基于随机水文过程的防洪调度风险分析

通过对流域产流预报误差的统计分析，分析了窝水库根据洪水预报信息进行调度，改变水库泄流方式的安全性指标，然后采用随机模拟方法，研究分析了水库实施防洪预报调度方式相对于常规调度方式，水库及其上下游风险率的变化。研究表明，相对于常规调度方式，窝水库实施防洪预报调度方式未增加水库及其上下游的防洪风险。     

基于随机模拟和并行计算的水库防洪调度风险分析

由于洪水预报、洪水类型、工程状态、管理决策等诸方面不确定性因素,水库实际防洪调度不可避免地存在各种风险,水库防洪调度风险分析研究显得尤为重要。为确保防洪安全,降低大坝及下游综合洪灾损失,对水库防洪调度风险分析进行了全面梳理,分析和识别了水库防洪调度风险的关键影响因素,探明了洪水预报误差、不同典型洪水、初始起调水位和防洪调度滞时等不确定性因素。研究了基于蒙特卡罗随机模拟的不确定性因素模拟手段,建立了并行计算模式下水库防洪调度风险分析模型及其计算流程,并定量分析了不确定条件下的水库防洪调度风险。相关成果可为快速方便、科学合理的水库防洪调度运行方式和安全管理提供技术支持。     

汛限水位动态控制的防洪极限风险分析

综合考虑水文、水力不确定性因素对汛限水位控制下的水库防洪极限风险进行研究，采用随机模拟方法计算极限防洪风险率。应用一阶季节性自回归模型模拟多场入库洪水序列，考虑水力不确定性对泄洪能力的影响，在给定调洪规则下对不同汛限水位方案进行调洪，得到水库最高调洪水位和防洪极限风险率。实例结果表明：水文因素的随机性和防洪调度规则是水库防洪风险的主要影响因素，水力因素对防洪风险影响不大，同时得出了水库面临汛限水位所能承受的极限风险率，为决策者安全度汛提供一种参考依据。     

水库防洪调度风险评估

在水库防洪实时调度工作中,一般采用常规调度,有时也采用预报调度.以湖南省五强溪水库为例,运用模糊综合评判及多因素评判指标的数学方法,对水库防洪调度风险进行了定量分析,并研究了五强溪水库防洪调度中风险主体的数量特征关系和变化,以确定其风险率(风险度),从而提出水库防洪实时调度风险度的评判方法.     

考虑洪水过程预报误差的水库防洪调度风险分析

根据洪水预报确定性系数的定义,推导了洪水过程相对预报误差的标准差与确定性系数的关系,分析了洪水过程预报误差的分布规律;采用水库调洪演算的随机微分方程,解析了方差率与预报误差分布规律的关系,从而将洪水过程预报误差的不确定性转化为库水位过程的不确定性,借以分析水库防洪预报调度的风险水平。以隔河岩水库为例,计算了不同洪水预报精度下水库防洪调度的极限风险率和漫坝风险率,为隔河岩水库开展洪水预报调度提供了科学依据。     

水库防洪预报调度的风险分析

本文从水文预报误差的不确定性分析出发，将短期洪水预报精度评定指标转化为入库洪水过程的随机特征值，并引入水库调洪演算随机数学模型，从而实现水文预报风险向预报调度风险的转化，为定量考察预报调度风险率、合理选择动态的汛限水位提供了科学的依据。通过这一方法论证了水文预报精度对水库防洪预报调度风险率的影响，表明提高水文预报精度将有利于降低水库调洪风险率。     

水库实时防洪调度风险分析研究

依据水库实时防洪调度流程,分析了水库防洪决策风险源;提出了基于洪量预报误差分布的水库调洪演算风险分析和风险率计算方法;建立了水库实时防洪调度风险交互模拟分析模型,为实时决策中的不确定性分析提供了实用工具.     

水文预报不确定性对水库防洪调度的影响分析

定量分析预报的不确定性,已成为防洪预报调度风险分析中的关键问题。本文基于Copula函数,提出了可以描述水文预报不确定性随时间演化特性的CUE(Copula-based Uncertainty Evolution Model)模型,并通过该模型模拟了水文预报不确定性序列;基于Monte-Carlo方法和模拟序列,计算了预报不确定性对水库防洪预报调度的影响。结果表明,CUE模型能够很好地模拟水文预报不确定性,采用预报预泄法,对三峡水库进行防洪调度,不会增加防洪风险率。     

水库防洪优化调度风险决策模型及应用

提出一种水库防洪优化调度风险决策模型.通过多目标防洪优化调度获取可行调度方案集.结合洪水预报误差进行风险分析,计算调度方案风险率.在此基础上,建立基于改进熵权的灰色关联分析模型,实现均衡考虑上下游风险的调度方案的灰色优选.将该风险决策模型应用于三峡水库防洪风险决策实例,确定了最佳洪水调度过程.     

水库汛限水位动态控制的风险评估

水库汛限水位的动态控制实质上是一种风险调度.在对短期水文预报不确定性分析的基础上,提出了将洪水预报精度等级评定指标转化为人库洪水过程的随机特征值的方法,利用水库调洪演算的随机微分方程,分析了不同预报精度等级和不同预见期条件下水文预报误差的传递与演化过程,并建立了水库汛限水位动态控制的风险率计算模型,以定量评估抬高汛限水位对水库大坝和下游河道防洪安全的影响.算例分析表明,汛限水位的抬高将使水库和下游河道的防洪风险率增大,通过提高预报精度和延长预见期可以降低由汛限水位拾高所增加的风险率.     

利用防洪预报调度调整汛限水位的风险分析

通过分析洪水预报误差对调度风险的影响,建立了遭遇不同设计频率洪水时防洪预报调度的调洪结果超过原规划结果的风险率的计算方法,即通过确定超设计与不超设计风险误差域及其发生的概率,将遭遇洪水的发生概率与相应超设计风险误差域的发生概率相结合作为防洪预报调度调整汛限水位的超设计风险率。以白龟山水库为例计算遭遇频率5%、2%、1%和0.05%设计洪水的超设计风险率分别为0、0、0.001 4%和0,其结果介于相应的期望风险率超设计值和最大风险率超设计值之间,表明该方法合理可行。     

基于同频率地区组成法的梯级水库联合防洪预报调度

在水库实际防洪预报调度过程中,洪水的自然特性直接影响其调度风险。为降低此风险,本文提出了基于同频率地区组成法的联合防洪预报调度模型。以最大防洪库容之和最小为目标,通过调洪演算得到由m种洪水组合与n个设计频率相结合的m×n种组合方案下的联合防洪预报调度和常规调度的调度风险指标。计算结果表明联合防洪预报调度相比常规调度降低了最高坝前水位与最大下泄流量,从而降低了调度风险,进一步针对联合防洪预报调度模型,应用动态规划法求得整个调度周期内的联合泄流调度方式。     

基于防洪预报调度调整水库汛限水位的研究

汛限水位是协调水库运行管理中防洪与兴利矛盾的关键参数之一,也是实现洪水资源安全利用的重要指标。以于桥水库为例,研究以累积净雨为判别洪水指标的预报调度方式及规则,分析了防洪预报调度方式的运行机理及其对水库调度的影响,并采用防洪风险和蓄水效益综合评价体系,确定出相对合理的汛限水位控制值。研究结果表明,采用合理的预报调度方式和综合评价体系,可经济安全地抬高汛限水位,实现汛期洪水资源的安全利用。     

基于Copula函数的桃林口水库防洪风险分析

为了对桃林口水库进行防洪风险分析,采用阿基米德Gumbel-Hougaard Copula连接函数,构建了入库洪峰与洪量的两变量联合分布模型,由随机抽样模拟洪峰和洪量系列,然后基于洪水类别生成洪水过程线。同时综合考虑了水库泄洪能力与水位库容关系水力不确定性因素,采用Monte Carlo法计算桃林口水库在现行常规调度条件下不同风险因子组合对应的水库调度风险定量关系。结果表明,桃林口水库防洪风险系统最主要的控制因素是水文风险,水力风险影响次之。降低汛限水位及采取合理的控泄方式可极大地减轻下游的防洪压力,而该调度方式下水库本身的风险率很小。研究成果为当地水库管理与防汛部门制定科学、合理的防洪规划,为未来合理利用洪水资源探索汛限水位动态化管理提供一定的参考。     

水库洪水调度方式模糊风险分析

为了计算水库洪水调度方式综合风险,建立水库洪水调度方式的模糊风险模型。该模型通过水平截集三角模糊数,以风险识别指标值的区间变化表示多种风险源对调度方式风险的影响。结合随机模拟蒙特卡洛方法,计算出水库洪水调度方式模糊风险的区间值。实例分析表明,模糊风险能够表示不同程度的风险,较确定的风险指标值更符合实际,可为决策者提供更多的决策信息。     

短期降雨预报失误对安康水库防洪预报调度的影响

针对应用短期降雨预报信息实施水库防洪调度问题,研究降雨预报失误对水库调度的影响。以安康水库为例,分析了未来24 h短期降雨预报精度及分布规律,利用贝叶斯定理,计算考虑降雨预报信息的防洪调度风险发生事件寄予各个量级降雨预报失误造成的概率。结果显示:在当前的降雨预报水平下,安康水库利用不同量级降雨预报信息实施防洪调度时,Ⅰ量级(预报无雨) 降雨预报失误对水库调度影响不大,可用于指导水库优化调度;Ⅱ量级(“预报小雨”)降雨预报失误对小洪水调度影响较大;Ⅲ量级(预报中雨及以上)降雨预报失误对大洪水调度影响较大,可作为汛期水库优化调度的参考指标。     

时变效应对大坝防洪风险率的影响研究

在大坝的长期使用过程中，影响其防洪安全的许多不确定性因素具有明显的时变特性。本文分析了大坝的防洪随机时变特性，论证了缓变性和陡变性作用对大坝防洪安全的影响都极为显著。将非平稳的时变随机过程进行平稳化处理，建立了时变随机量量化的单因子函数模型和多因子综合模型。在此基础上，拓展了风险率的概念，将时变效应引入大坝工程老化的研究中，给出了大坝防洪时变风险率的计算公式。以某水库调洪能力的时变效应分析为例，定量评估了水库库容和坝顶高程的时变特性，讨论了其对大坝防洪风险率的影响，实现了对大坝设计基准期内防洪安全性的定量评估。     

Risk-Based Design of Flood Control Systems Considering Multiple Dependent Uncertainties

Due to random behavior of flood events and inaccuracies in measurements, design, analysis, and operation of flood control systems are subjected to several uncertainties. An important aspect in developing stochastic models for evaluating and analyzing more than one uncertainty is the dependence or independence of them. In flood control projects, hydrologic, hydraulic, geotechnical, and economic uncertainties are important considerations. In this paper, a stochastic Monte-Carlo simulation – optimization modeling approach is described for risk-based design of flood control levees (as a common structural flood control measure): considering multiple dependent uncertainties. It has been applied to the Leaf River reach in Hattiesburg, Mississippi for testing and evaluation of modeling results. Unlike a deterministic model that yields just one set of values for system dimensions, the stochastic model solution gives a range of values for each of them. One of the major reasons for limited field application of uncertainty analysis is difficulties in performing the modeling results in real world contexts. For closing the gap between theory and reality, design charts are developed in this study. This helps decision makers in identifying design values with desired and accepted risks.