黄河水沙调控体系运行风险分析,水利工程论文

黄河水沙调控体系运行风险分析,水利工程论文当前黄河下游治理面临的严峻挑战就是水沙关系不协调。调水调沙，就是根据黄河来水来沙特点，充分利用河道输沙能力，通过黄河干支流骨干水库群的联合调控运用，利用水库可调节库容，对来水来沙进行合理的调节控制；适时蓄存或泄放水沙，尽可能将不利水沙经过调节为协调的水沙经过，输送泥沙入海；减少河道淤积，延长水库拦沙库容使用年限，扩大并维持河道主槽过流能力。作为一个极为复杂的系统，黄河水沙调控体系必然包含有大量的随机性和不确定性因素，加上人类认识客观世界的局限性，在这种情况下对水资源系统进行调控，必然冒一定的风险。本文通过对水沙调控体系运行风险的分析研究，建立水沙调控风险评价模型和风险应对策略，使决策者能够重视、认识并正确评价和控制水沙调控风险，有效地维持黄河生命健康。1确定风险因素结合黄河水沙情势及河道冲淤演变特征、水沙调控系统的功能、组成以及运行机制分析，讨论黄河本身原有不确定性风险因素和水沙调控体系施行所带来的不确定性风险因素。1.1初选风险集详细从组成和影响水沙调控的各种不可或缺的部分出发，将黄河中下游划分为几个主要的河段。然后将各个河段分别视为一个非线性动态系统，分别对各个河段加以研究。划分的河段主要包括：古贤水库段、龙门站--潼关站段、三门峡段、小浪底段。每段作为独立动态系统考虑，通过搜集、整理、分析，采用专家调查法，初步建立了风险因素集。1.2风险因素的挑选根据这些风险因素的数据特征，每个站和水库分别取1968-1999年实测32年系列的数据值，差补展延至100年数据样本用作多元逐步回归模型分析。根据各因素与调控目的联络的严密程度，剔除了对体系影响较微弱的因素，将主要风险因素重新进行的整合，进而建立了以古贤、小浪底为中心联合调控方案的主要风险因素集。结果如表1~表4。【表1】得出调控目的：Y=-16.6439-0.0022X1+0.1354X2-0.1254X4+0.0283X6显着性概率为0，均方差为1.44，负相关系数0.8131，回归效果良好。【表2】得出调控目的：Y=-4.8969e-011-0.8702X2+0.9974X10+0.8724X11显着性概率为0，均方差为0.022，负相关系数0.9991，回归效果良好。【表3】得出调控目的：Y=-652.702-0.0024X3+2.1310X6显着性概率为3.0420e-014，均方差为0.436，负相关系数0.8211，可见回归效果良好。【表4】得出调控目的：Y=-0.0201+0.2149X2-0.2143X4显着性概率为0，均方差为0.221，负相关系数0.9341，可见回归效果良好。2基于BP神经网络的风险估计风险估计是在风险辨别的基础上，通过对所收集的大量的损失资料进行分析，运用概率论和数理统计方式方法，对风险发生的概率及后果进行定量估计，对风险变量进行量化，将风险变量转化为风险势态。2.1BP神经网络原理BP神经网络是基于误差反向传播(ErrorBackPropagation)算法的多层前馈神经网络，具有良好的非线性映射能力，以及泛化和容错能力，是当前人工神经网络应用最为广泛的一种网络。网络是一种3层前馈网络。输入层由信号源节点构成。第2层为隐藏层，由径向基函数构成，节点数视需要而定。第3层为数出层，节点通常是简单的线性函数。2.2应用从2008年-2029年这一时间段，既考虑到了这样一个人为因素的影响，又包含了各种水文条件的变化情况，还包含来水、来沙各种组合情况，样本具有一致性。所以应用实际系列为1968年-1999年中的1968年-1979年和1987年-1996年水沙系列来模拟2008-2029年水沙系列。在得到单因素风险估计结果的基础上，估计各主要风险因素共同作用导致调节目的的风险，如表5。【表5】对照偏度-峰度临界值表，由上表统计值能够看出，除了：古贤水库中的出库输沙率X4的概率分布不属于正态分布，其余风险因素的概率分布均属于正态分布。不属于正态分布的因素为偏态分布。2.3结论风险估计的内容就是对随机产生的样本资料进行概率统计，得出风险评价指标。应用蒙特卡洛法进行计算。本次利用MATLAB数理统计工具随机产生包含300个元素的数组，根据相关站的特征值集表，进一步剔除随机数组中不在区间范围内的数，得到97个符合条件的随机数。其他风险因素的随机产生也遵循此原则。调控目的均定为淤积量，古贤、小浪底联合调控方案的各主要河段的风险估计的统计计算结果见下表6。【表6】3基于熵权法的风险评价模型风险评价是在风险辨别、风险估计的基础上，对工程风险进行综合分析，并根据对系统目的的影响程度对风险等级进行排序。风险评价的目的是根据风险评价找到系统的关键风险，确定系统的整体评价水平，为制定风险应对计划提供根据。系统风险评价的主要内容是确定风险的等级，并根据风险对工程目的的影响程度，提出预防、减少、转移或消除风险损失的初步方式方法，并将其列入到风险应对策略阶段要进一步考虑的方式方法之中。风险评价的主要步骤包括：①确定系统风险的评价标准；②确定系统的风险水平；③比拟风险水平与评价标准；④确定风险等级。3.1基于熵权的风险评价模型基于熵权的模糊综合评价模型是将信息论中的熵理论引进到传统的模糊综合评价方式方法中，运用信息熵所反映的数据本身的效用值和层次分析法得出的主观权重来综合计算评价指标的权重系数，改善了原来的仅靠主观方式方法所带来的无理论根据而给评价结果带来偏差的弊端。此方式方法已大量运用于工程技术、社会经济、环境科学等领域。1〕评价模型及建立步骤①建立两个有限论域：评价对象的因素论域、评语论域；②在评价对象的因素论域与评语论域之间进行单因素评价。③计算各风险指标的权重。2〕确定相对从属度从属度函数是模糊控制的应用基础，正确构造从属度函数是能否用好模糊控制的关键之一。从属度函数确实定经过，本质上讲应该是客观的，但每个人对于同一个模糊概念的认识理解又有差异，因而，从属度函数确实定又带有主观性。本项目中分为5级指标，分别对应：低、较低、中等、较高、高，其对应的风险程度分别为可忽略的风险、可接受的较低风险、边缘风险、不可接受的风险、灾祸性风险。3〕权重系数确实定在信息论中熵值反映信息的无序化程度，能够用来度量信息量的大小。某项指标携带的信息越多，表示该指标对觉得的作用就越大。上制约小，则系统的无序度越小，故可用信息上评价所获系统信息的有序度及其效用，即由评价指标值构成的判定矩阵来确定指标的权重，进而尽量消除各指标权重的人为干扰，使评价结果更符合实际。将客观权重系数和主观权重系数结合起来既能够反映事物的客观情况，可以以提现专家们对评价指标的个人偏好，能够使结果愈加的合理并且符合实际。用W表示综合权重。3.2应用首先运用层次分析法计算得出主观权重，然后运用熵权法计算出客观权重，最后计算出综合权重。表7为权重计算结果。【表7】由于黄河下游河道没有足够水沙数据资料，所以在风险辨别、风险估计的评价指标体系中只反映了下游河道水沙调控情况，此处为了愈加合理的评价水沙调控体系，应该引入一些能反映调控效果的指标。新参加的指标有：下游平滩流量、潼关高程年均变化量、工程效益、风险损失。详细见表8。【表8】3.3综合风险评价结果结果分析：由模型评价结果能够看出，根据以古贤、小浪底为中心的调控运行形式时，系统的评价结果为低风险，即可忽略风险，此时风险与效益基本平衡，系统运行效果能够为人们接受，如表9所示。【表9】4应对风险的策略系统在经过风险辨别、风险估计、风险评价与决策之后，为降低风险的负面效应而制定风险应对技术手段的经过就叫做风险应对策略研究。本文对主要风险因素进行了敏感性分析，按照逐步回归分析得出确实定性函数中的回归系数，分析出各种风险中风险因素对调控目的影响强烈程度的排列顺序。然后，分析了黄河水沙调控体系整体风险，给出了风险清单，并且提出多种风险应对策略，包括风险缓解、风险转移、风险自留。水沙调控系统风险损失主要为泥沙淤积、洪水淹没损失、生态环境损失等。通过风险应对策略，会同时产生风险应对成本，即经济投入。但同时，通过上述风险应对措施，能够得到减淤效益、发电效益、供水效益、灌溉效益。下表列出了所有风险损失、风险应对策略的经济投入及负面效益以及所带来的正面经济价值。黄河水沙调控体系总体损益列于表10所示。【表10略】根据黄河水沙调控体系各项详细损益相应采取措施。比方在2020年建成古贤水库，完善水沙调控体系，减少下游河道淤积。按照黄河最近重点治理开发规划，将拦、排、放、调、挖作为处理和利用泥沙的方略等等。最后，从长远黄河生命健康出发，选择所有能够改善黄河水沙风险问题的措施，以到达黄河长治久安的目的。5结论黄河水沙调控体系运行方案风险分析就是首先辨别影响阻碍调控目的实现的风险因素；其次，确定各风险因素概率分布状况，探究其与调控目的之间的关系，进而由单一风险因素的风险估计转化为确定调控体系调控目的的风险