龍門站--潼關(guān)站段、三門峽段、小浪底段。每段作為獨立動態(tài)系統(tǒng)考慮，通過搜集、整理、分析，采用專家調(diào)查法，初步建立了風險因素集。1.2風險因素的挑選根據(jù)這些風險因素的數(shù)據(jù)特征，每個站和水庫分別取1968-1999年實測32年系列的數(shù)據(jù)值，差補展延至100年數(shù)據(jù)樣本用作多元逐步回歸模型分析。根據(jù)各因素與調(diào)控目的聯(lián)絡(luò)的嚴密程度，剔除了對體系影響較微弱的因素，將主要風險因素重新進行的整合，進而建立了以古賢、小浪底為中心聯(lián)合調(diào)控方案的主要風險因素集。結(jié)果如表1~表4?！颈?】得出調(diào)控目的：Y=-16.6439-0.0022X1+0.1354X2-0.1254X4+0.0283X6顯著性概率為0，均方差為1.44，負相關(guān)系數(shù)0.8131，回歸效果良好?！颈?】得出調(diào)控目的：Y=-4.8969e-011-0.8702X2+0.9974X10+0.8724X11顯著性概率為0，均方差為0.022，負相關(guān)系數(shù)0.9991，回歸效果良好?！颈?】得出調(diào)控目的：Y=-652.702-0.0024X3+2.1310X6顯著性概率為3.0420e-014，均方差為0.436，負相關(guān)系數(shù)0.8211，可見回歸效果良好?！颈?】得出調(diào)控目的：Y=-0.0201+0.2149X2-0.2143X4顯著性概率為0，均方差為0.221，負相關(guān)系數(shù)0.9341，可見回歸效果良好。2基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風險估計風險估計是在風險辨別的基礎(chǔ)上，通過對所收集的大量的損失資料進行分析，運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方式方法，對風險發(fā)生的概率及后果進行定量估計，對風險變量進行量化，將風險變量轉(zhuǎn)化為風險勢態(tài)。2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于誤差反向傳播(ErrorBackPropagation)算法的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有良好的非線性映射能力，以及泛化和容錯能力，是當前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是一種3層前饋網(wǎng)絡(luò)。輸入層由信號源節(jié)點構(gòu)成。第2層為隱藏層，由徑向基函數(shù)構(gòu)成，節(jié)點數(shù)視需要而定。第3層為數(shù)出層，節(jié)點通常是簡單的線性函數(shù)。2.2應(yīng)用從2008年-2029年這一時間段，既考慮到了這樣一個人為因素的影響，又包含了各種水文條件的變化情況，還包含來水、來沙各種組合情況，樣本具有一致性。所以應(yīng)用實際系列為1968年-1999年中的1968年-1979年和1987年-1996年水沙系列來模擬2008-2029年水沙系列。在得到單因素風險估計結(jié)果的基礎(chǔ)上，估計各主要風險因素共同作用導致調(diào)節(jié)目的的風險，如表5。【表5】對照偏度-峰度臨界值表，由上表統(tǒng)計值能夠看出，除了：古賢水庫中的出庫輸沙率X4的概率分布不屬于正態(tài)分布，其余風險因素的概率分布均屬于正態(tài)分布。不屬于正態(tài)分布的因素為偏態(tài)分布。2.3結(jié)論風險估計的內(nèi)容就是對隨機產(chǎn)生的樣本資料進行概率統(tǒng)計，得出風險評價指標。應(yīng)用蒙特卡洛法進行計算。本次利用MATLAB數(shù)理統(tǒng)計工具隨機產(chǎn)生包含300個元素的數(shù)組，根據(jù)相關(guān)站的特征值集表，進一步剔除隨機數(shù)組中不在區(qū)間范圍內(nèi)的數(shù)，得到97個符合條件的隨機數(shù)。其他風險因素的隨機產(chǎn)生也遵循此原則。調(diào)控目的均定為淤積量，古賢、小浪底聯(lián)合調(diào)控方案的各主要河段的風險估計的統(tǒng)計計算結(jié)果見下表6。【表6】3基于熵權(quán)法的風險評價模型風險評價是在風險辨別、風險估計的基礎(chǔ)上，對工程風險進行綜合分析，并根據(jù)對系統(tǒng)目的的影響程度對風險等級進行排序。風險評價的目的是根據(jù)風險評價找到系統(tǒng)的關(guān)鍵風險，確定系統(tǒng)的整體評價水平，為制定風險應(yīng)對計劃提供根據(jù)。系統(tǒng)風險評價的主要內(nèi)容是確定風險的等級，并根據(jù)風險對工程目的的影響程度，提出預防、減少、轉(zhuǎn)移或消除風險損失的初步方式方法，并將其列入到風險應(yīng)對策略階段要進一步考慮的方式方法之中。風險評價的主要步驟包括：①確定系統(tǒng)風險的評價標準；②確定系統(tǒng)的風險水平；③比擬風險水平與評價標準；④確定風險等級。3.1基于熵權(quán)的風險評價模型基于熵權(quán)的模糊綜合評價模型是將信息論中的熵理論引進到傳統(tǒng)的模糊綜合評價方式方法中，運用信息熵所反映的數(shù)據(jù)本身的效用值和層次分析法得出的主觀權(quán)重來綜合計算評價指標的權(quán)重系數(shù)，改善了原來的僅靠主觀方式方法所帶來的無理論根據(jù)而給評價結(jié)果帶來偏差的弊端。此方式方法已大量運用于工程技術(shù)、社會經(jīng)濟、環(huán)境科學等領(lǐng)域。1〕評價模型及建立步驟①建立兩個有限論域：評價對象的因素論域、評語論域；②在評價對象的因素論域與評語論域之間進行單因素評價。③計算各風險指標的權(quán)重。2〕確定相對從屬度從屬度函數(shù)是模糊控制的應(yīng)用基礎(chǔ)，正確構(gòu)造從屬度函數(shù)是能否用好模糊控制的關(guān)鍵之一。從屬度函數(shù)確實定經(jīng)過，本質(zhì)上講應(yīng)該是客觀的，但每個人對于同一個模糊概念的認識理解又有差異，因而，從屬度函數(shù)確實定又帶有主觀性。本項目中分為5級指標，分別對應(yīng)：低、較低、中等、較高、高，其對應(yīng)的風險程度分別為可忽略的風險、可接受的較低風險、邊緣風險、不可接受的風險、災禍性風險。3〕權(quán)重系數(shù)確實定在信息論中熵值反映信息的無序化程度，能夠用來度量信息量的大小。某項指標攜帶的信息越多，表示該指標對覺得的作用就越大。上制約小，則系統(tǒng)的無序度越小，故可用信息上評價所獲系統(tǒng)信息的有序度及其效用，即由評價指標值構(gòu)成的判定矩陣來確定指標的權(quán)重，進而盡量消除各指標權(quán)重的人為干擾，使評價結(jié)果更符合實際。將客觀權(quán)重系數(shù)和主觀權(quán)重系數(shù)結(jié)合起來既能夠反映事物的客觀情況，可以以提現(xiàn)專家們對評價指標的個人偏好，能夠使結(jié)果愈加的合理并且符合實際。用W表示綜合權(quán)重。3.2應(yīng)用首先運用層次分析法計算得出主觀權(quán)重，然后運用熵權(quán)法計算出客觀權(quán)重，最后計算出綜合權(quán)重。表7為權(quán)重計算結(jié)果?！颈?】由于黃河下游河道沒有足夠水沙數(shù)據(jù)資料，所以在風險辨別、風險估計的評價指標體系中只反映了下游河道水沙調(diào)控情況，此處為了愈加合理的評價水沙調(diào)控體系，應(yīng)該引入一些能反映調(diào)控效果的指標。新參加的指標有：下游平灘流量、潼關(guān)高程年均變化量、工程效益、風險損失。詳細見表8?！颈?】3.3綜合風險評價結(jié)果結(jié)果分析：由模型評價結(jié)果能夠看出，根據(jù)以古賢、小浪底為中心的調(diào)控運行形式時，系統(tǒng)的評價結(jié)果為低風險，即可忽略風險，此時風險與效益基本平衡，系統(tǒng)運行效果能夠為人們接受，如表9所示?！颈?】4應(yīng)對風險的策略系統(tǒng)在經(jīng)過風險辨別、風險估計、風險評價與決策之后，為降低風險的負面效應(yīng)而制定風險應(yīng)對技術(shù)手段的經(jīng)過就叫做風險應(yīng)對策略研究。本文對主要風險因素進行了敏感性分析，按照逐步回歸分析得出確實定性函數(shù)中的回歸系數(shù)，分析出各種風險中風險因素對調(diào)控目的影響強烈程度的排列順序。然后，分析了黃河水沙調(diào)控體系整體風險，給出了風險清單，并且提出多種風險應(yīng)對策略，包括風險緩解、風險轉(zhuǎn)移、風險自留。水沙調(diào)控系統(tǒng)風險損失主要為泥沙淤積、洪水淹沒損失、生態(tài)環(huán)境損失等。通過風險應(yīng)對策略，會同時產(chǎn)生風險應(yīng)對成本，即經(jīng)濟投入。但同時，通過上述風險應(yīng)對措施，能夠得到減淤效益、發(fā)電效益、供水效益、灌溉效益。下表列出了所有風險損失、風險應(yīng)對策略的經(jīng)濟投入及負面效益以及所帶來的正面經(jīng)濟價值。黃河水沙調(diào)控體系總體損益列于表10所示。【表10略】根據(jù)黃河水沙調(diào)控體系各項詳細損益相應(yīng)采取措施。比方在2020年建成古賢水庫，完善水沙調(diào)控體系，減少下游河道淤積。按照黃河最近重點治理開發(fā)規(guī)劃，將攔、排、放、調(diào)、挖作為處理和利用泥沙的方略等等。最后，從長遠黃河生命健康出發(fā)，選擇所有能夠改善黃河水沙風險問題的措施，以到達黃河長治久安的目的。5結(jié)論黃河水沙調(diào)控體系運行方案風險分析就是首先辨別影響阻礙調(diào)控目的實現(xiàn)的風險因素；其次，確定各風險因素概率分布狀況，探究其與調(diào)控目的之間的關(guān)系，進而由單一風險因素的風險估計轉(zhuǎn)化為確定調(diào)控體系調(diào)控目的的風險