基于贝叶斯风险网络的梯级水库群薄弱梯级、关键梯级以及控制性梯级的识别方法与流程

本发明涉及一种水利水电工程领域用于风险分析、评估和管控的基于贝叶斯风险网络的梯级水库群薄弱梯级、关键梯级以及控制性梯级的识别方法。

背景技术：

流域梯级水库群少则由十几座多则由几十座水库组成，梯级水库群抵抗风险的能力随着梯级水库的坝型、坝高、库容及其组成形式的不同而不同；风险在梯级水库群之间的随洪水的演进自上游到下游不断的传递、转移和放大，路径明晰，梯级间传递时间上有明显的时间差；

基于以上特点，为避免出现大范围的梯级连溃，梯级水库群的风险防控宜采取分段的方式，将风险在小范围内截断或转移。梯级水库群的风险防控，重点在于“防”，“防”和“控”相结合，“防”的关键在于提高自身抵抗风险能力，要找出梯级水库群中的薄弱梯级，补强短板；“控”的关键在于风险的截断和转移，要找出梯级水库群中的关键梯级和控制性梯级，进行重点设计和管理，必要时采用超标准，超常规方法，提高安全裕度，将梯级水库群的风险分段截断，分级控制；

梯级水库群风险防控的关键是对梯级水库群进行科学合理的分段，而科学合理的分段需要对梯级水库进行科学合理的分类，为此将梯级水库群中的梯级分为一般梯级、薄弱梯级、关键梯级及控制性梯级四类，以关键梯级作为风险控制段的分界梯级；

梯级水库群中某梯级水库发生溃坝（大坝失事）后，根据梯级水库群贝叶斯风险网络可以推出下游各梯级水库出现溃坝的后验概率。以梯级水库发生溃坝的概率为衡量指标，将梯级水库群中大坝失事概率最高的梯级定义为薄弱梯级；将梯级水库群某一区段（通常4-5个梯级）内引起下游相邻梯级水库大坝失事概率变化最大的梯级定义为关键梯级；以关键梯级作为分界梯级将梯级水库群划分成若干风险控制段，从上游开始依次比较相邻2~3个风险控制段的关键梯级，有效库容最大的梯级定义为控制性梯级；梯级水库群中除薄弱梯级、关键梯级和控制性梯级以外的其它梯级称为一般梯级；

一般的，在梯级水库群中，薄弱梯级往往是风险触发梯级，关键梯级往往是在某一区段中起到风险局部阻断作用的梯级，控制性梯级则是在较大范围区域起到截断风险作用的梯级，显然控制性梯级必然是关键梯级（如图1中，s5，si+3分别就是控制性梯级cs1和cs2）。流域风险防控中，将关键梯级作为梯级水库群风险防控分段的梯级（如图1中的s5，s9，si+3和sn），将控制性梯级作为梯级水库群风险截断划分的梯级（如图1中的cs1和cs2）；

因此，梯级水库群风险防控的关键就是要找到梯级水库群中的薄弱梯级、关键梯级以及控制性梯级；

在国家重点基础研究发展计划（973计划）“梯级水库群风险等级确定与风险设计理论（2013cb036403-03）”的支撑下，课题组开展了有针对性的研究，在运用贝叶斯风险网络对梯级水库群进行了大量的风险分析和评估的实践的基础上，提出了梯级水库群薄弱梯级、关键梯级以及控制性梯级的识别方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是基于梯级水库群贝叶斯风险网络如何识别梯级水库群中的薄弱梯级、关键梯级及控制性梯级；

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先，从上游开始，按4~5个梯级为一区段，将梯级水库群划分成若干区段；其次，针对每一区段，从上游开始，依次假定各梯级发生溃坝，求出其溃坝引起其下游相邻梯级水库发生溃坝的概率的变化量；再次，针对每一区段，找出其溃坝引起下游相邻梯级溃坝概率变化量最大的梯级水库，即为关键梯级水库；接着，以关键梯级为分界梯级重新将梯级水库群分为若干风险控制段；然后，从梯级水库群上游开始，将相邻每2~3个风险控制段作为风险控制级，将风险控制级中的关键梯级进行比较，有效库容最大的梯级即为控制性梯级；最后，针对每一风险控制段，比较各梯级水库的失事概率，失事概率最大的梯级为该风险控制段的薄弱梯级，除薄弱梯级、关键梯级以外的梯级为一般梯级；

梯级水库群薄弱梯级，关键梯级以及控制性梯级的识别方法和流程如下：

a、第一步，从上游开始，按4~5个梯级为一区段，将梯级水库群划分成若干区段；

b、第二步，针对每一区段，从上游开始，依次假定各梯级发生溃坝，求出其溃坝引起其下游相邻梯级水库发生溃坝的概率的变化量，计算公式:

(1)

式中，表示第i级电站发生溃坝时，下游电站发生溃坝概率的变化率；si表示第i级梯级水库发生溃坝的事件；表示第i级电站不发生溃坝时，第i+1级电站发生溃坝的概率；表示第i级电站发生溃坝时，引起第i+1级电站发生溃坝的概率；

c、第三步，针对每一区段，找出其溃坝引起下游相邻梯级溃坝概率变化量最大的梯级水库，即为关键梯级水库；

scr=e(cmax)=e(max{ci})(2)

式中，scr表示关键梯级水库；e(·)是一映射函数，此处指向溃坝概率变化量最大的水库的梯级；

d、第四步，以关键梯级为分界梯级重新将梯级水库群分为若干风险控制段；

e、第五步，从梯级水库群上游开始，将相邻每2~3个风险控制段作为风险控制级，将各风险控制级的关键梯级进行比较，有效库容最大的梯级即为控制性梯级；

f、第六步，针对每一区段，比较梯级水库群中各梯级水库的失事概率，失事概率最大的梯级为该区段的薄弱梯级，表达式见如下：

(3)

式中，表示薄弱梯级水库；为第i座梯级水库失事的概率；e(·)是一映射函数，此处指向某失效概率最大的水库的梯级；

本发明的有益效果是：梯级水库群的分类以及薄弱梯级、关键梯级和控制性梯级的识别为梯级水库群的风险防控和管理提供了决策依据，有良好的运用前景。

附图说明

图1是本发明梯级水库群风险控制分段（1）和分级（2）示意图；

图中标记为：(1)表示梯级水库群的风险分段，(2)表示梯级水库群的风险分级，(3)表示梯级水库群中的关键梯级，(4)表示梯级水库群中的控制性梯级。si表示第i座梯级水库；pi表示第i座水库的失效概率（也为）；csi表示第i座控制性梯级；li表示第i段梯级水库群；li表示第i级梯级水库群。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。具体实施的主要步骤如下：

a、第一步，从上游开始，按4~5个梯级为一区段，将梯级水库群划分成若干区段(1)；

b、第二步，针对每一区段，从上游开始，依次假定各梯级水库si发生溃坝，求出其溃坝引起其下游相邻梯级水库发生溃坝的概率的变化量；

c、第三步，针对每一区段，找出其溃坝引起下游相邻梯级溃坝概率变化量最大的梯级水库，即为关键梯级水库(3)；

d、第四步，以关键梯级为分界梯级重新将梯级水库群分为若干风险控制段(1)；

e、第五步，从梯级水库群上游开始，将相邻每2~3个风险控制段作为一风险控制级(2)，比较各风险控制级(2)中的关键梯级(3)，有效库容最大的梯级即为控制性梯级(4)；

f、第六步，针对每一区段(1)，比较梯级水库群中各梯级水库的溃坝概率pi（），失事概率最大的梯级为该区段的薄弱梯级。

实施例：

本专利方法在大渡河流域梯级水库群某部分区段的风险识别中得到成功运用，能较好的识别出梯级水库群中的薄弱梯级、关键梯级及控制性梯级，为梯级水库群的风险防控提供决策依据。