南水北調(diào)中線總干渠防洪風(fēng)險評估方法的研究論文

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1、南水北調(diào)中線總干渠防洪風(fēng)險評估方法的研究論文摘要：本文以風(fēng)險理論為基礎(chǔ)，提出了先建立二維復(fù)合事件風(fēng)險組合模型，然后再進(jìn)行兩兩組合，逐步給出整個引水工程防洪風(fēng)險的估算方法。并以河北省段為例，對該方法進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明：南水北調(diào)中線工程河北省段的防洪風(fēng)險大約為30年一遇左右，其輸水的安全性是有保證的，這為南水北調(diào)中線工程的論證提供了有利的科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：南水北調(diào)工程交叉建筑物洪水防洪風(fēng)險南水北調(diào)中線工程是由丹江口水庫引水樞紐、輸水總干渠和沿途省市供水區(qū)組成的大型調(diào)水工程.freel。南水北調(diào)中線工程是以解決京津及華北地區(qū)用水

2、，緩解水資源緊缺為主要目標(biāo)1。南水北調(diào)中線總干渠沿線河流水系發(fā)達(dá)，與大小近千條河流交叉。其左側(cè)的太行山區(qū)和伏牛山區(qū)曾發(fā)生過“63.8”和“75.8”兩場國內(nèi)最著名的特大暴雨，因此，中線總干渠如遭遇超標(biāo)準(zhǔn)的特大洪水而使其中任一座交叉建筑物發(fā)生失事時，則整個工程就可能受到影響，以致被迫中斷運行，并且中線總干渠的走向幾乎與所有交叉河流成正交或斜交之勢而易受到洪水的沖擊。可見，該工程存在許多不確定性和風(fēng)險因素，特別是引水工程交叉建筑物的綜合防洪風(fēng)險問題，傳統(tǒng)的水文計算方法很難解決，簡單的概率疊加結(jié)果也使許多人懷疑該引水工程的可行性。

3、對該問題一直爭論不休，至今尚未達(dá)成統(tǒng)一的共識。在南水北調(diào)工程即將實施之際，對該問題的認(rèn)識及評估，已成為工程迫切需要解決的問題之一。1防洪風(fēng)險估算模型的建立在南水北調(diào)工程中線總干渠上，若有n個交叉建筑物，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分別為P1、P2、…、Pn，在暴雨和洪水同頻率的基礎(chǔ)上，相應(yīng)的設(shè)計洪水或設(shè)計暴雨分別為F1、F2、…、Fn，則整個南水北調(diào)中線總干渠因交叉建筑物因超標(biāo)準(zhǔn)洪水出現(xiàn)而中斷運行的風(fēng)險為R=P{(F1FP1)∪(F2FP2)∪……∪(FnFPn)｝(1)可見，為了推求上述組合事件的概率，需要各交叉建筑物設(shè)計洪水或設(shè)計暴雨的n

4、維聯(lián)合概率密度分布函數(shù)f(F1,F2,…,Fn)，以及f(F1,F2),f(F1，F(xiàn)3)，…，f(F1，F(xiàn)n),f(F2,F3),f(F2，F(xiàn)4)，…，f(F2，F(xiàn)n),…，等大量2至n-1維的聯(lián)合概率密度分布函數(shù)。由數(shù)理統(tǒng)計學(xué)可知，在各變量的概率密度分布函數(shù)f(F1)，f(F2)，…，f(Fn)均屬正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布時，其聯(lián)合概率密度分布函數(shù)f(F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n)等才可能會有函數(shù)表達(dá)式。而實際上，水文變量大都是偏態(tài)分布，特別是暴雨和洪水。這樣當(dāng)n較大時，在實際水文資料條件下是不可能推求出這些聯(lián)合概率密度分布函數(shù)的。

5、針對上述情況，20世紀(jì)80年代初期開始，人們?yōu)榱私鉀Q多項因素共同作用下的風(fēng)險計算問題，不得不通過模擬技術(shù)求解數(shù)值解。由于受到計算能力的限制，最初在保證計算精度的前提下，如何減少計算機(jī)時就成為重點考慮的問題。因此，BourgundU和CGBucher曾提出重點抽樣法ISPUD(importancesamplingprocedureusingdesign)的模擬技術(shù)2。而其應(yīng)用理論主要包括聯(lián)合概率法、變量構(gòu)造法和多元極值理論等，其中變量構(gòu)造法在分析問題前，需要先確定所研究變量的函數(shù)表達(dá)式，如JonathanAT曾把區(qū)域降雨量表達(dá)

6、為其中m、ν是有關(guān)參數(shù)，xj代表各雨量站的降雨量3。多元極值理論的依據(jù)是極值點過程理論，其邊際分布一般為標(biāo)準(zhǔn)Gumbel分布。實際降雨過程的復(fù)雜性，及水文變量非標(biāo)準(zhǔn)Gumbel分布,使變量構(gòu)造法和多元極值理論的應(yīng)用，在水文風(fēng)險計算上受到了很大的限制。為此，朱元NFDA9等人曾探討過二維復(fù)合事件的風(fēng)險計算模型，并用于分析南水北調(diào)中線工程的防洪風(fēng)險問題4。馮平等人也曾研究過暴雨洪水共同作用下的多變量防洪計算問題5。但對于二維情況，依據(jù)聯(lián)合概率理論有p(F1∪F2)=P(F1)+P(F2)-P(F1∩F2)(2)其中(3)(4)及

7、(5)式中f(x)和f(y)分別為兩個交叉建筑物設(shè)計洪水或設(shè)計暴雨的概率密度分布函數(shù)，按我國的防洪規(guī)范二者均采用PearsionⅢ型分布6，即(6)及(7)而f(y/x)是暴雨或洪水的條件概率密度分布函數(shù)，它是由兩部分決定的：(1)在暴雨或洪水x條件下，暴雨或洪水y的條件期望值E(y/x)，它決定了這兩個暴雨或洪水之間的關(guān)系；(2)在給定暴雨或洪水x下，暴雨或洪水y在E(y/x)附近的離散分布情況，它是因下墊面情況、暴雨時空分布等諸多不同因素綜合作用的結(jié)果，因此由中心極限定理可假定其近似符合正態(tài)分布，即(8)如果有足夠的暴雨

8、或洪水資料，(1)部分可以通過建立這兩個暴雨或洪水的相關(guān)關(guān)系來確定；(2)部分是給定某一暴雨或洪水x下，暴雨或洪水y的條件方差值σy/x，也可以通過實測暴雨或洪水資料估算。若暴雨或洪水資源有限，或上述正態(tài)分布的假定難以保證，可以通過冪變換法等方法把x和y正態(tài)化處理，并且對正態(tài)化后資料系列可