对水库洪水调度中风险分析方法的几点探讨

对水库洪水调度中风险分析方法的几点探讨

水库洪水调度中的风险分析方法成为目前研究人员普遍关注的课题，风险分析的研究有利于为水库防洪调度提供科学依据，文章通过分析水库洪水调度的主要研究内容，水库洪水调度的主要特征，水库洪水调度风险分析的内容，最后总结了水库洪水风险分析的几种方法。

标签：水库；洪水调度；风险分析

1 水库洪水调度主要研究内容

洪水给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁，防洪的目的主要在于减小洪水造成的生命、社会和经济危害。防洪措施包括工程和非工程措施，水库是一种工程措施，同时在航运、发电、供水等方面发挥着重大作用。我国水资源在地域和时间分布上差异明显，水资源贫乏地区的洪水的资源优化配置具有重大意义。但是洪水受降雨、地形、下垫面条件等因素影响，作为资源利用存在较大风险。水库洪水调度的主要任务是根据总体防洪规划，结合当地实际情况，科学、有计划地进行泄蓄管控，使水库容量得到最有效的利用，达到防洪效益和经济效益的最大化。

2 水库洪水调度的主要特征

水库洪水调度需做到统筹兼顾，全盘考虑，最终实现防洪兴利。综合来看，水库洪水调度具有复杂性、确定性、不确定性、风险性等特征。复杂性是因为洪水调度具有多目标性，目标参数之间总是相互制约、相互影响，难以实现所有参数控制最优化，将主要参数最优化往往以牺牲部分参数为代价，如何协调好各参数之间的关系是一项很艰巨的任务。因此，每个调度决策都可能引起系列连锁反应。确定性是指水库库容、特征水位、水库工程设施设计标准、校核标准、泄洪方式等是确定的。不确定性主要指变化中的影响因素，包括降雨时空分布的不确定性，气象形势的变化多端，入库流量预报的偏差，以及突发事件的发生等，不确定因素对水库洪水调度具有重大影响。水文、水利、决策、经济都具有不确定性，由于各种不确定性的存在使水库的洪水调度存在风险性[1]。

3 水库洪水调度风险分析内容

风险识别。只有在正确识别风险的前提下，水库洪水调度才能有效地将风险影响降至最低。水库洪水调度中不确定性的存在是导致风险的主要原因，包括洪水预报误差、气象形势的多变，通讯通道意外中断、工程设施损毁、防洪设备故障等。调度过程中存在的风险，包括上、下游，水库之间的相互对立因素间的取舍，漫长的磋商、决策过程导致调度方案实施的延迟等皆可能引发风险，决策风险也是较大的风险之一，由于信息掌握的局限性容易导致经验风险[2]。

风险估计。风险估计是在风险识别的基础上对风险发生的几率和影响做出判

断，通常包括风险估计和不确定因素概率估计。常用的风险估计方法有两种：一种是主观估计，通过专家的长期经验给出估计；一种是客观估计，依据现有的数据资料进行估计。不确定因素概率估计是指对未知因素出现的可能性进行估计，比如实际降水量超出预报的可能性，实际降水时间、空间分布出现偏差的可能性等，不确定因素容易对防洪产生巨大的影响，对不确定因素概率进行估计十分重要。

风险评价。风险评价就是按照风险估计的结果，通过某一指标对风险估计的结果做出评判，常用的评价指标有风险度、标准差、期望值等。将调度的风险收益与风险损失进行横向对比，最终得出结论。

风险决策。风险决策是在以上几个步骤的基础上，决策者全面衡量利弊，统筹考虑风险后作出的洪水调度措施。常采取的依据原则有满意原则、最大概率前景原则、等可能性原则、悲观原则、乐观原则等。

4 水库洪水调度风险分析方法

4.1 定性分析法

在针对风险性较小的风险预测时可以采用定性分析法。定性分析法常用的有德尔斐法、矩阵法、调查法。其中德尔斐法是由著名咨询公司兰德公司首先提出，此分析方法主要是依靠有关专家的经验、知识及判断。当洪水调度中存在一些难以建立模型分析的因素时此分析法具有较高的使用价值。

4.2 定量分析法

4.2.1 风险度分析法。风险度分析法实际是一种基于概率论与数理统计的分析方法。概率论与数理统计方法是洪水调度风险分析的有效工具之一。因为可靠性和风险性是一对互补的概念，因此这种方法也可以用来进行风险率的估计。风险度分析法是基于风险变异性的一种测度。

风险度分析法的期望值表达式：；

其中的xip（xi）为离散型风险变量及其概率。

标准差的数学表达式为：

风险度的数学表达式为：

4.2.2 蒙特卡洛分析法。蒙特卡洛分析法是一种统计概率分析方法，又称为随机模拟法或者统计实验法，此方式通过特定的数学模型在计算机上进行模拟实验，然为后对实验结果进行统计分析。在实际洪水调度分析中证明蒙特卡洛分析方法是一种十分有效的分析方法，对水库洪水的风险调度提供了较为切合实际的参考依据。

假设风险分析的目标为Y，那么它与各种风险因素之间的关系如下式所示：

Y=f（x1，x2，…xn）

其中的各变量代表了风险因素，但是在实际的洪水调度中很难掌握全部的风险因素，因此表达式的函数关系往往是未知的，或者函数关系已知但非常复杂，很难解析得到概率分布。蒙特卡洛分析法通过随机数生成器产生一组随机数，用这组随机数代表风险因素，得到一个确定的函数表达式，以此求得一个函数值，通过反复的抽样模拟实验，当次数达到一定数量时实验结果就会接近实际情况。经验表明，当随机数据的数量达到三百次左右时，就可得到收敛的函数分布。因此，蒙特卡洛分析法在实际应用时首先要确定防洪调度中不确定因素的概率分布；然后通过随机数生成器得到相应的随机数组，以此模拟不确定性因素；接下来选定一个洪水样本过程来模拟实际洪水；最后通过模拟得到目标的破坏频率。以此来为风险分析提供参考数据。蒙特卡洛分析法也存在一定的缺陷，通过此方法所得到的风险值不唯一，风险值受样本数量和模拟数量的影响。蒙特卡洛分析法是在某时刻确定条件下的一种模拟风险分析法，当影响因素不断变化时，所得到的模拟结果会出现差异。由于变量数目较多，此方法所花费的费用也相对较高。

4.2.3 基于马尔可夫过程的风险分析法。入库径流是水库洪水调度中的一个不确定变量，此过程一般服从马氏过程。马氏过程是指某类变量间及其相关联影响的非平稳随机过程，最大的特点就是无后效性。因此，通过马氏过程的状态转移概率可以对水库洪水调度的风险率进行计算。刘广吉等在模糊灰色马氏过程在水库洪水预报中的应用[3]中给出了洪水预报实例应用。

5 结束语

水库洪水调度需要统筹兼顾，洪水调度具有复杂性、确定性、不确定性、风险性，通过风险识别、风险估计、风险评价对洪水调度的风险性作出科学预测判断，最终作出合理的风险决策。水库洪水调度风险分析方法有很多种，常见的有定性分析法和定量分析法，其中定性分析法常用的有德尔斐法，定量分析法常用的有风险度分析法、蒙特卡洛分析法、基于马尔可夫过程的风险分析法。

但是目前洪水风险调度研究也存在一些不足之处，例如：对多因素、多目标的研究不够充分，对主观人为因素的考虑不够充分。

参考文献

[1]申海，解建仓，罗军刚.水库洪水调度多目标决策方法及应用[J].沈阳农业大学学报，2014（3）.

[2]卢启友.红枫水库分期洪水调度运用的体会[J].贵州水力发电，2015（1）.

[3]刘广吉，路金喜.模糊灰色马氏过程在水库洪水预报中的应用[J].水电能源