基于多重不確定性因素的施工導(dǎo)流風(fēng)險分析

1、基于多重不確定性因素的施工導(dǎo)流風(fēng)險分析第25卷第2期2007年4月青海大學(xué)(自然科學(xué)版)JournalofQinshaiUniversity(NatureScience)V01.25No.2Apr.2007基于多重不確定性因素的施工導(dǎo)流風(fēng)險分析李若東,胡志根2,徐森泉2,蒲建平3(1.青海大學(xué),青海西寧810016;2.武漢大學(xué),湖北武漢430072;3.成都勘測設(shè)計院,四川成都610072)摘要:通過分析施工洪水過程中的洪峰流量,洪量和歷時的不確定性及導(dǎo)流建筑物的水力參數(shù)的不確定性,確定施工洪水過程和導(dǎo)流建筑物泄流能力的模擬計算模型.運(yùn)用MonteCarlo方法模擬計算施工導(dǎo)流系統(tǒng)渡訊各時段

2、的狀態(tài)參數(shù),得到上游圍堰堰前水位的分布函數(shù),在此基礎(chǔ)上確定導(dǎo)流系統(tǒng)的風(fēng)險.關(guān)鍵詞:施工導(dǎo)流;風(fēng)險分析;MonteCarlo方法中圖分類號:TV854文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10068996(20Cr7)o2005704礎(chǔ)skanalysisforconstructiondiversionbasedonthemultiuncertaintyLIRuodong1,HUZhigen2,XUSenqua,PUJianpiIl(1.QinghaiUniversity,Xining810016,China;2.SchoolofWaterReseureeandHydropowerEngineering,Wu

3、hanUniversity,Wuhan430072,China;3.ChengduSurveyandDesignInstitute,Chengdu610072,China)Abstract:Basedonlyinguncertaintiesofconstructiondiversionsystem,thispaperpresentsthesimulationmodelofconstructionfloodanddischargecapacityofdiversionstructure,andthemodelincludesuncertaintiessuch/ISpeakflow,floodvo

4、lumes,flooddurationandhydraulicparametersofdischargeconstruction.3"heMonteCarlomethodisapFdjedtosimulatethestateparametersoftheconstructiondiversionsystemineveryperiodoftime.Asaresult,arandomdistributionfunctionoftheupstreamwaterlevelisobtained,thentheriskofthediversionsystemisdetermined.Keywor

5、ds:constructiondiversion;riskanalysis;MonteCarlomethod施工導(dǎo)流的風(fēng)險分析在施工導(dǎo)流工程中占有重要的地位.由于施工導(dǎo)流系統(tǒng)的復(fù)雜性,不確定性因素有很多,如水文的不確定性,水力的不確定性和其它數(shù)據(jù)的不確定性等.國內(nèi)外不少學(xué)者在施工導(dǎo)流風(fēng)險分析方面做了很多探討,提出一些導(dǎo)流風(fēng)險模型1.如采用概率組合的方法間接估算施工導(dǎo)流風(fēng)險,模型中只考慮了洪水過程的不確定性,在實(shí)際工程中流量資料有限的情況下難以得到理想的結(jié)果l2;基于隨機(jī)微分方程分析調(diào)洪過程庫水位的隨機(jī)變化規(guī)律,求解庫水位的概率密度分布l3j3,對于施工導(dǎo)流工程,微分方程的求解存在困難.近來又有

6、學(xué)者提出利用Monte.Carlo方法,通過統(tǒng)計分析模型確定動態(tài)風(fēng)險l4J.但是在模擬施工洪水過程中,只考慮了洪峰流量的不確定性,而沒有洪水過程的洪量和歷時的不確定性,以及導(dǎo)流建筑物的各種水力參數(shù)的不確定性.為此,本文基于多重不確定性因素,運(yùn)用Monte.Carlo方法,模擬施工洪水過程和導(dǎo)流建筑物泄流能力,綜合分析施工導(dǎo)流系統(tǒng)的風(fēng)險.1施工洪水過程的不確定性模擬計算洪水過程變化受眾多因素影響,極其復(fù)雜且有明顯的隨機(jī)性.主要表現(xiàn)在:施工洪水過程洪峰流量的不確定性;施工洪水過程洪量的不確定性;施工洪水過程歷時的不確定性.收稿日期:20061114作者簡介:李若東(19曉一),男,青海西寧人,副教

7、授.研究方向:施工導(dǎo)流.58青海大學(xué)第25卷1.1洪峰流量和洪量的不確定性分析洪水過程受多種復(fù)雜因素影響,這樣的隨機(jī)變量總體分布是未知的,洪峰流量和洪量是洪水過程不確定性中的兩個重要因素,經(jīng)多年實(shí)踐證明,在我國一般假定為P一型是合理的.施工導(dǎo)流風(fēng)險分析中,假定洪峰流量和洪量服從P一型分布,其密度函數(shù)為:)=(一e(1)式中,口,和口0為P一11I型分布的形狀,刻度和位置參數(shù);/-,(口)為口的伽瑪參數(shù).并且,口=4/2=2/At9coc,口o=.(12co/c,);c|為PHI型分布的離差系數(shù);co為P一型分布的離勢系數(shù);.為P一型分布的均值.1.2洪水過程歷時的不確定性分析當(dāng)前我國的大型水利

8、水電工程主要集中在西南部,大部分工程不具備獲得多年的實(shí)測洪水過程資料.由于洪水過程歷時也存在著不確定性,現(xiàn)就某工程歷年實(shí)測洪水過程資料(選用其中14年)來初步確定洪水過程歷時的密度函數(shù)分布.由于水利水電工程的實(shí)測洪水過程資料一般較少,所以采用w檢驗法來檢驗J(表1).表1洪水歷時分析k(I)(+1一I)(+1一I)一(I)akk(I)(+1一I)(n+1一I)一(I)a4328849l26181260.116224107203100.299295106009o0.096534396972580.251010510570.600.o77844596662070.215l

9、l152O569490.059854626361740.185712522564420.O42464626241620.160025374656241590.137214537552150.0084通過統(tǒng)計檢驗?zāi)Ｐ陀嬎愕肳=O.9872,Wo.05=O.924,所以認(rèn)為洪水過程歷時服從正態(tài)公布,其密度函數(shù)為:f(x)=1e(2)式中u為歷時的數(shù)學(xué)期望,d2為歷時的方差.1.3施工洪水過程的綜合模擬計算綜合考慮施工洪水過程中洪峰流量,洪量和歷時的不確定性,運(yùn)用MonteCarlo方法對洪峰流量,洪量和歷時進(jìn)行隨機(jī)模擬,采用分時段同頻率放大典型洪水過程線,結(jié)合歷時調(diào)整洪水

10、過程線的方法,模擬出一系列供導(dǎo)流風(fēng)險分析計算的施工洪水過程.2導(dǎo)流建筑物泄流能力的不確定性模擬計算導(dǎo)流系統(tǒng)泄流能力的不確定性和泄流建筑物水力參數(shù)的不確定性有關(guān),如糙率,過水?dāng)嗝婷娣e,濕周,底坡等.導(dǎo)流建筑物的施工,運(yùn)行過程中存在誤差等是主要導(dǎo)致水力參數(shù)不確定性的原因.2.1泄流能力和水力參數(shù)的關(guān)系滿寧方程廣泛應(yīng)用于隧洞,明渠等,對于導(dǎo)流建筑物,其泄流能力可采用修正因子入對滿寧方程進(jìn)行修正,則泄流能力Q為J:?生?A5/3?P一2/3?$1/2(3)式中/7,為滿寧糙率系數(shù);A為過水?dāng)嗝婷娣e;P為濕周;S為底坡.水力參數(shù)n,A,P,S等具有不確定性,如果各水力參數(shù)的密度函數(shù)為已知,根據(jù)泄流能力和

11、水力參數(shù)的關(guān)系,理論上就可以得出泄流能力的密度函數(shù).2.2水力參數(shù)的不確定性分析現(xiàn)在國內(nèi)外缺乏大量資料來準(zhǔn)確確定這些水力參數(shù)的隨機(jī)分布概率,所以常對它們的分布進(jìn)行假設(shè).對于泄流建筑物為隧洞時,由施工或者試驗引起過水?dāng)嗝婷娣e,濕周和底坡不確定性的因素有很多,假定過水?dāng)嗝婷娣e,濕周和底坡服從正態(tài)分布;糙率根據(jù)一些工程經(jīng)驗和學(xué)者的分析探討,假定服從三角形分布.2.3泄流能力的不確定性分析模擬根據(jù)上面假設(shè)的各水力參數(shù)的隨機(jī)分布,直接確定泄流能力的密第2期李若東等:基于多重不確定性因素的施工導(dǎo)流風(fēng)險分析59度函數(shù)比較困難.分析具體工程導(dǎo)流洞的泄流能力時,可以運(yùn)用MonteCarlo方法模擬各水力參數(shù),通

12、過假設(shè)檢驗分析泄流能力的隨機(jī)分布.圖1是模擬某工程導(dǎo)流洞泄流能力統(tǒng)計得到的統(tǒng)計密度函數(shù)曲線和擬合的三角形分布密度函數(shù)曲線.通過對圖1的統(tǒng)計密度函數(shù)進(jìn)行檢驗,證明三角形分,n,布優(yōu)于正態(tài)分布,認(rèn)為導(dǎo)流洞的泄流能力較為接近三角形0腫25分布,其密度函數(shù)為:)=口b6<c(4)其他式中口為泄流能力下限;b為平均泄流能力;C為泄流能力上限;口,b,C參數(shù)通過模擬泄流能力的統(tǒng)計資料來確定.71049710987Q(m)圖1泄流能力的密度函數(shù)曲線由于水利水電工程施工導(dǎo)流系統(tǒng)的復(fù)雜性,必然存在其他的不確定性因素,如上游庫區(qū)現(xiàn)場測量和繪制的誤差,上游運(yùn)行多年的泥沙淤積和坍塌等.限于現(xiàn)階段這方面資

13、料的搜集不足和研究不深人,導(dǎo)流風(fēng)險計算暫不考慮這部分不確定性因素.3基于多重不確定性因素的導(dǎo)流風(fēng)險計算施工導(dǎo)流的風(fēng)險是根據(jù)設(shè)計資料,綜合考慮施工洪水過程和導(dǎo)流建筑物泄流能力等不確定性因素的影響,模擬上游洪水過程和導(dǎo)流建筑物泄流能力,通過施工洪水的調(diào)洪演算,統(tǒng)計分析計算上游圍堰堰前水位超過上游圍堰設(shè)計擋水位的概率,即R=尸()式中為模擬上游圍堰堰前水位;爿加為上游圍堰設(shè)計擋水位.確定施工導(dǎo)流風(fēng)險,要系統(tǒng)考慮河道來流洪水過程,導(dǎo)流建筑物泄流能力及樞紐的其他特征,通過系統(tǒng)模擬的方法來實(shí)現(xiàn).綜合考慮多重不確定性因素,運(yùn)用MonteCarlo方法,模擬施工洪水過程及導(dǎo)流建筑物泄流能力,通過調(diào)洪演算和統(tǒng)計

14、分析模型得到導(dǎo)流設(shè)計水位的風(fēng)險率.基于多重不確定性因素的導(dǎo)流風(fēng)險系統(tǒng)模擬流程見圖2.4結(jié)語圖2導(dǎo)流風(fēng)險系統(tǒng)模擬流程考慮導(dǎo)流系統(tǒng)中多重不確定性因素,本文在考慮施工洪水過程的不確定性中,除考慮了洪峰流量和洪量,把洪水歷時也考慮進(jìn)去;通過分析各水力參數(shù)的不確定性,確定泄流能力的分布函數(shù).運(yùn)用MonteCarlo方法,模擬施工洪水過程和導(dǎo)流建筑物的泄流能力,并通過調(diào)洪演算和統(tǒng)計分析模型確定施工導(dǎo)流的風(fēng)險率.分析了基于多重不確定性因素的導(dǎo)流風(fēng)險計算模型的可行性和有效性.由于水利水電施工導(dǎo)流影響因素很多,隨機(jī)因素不容易確定,文中提出的導(dǎo)流風(fēng)險分析方法還需要不斷地改進(jìn).參考文獻(xiàn):1肖煥雄,韓采燕.施工導(dǎo)流系

15、統(tǒng)超標(biāo)洪水風(fēng)險率模型研究J.水利,1993,24(11):76832王卓甫.考慮洪水過程不確定的施工導(dǎo)流風(fēng)險分析計算J.水利,1998,24(4):3337.告島二(二(二二魚口旦,0,址青海大學(xué)第25卷3姜樹海.隨機(jī)微分方程在泄洪風(fēng)險分析中的應(yīng)用J.水利,1994,25(3):19.4胡志根,劉全,賀昌海,等.基于Monte-Carlo方法的土石圍堰擋水導(dǎo)流風(fēng)險分析J水科學(xué)進(jìn)展,2002,22(9):6346385王燕生.工程水文學(xué)M.北京:水利電力出版社,1992.4145.6長江水利委員會.水利水電工程設(shè)計洪水計算手冊M.北京:水利電力出版社,1995.3236.7肖煥雄,韓采燕.施工導(dǎo)

16、流標(biāo)準(zhǔn)與方案優(yōu)選M.武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,1996.182o.(責(zé)任編輯王寶通)(上接第51頁)C1試件中可見卷席狀的水化產(chǎn)物層層疊起.C2試件中的水化產(chǎn)物形成密不可分的結(jié)構(gòu),幾乎連接在一起.cl試件(28d.3.00KX)c2試件(28d.3.00KX)圖6不I司配比砂漿水化28d的SEM圖4結(jié)論(1)水泥顆粒的粒徑分布與最緊密堆積理論的要求尚有很大差距,因此摻人比水泥顆粒更細(xì)的礦物摻合料,可以起到改善膠凝材料顆粒級配的作用.(2)通過試驗證明,不同細(xì)度的礦物摻合料復(fù)合摻配時,它們的顆?？梢韵嗷パa(bǔ)充,使膠凝材料顆粒的粒徑分布更接近緊密堆積狀態(tài)的要求,從而提高水泥漿體的密實(shí)度.(3)砂漿中膠凝材料的顆粒級配在接近Andreasen顆粒最緊密堆積理論要求時,砂漿強(qiáng)度較高,水泥凝膠體的微觀結(jié)構(gòu)也比較致密,這時可以適當(dāng)增加礦物摻合料替代水泥的百分率,而不會明顯影響強(qiáng)度.參考文獻(xiàn):1蒲心誠,王勇威.高效活性礦物摻料與混凝土的高性能化J.混凝土,2002,(2):36.2李瀅,楊靜.膠凝材料顆粒級配對水泥凝膠體結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的影響