對水庫洪水調(diào)度中風(fēng)險(xiǎn)分析方法的幾點(diǎn)探討

摘 要：水庫洪水調(diào)度中的風(fēng)險(xiǎn)分析方法成為目前研究人員普遍關(guān)注的課題，風(fēng)險(xiǎn)分析的研究有利于為水庫防洪調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)，文章通過分析水庫洪水調(diào)度的主要研究內(nèi)容，水庫洪水調(diào)度的主要特征，水庫洪水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容，最后總結(jié)了水庫洪水風(fēng)險(xiǎn)分析的幾種方法。

關(guān)鍵詞：水庫；洪水調(diào)度；風(fēng)險(xiǎn)分析

1 水庫洪水調(diào)度主要研究內(nèi)容

洪水給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的威脅，防洪的目的主要在于減小洪水造成的生命、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)危害。防洪措施包括工程和非工程措施，水庫是一種工程措施，同時(shí)在航運(yùn)、發(fā)電、供水等方面發(fā)揮著重大作用。我國水資源在地域和時(shí)間分布上差異明顯，水資源貧乏地區(qū)的洪水的資源優(yōu)化配置具有重大意義。但是洪水受降雨、地形、下墊面條件等因素影響，作為資源利用存在較大風(fēng)險(xiǎn)。水庫洪水調(diào)度的主要任務(wù)是根據(jù)總體防洪規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，科學(xué)、有計(jì)劃地進(jìn)行泄蓄管控，使水庫容量得到最有效的利用，達(dá)到防洪效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2 水庫洪水調(diào)度的主要特征

水庫洪水調(diào)度需做到統(tǒng)籌兼顧，全盤考慮，最終實(shí)現(xiàn)防洪興利。綜合來看，水庫洪水調(diào)度具有復(fù)雜性、確定性、不確定性、風(fēng)險(xiǎn)性等特征。復(fù)雜性是因?yàn)楹樗{(diào)度具有多目標(biāo)性，目標(biāo)參數(shù)之間總是相互制約、相互影響，難以實(shí)現(xiàn)所有參數(shù)控制最優(yōu)化，將主要參數(shù)最優(yōu)化往往以犧牲部分參數(shù)為代價(jià)，如何協(xié)調(diào)好各參數(shù)之間的關(guān)系是一項(xiàng)很艱巨的任務(wù)。因此，每個(gè)調(diào)度決策都可能引起系列連鎖反應(yīng)。確定性是指水庫庫容、特征水位、水庫工程設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、校核標(biāo)準(zhǔn)、泄洪方式等是確定的。不確定性主要指變化中的影響因素，包括降雨時(shí)空分布的不確定性，氣象形勢的變化多端，入庫流量預(yù)報(bào)的偏差，以及突發(fā)事件的發(fā)生等，不確定因素對水庫洪水調(diào)度具有重大影響。水文、水利、決策、經(jīng)濟(jì)都具有不確定性，由于各種不確定性的存在使水庫的洪水調(diào)度存在風(fēng)險(xiǎn)性[1]。

3 水庫洪水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析內(nèi)容

風(fēng)險(xiǎn)識別。只有在正確識別風(fēng)險(xiǎn)的前提下，水庫洪水調(diào)度才能有效地將風(fēng)險(xiǎn)影響降至最低。水庫洪水調(diào)度中不確定性的存在是導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的主要原因，包括洪水預(yù)報(bào)誤差、氣象形勢的多變，通訊通道意外中斷、工程設(shè)施損毀、防洪設(shè)備故障等。調(diào)度過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，包括上、下游，水庫之間的相互對立因素間的取舍，漫長的磋商、決策過程導(dǎo)致調(diào)度方案實(shí)施的延遲等皆可能引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，決策風(fēng)險(xiǎn)也是較大的風(fēng)險(xiǎn)之一，由于信息掌握的局限性容易導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)[2]。

風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)是在風(fēng)險(xiǎn)識別的基礎(chǔ)上對風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的幾率和影響做出判斷，通常包括風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和不確定因素概率估計(jì)。常用的風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)方法有兩種：一種是主觀估計(jì)，通過專家的長期經(jīng)驗(yàn)給出估計(jì)；一種是客觀估計(jì)，依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行估計(jì)。不確定因素概率估計(jì)是指對未知因素出現(xiàn)的可能性進(jìn)行估計(jì)，比如實(shí)際降水量超出預(yù)報(bào)的可能性，實(shí)際降水時(shí)間、空間分布出現(xiàn)偏差的可能性等，不確定因素容易對防洪產(chǎn)生巨大的影響，對不確定因素概率進(jìn)行估計(jì)十分重要。

風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)就是按照風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的結(jié)果，通過某一指標(biāo)對風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的結(jié)果做出評判，常用的評價(jià)指標(biāo)有風(fēng)險(xiǎn)度、標(biāo)準(zhǔn)差、期望值等。將調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)收益與風(fēng)險(xiǎn)損失進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，最終得出結(jié)論。

風(fēng)險(xiǎn)決策。風(fēng)險(xiǎn)決策是在以上幾個(gè)步驟的基礎(chǔ)上，決策者全面衡量利弊，統(tǒng)籌考慮風(fēng)險(xiǎn)后作出的洪水調(diào)度措施。常采取的依據(jù)原則有滿意原則、最大概率前景原則、等可能性原則、悲觀原則、樂觀原則等。

4 水庫洪水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析方法

4.1 定性分析法

在針對風(fēng)險(xiǎn)性較小的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測時(shí)可以采用定性分析法。定性分析法常用的有德爾斐法、矩陣法、調(diào)查法。其中德爾斐法是由著名咨詢公司蘭德公司首先提出，此分析方法主要是依靠有關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)、知識及判斷。當(dāng)洪水調(diào)度中存在一些難以建立模型分析的因素時(shí)此分析法具有較高的使用價(jià)值。

4.2 定量分析法

4.2.1 風(fēng)險(xiǎn)度分析法。風(fēng)險(xiǎn)度分析法實(shí)際是一種基于概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的分析方法。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法是洪水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析的有效工具之一。因?yàn)榭煽啃院惋L(fēng)險(xiǎn)性是一對互補(bǔ)的概念，因此這種方法也可以用來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)率的估計(jì)。風(fēng)險(xiǎn)度分析法是基于風(fēng)險(xiǎn)變異性的一種測度。

風(fēng)險(xiǎn)度分析法的期望值表達(dá)式：；

其中的xip（xi）為離散型風(fēng)險(xiǎn)變量及其概率。

標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

風(fēng)險(xiǎn)度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

4.2.2 蒙特卡洛分析法。蒙特卡洛分析法是一種統(tǒng)計(jì)概率分析方法，又稱為隨機(jī)模擬法或者統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)法，此方式通過特定的數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，然為后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在實(shí)際洪水調(diào)度分析中證明蒙特卡洛分析方法是一種十分有效的分析方法，對水庫洪水的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度提供了較為切合實(shí)際的參考依據(jù)。

假設(shè)風(fēng)險(xiǎn)分析的目標(biāo)為Y，那么它與各種風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系如下式所示：

Y=f（x1，x2，…xn）

其中的各變量代表了風(fēng)險(xiǎn)因素，但是在實(shí)際的洪水調(diào)度中很難掌握全部的風(fēng)險(xiǎn)因素，因此表達(dá)式的函數(shù)關(guān)系往往是未知的，或者函數(shù)關(guān)系已知但非常復(fù)雜，很難解析得到概率分布。蒙特卡洛分析法通過隨機(jī)數(shù)生成器產(chǎn)生一組隨機(jī)數(shù)，用這組隨機(jī)數(shù)代表風(fēng)險(xiǎn)因素，得到一個(gè)確定的函數(shù)表達(dá)式，以此求得一個(gè)函數(shù)值，通過反復(fù)的抽樣模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會(huì)接近實(shí)際情況。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)隨機(jī)數(shù)據(jù)的數(shù)量達(dá)到三百次左右時(shí)，就可得到收斂的函數(shù)分布。因此，蒙特卡洛分析法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)首先要確定防洪調(diào)度中不確定因素的概率分布；然后通過隨機(jī)數(shù)生成器得到相應(yīng)的隨機(jī)數(shù)組，以此模擬不確定性因素；接下來選定一個(gè)洪水樣本過程來模擬實(shí)際洪水；最后通過模擬得到目標(biāo)的破壞頻率。以此來為風(fēng)險(xiǎn)分析提供參考數(shù)據(jù)。蒙特卡洛分析法也存在一定的缺陷，通過此方法所得到的風(fēng)險(xiǎn)值不唯一，風(fēng)險(xiǎn)值受樣本數(shù)量和模擬數(shù)量的影響。蒙特卡洛分析法是在某時(shí)刻確定條件下的一種模擬風(fēng)險(xiǎn)分析法，當(dāng)影響因素不斷變化時(shí)，所得到的模擬結(jié)果會(huì)出現(xiàn)差異。由于變量數(shù)目較多，此方法所花費(fèi)的費(fèi)用也相對較高。

4.2.3 基于馬爾可夫過程的風(fēng)險(xiǎn)分析法。入庫徑流是水庫洪水調(diào)度中的一個(gè)不確定變量，此過程一般服從馬氏過程。馬氏過程是指某類變量間及其相關(guān)聯(lián)影響的非平穩(wěn)隨機(jī)過程，最大的特點(diǎn)就是無后效性。因此，通過馬氏過程的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率可以對水庫洪水調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)率進(jìn)行計(jì)算。劉廣吉等在模糊灰色馬氏過程在水庫洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[3]中給出了洪水預(yù)報(bào)實(shí)例應(yīng)用。

5 結(jié)束語

水庫洪水調(diào)度需要統(tǒng)籌兼顧，洪水調(diào)度具有復(fù)雜性、確定性、不確定性、風(fēng)險(xiǎn)性，通過風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)對洪水調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)性作出科學(xué)預(yù)測判斷，最終作出合理的風(fēng)險(xiǎn)決策。水庫洪水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析方法有很多種，常見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爾斐法，定量分析法常用的有風(fēng)險(xiǎn)度分析法、蒙特卡洛分析法、基于馬爾可夫過程的風(fēng)險(xiǎn)分析法。

但是目前洪水風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度研究也存在一些不足之處，例如：對多因素、多目標(biāo)的研究不夠充分，對主觀人為因素的考慮不夠充分。

參考文獻(xiàn)

[1]申海，解建倉，羅軍剛.水庫洪水調(diào)度多目標(biāo)決策方法及應(yīng)用[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（3）.

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[3]劉廣吉，路金喜.模糊灰色馬氏過程在水庫洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2014（5）.