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本文以禹门口供水工程为研究对象,在分析水源区(黄河)径流时序的变化规律的基础上,应用Copula贝叶斯网络理论对水源区(黄河)与受水区(汾河)河流之间径流丰枯遭遇风险进行分析,为水资源优化配置提供科学依据。根据禹门口供水工程的实际功能要求,运行特点和供水水质目标,对水环境风险进行识别及机理分析,并采用贝叶斯网络对非突发性水环境风险进行评估。在对大坝溃堤风险影响因素进行具体识别和分析的基础上,确定引发溃坝危险的各变量因子,构建溃坝风险贝叶斯网络拓扑图,结合历史资料及专家知识,确定各变量的条件概率表,在MATLAB平台下应用贝叶斯网络计算溃坝风险概率。本文取得的主要成果如下:
(1)结合Kendall秩次检验法、R/S分析法、游程分析法和Markov过程分析法的优点,对黄河(龙门站)年径流量变化规律进行了分析。
(2)应用Copula方法构建禹门口供水工程黄河水源区与汾河受水区之间二维径流联合分布模型,并对二者之间的丰枯遭遇频率进行计算,通过分析认为黄河水源区与汾河受水区同时出现枯水年是禹门口供水工程的调水不利情况,其它丰枯组合为调水有利情况。故禹门口供水工程调水有利的概率为76.48%,调水不利的概率为23.52%。在此基础上构建Copula贝叶斯网络丰枯遭遇风险管理模型,并对禹门口供水工程未来运行中可能发生的丰枯遭遇及其风险进行了仿真研究。
(3)在MATLAB平台下应用贝叶斯网络计算禹门口供水工程的水质风险概率。由计算结果可以看出:①水温升高将增加水质风险发生的概率,增加幅度为0.0172。②点源和非点源污染增加水质风险发生的概率分别为0.3053,0.3044,很显然污水排放增加了水质恶化的可能性。③枯水年水量减少会导致水质风险发生的可能性增大。④调水源头水质会对受水区水质产生影响,导致受水区水质发生变化。⑤多因子联合影响下的水质风险概率,以调水源头水质和污水排放组合情况下水质风险发生的概率来进行讨论,调水源头水质为Ⅱ类水时,对应污水排放为点源、非点源、不排放的情况下,水质级别大于Ⅲ类的概率分别为0.9646、0.9717、0.4896,可见点源污染和非点源污染导致水质风险发生的概率增大,污水不排放时水质风险发生的概率将减小。
(4)在MATLAB平台下应用贝叶斯网络计算溃坝风险概率。由计算结果可以看出:①当超标洪水发生时,大坝失效(溃坝)和安全的概率分别为0.6001和0.3999;②考虑多因子联合影响下的溃坝风险概率,以超标洪水和泄洪能力情况下溃坝风险发生的概率来进行讨论,当超标洪水发生时,泄洪能力不足的情况下,对应大坝失效(溃坝)和安全的概率分别为0.8999和0.1001;当超标洪水发生时,泄洪能力满足要求的情况下,对应大坝失效(溃坝)和安全的概率分别为0.6000和0.4000。