水利工程风险分析研究现状综述

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水利工程风险分析研究现状综述

山东茂隆新材料科技有限公司 2021-02-24 2160


1单一风险分析

单一风险分析主要考虑水利工程系统的随机不确定性,以数理统计法为主.应用最广,研究也最为成熟,已经从直接积分法、蒙特卡罗法(Me)等发展到均值一次二阶矩法(UrOSM)、改进一次二阶矩法(AFOSM)、JC法、二次二阶矩法等。(1)直接积分法在已知水利工程风险因素概率密度函数和概率关系的情况下,对建立的功能函数进行解析和数值积分计算求出工程风险。如吴兴征通过分析堤防的水位荷载和承载土体的概率密度函数.采用分段数值积分方法建立了堤防失稳模型以计算堤防结构风险;Vrijling等[8]从水力学角度分析大坝失事机理,采用直接积分法计算了大坝漫顶、溢流的失事概率。此法理论概念强,当概率密度函数近似线性、随机变量影响因素个数又较少时,方法简单有效。但如果影响因素较多,就难以找出概率密度函数或概率关系,有时即使找到,也难以求得分布的解析解或数值解。所以,直接积分法在实用时限制最多。(2)MC法由于水利工程荷载等因素概率密度函数均较复杂,采用直接积分法难以求得解析解。有鉴于此,采用MC法统计试验计算风险率,直接处理风险因素的不确定性。MC法在水利工程中应用广泛,如Hreinsson等[9]采用MC法对不同类型的水电工程扩建规划进行风险分析并决策;高波等[10]采用MC法生成长系列的典型入库洪水过程,进行水库调洪的风险率计算;徐卫亚等研究了堤

复合土工膜是在薄膜的一侧或两侧经过烘箱远红外加热,把土工布和土工膜经导辊压到一起形成复合土工膜。随着生产工艺的提高,还有一种流延法做复合土工膜的工艺。其形式有一布一膜、二布一膜、两膜一布等。土工布作为土工膜的保护层,使保护防渗层不受损坏。为减少紫外线照射,增加抗老化性能,最好采用埋入法铺设。施工中,首先要用料径较小的砂土或粘土找平基面,然后再铺设土工膜。土工膜不要绷得太紧,两端埋入土体部分呈波纹状,最后在所铺的土工膜上用细砂或粘土铺一层10cm左右过渡层。砌上20-30cm块石(或砼预制块)作防冲保护层。施工时,应尽力避免石块直接砸在土工膜上,最好是边铺膜边进行保护层的施工。复合土工膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固,连接部位要涂刷乳化沥青(厚2mm)粘接,以防该处发生渗漏。

防失稳条件概率的计算方法,用MC法计算了超标洪水下堤防失事风险率等。MC法关键在于将生成的伪均匀分布随机数转换为符合风险变量概率分布的随机数。方法原理简单,精度高,但进行模拟的前提要求各个风险变量之间相互独立,因此难以解决风险变量之间的相互影响,且计算结果依赖于样本容量和抽样次数,计算量大。对变量的概率分布假设很敏感,需要给出各个风险变量的概率分布曲线,这在统计数据不足时是难以实现的。正是因为MC法的这些缺点,人们发展了各种所需信息量少、计算量小且精度不错的FOSM法。(3)FOSM法不需要变量的概率分布,只需均值和方差,利用泰勒级数展开将风险变量线性化后,采用迭代法求解原点面到极限状态面的最短距离来转求风险率。当已知变量近似正态分布时,根据线性化点选择的不同,分为MFOSM法和AFOSM法。MFOSM法假设各影响因素相互独立,将线性化点选为均值点,因此可能计算误差颇大。AFOSM针对这一缺点,将线性化点选为风险发生的极值点(风险点)。JC法将FOSM法进一步扩展到风险变量为任意分布的情况,将风险变量的非正态分布转化为当量正态分布,求得等效均值和方差用FOSM法求出风险。FOSM法计算效率一般远高于MC法,当风险变量非线性化程度不高时,可满足精度要求,因此广受欢迎,尤其是JC法。如陈凤兰等将Jc法和MC法应用于泄洪风险中,进行对比计算,认为JC法有足够的精度;胡志根等建立了用JC法求解过水围堰设计风险率的计算模型并进行计算;Mailhot等用FOSM法推导了水质风险率计算式,研究了FOSM法在水环境评价中的应用等。作为一种解析法,FOSM法收敛性有待理论上的证明。除上述外,单一风险分析还有重现期法、回归法、随机有限元法、Bayes法等。但就数理统计理论讲,这些都是概率估计问题,其正确与否,主要取决于统计资料的真实齐全,也取决于风险分析的理论水平。如Bayes法,虽然具有坚实的理论基础,但必须计算先验概率和条件概率才能求得风险的后验概率,计算难度、工作量都较大。2综合风险分析从系统工程角度看,水利工程除本身所具有的水文、水力等随机不确定性外,因其牵涉到工程技术、经济、社会、环境等各个方面,还具有模糊不确定性、灰色不确定性等,需要通过综合的风险分析方法来对众多竞争和矛盾的定性定量风险因素进行优先排序及总体评价。实现对风险的权衡、优选和决策。从数学的角度讲,综合风险分析就是通过两次映射,把无序空间上的点映射到有序空间上,从而实现风险的比较优化。通过指标体系的量纲一化实现将一个由rg个无序的、单位不统一的指标构成的n维空间A上的点映射到一个由无计量单位的n个指标构成的n维空间B上的点,而后通过各种综合分析方法,将各项指标值转化为一个综合指标值,实现在一个一维有序空间中的比较分析。因此。综合风险分析的步骤一般包括确定评价对象、选择评价指标并通过极差变换、线性比例变换等方法对指标数据进行量纲一化处理,确定权重系数,利用单一风险分析结果或专家评价结论建立评价模型等,结合权重系数得出各个系统的综合评价值。


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