基于系统可用度的土石坝洪水漫顶风险分析

论文摘要

水库在我国国民经济基础产业中占有重要地位,大坝失事,将给国家和人民的生命财产安全带来不可估量的损失。本文对土石坝水库漫顶风险进行分析意义非常重大。本文首先介绍风险评估方法,包括决策树分析法、事件树分析法、故障树分析法等,并应用的故障树分析法对风险的因素进行全面的认识,逐个进行辨识找到失效原因,寻找最主要的失效模式。在考虑各因素对大坝漫顶风险的影响时,本文不但考虑入库洪水过程的水文条件不确定性、库容与水位关系的边界条件不确定性,库面积与水位关系的边界条件不确定性、和防洪起调水位的初始条件不确定性等因素,还在闸门系统中引入定期监控系统可用度模型,重点考虑了闸门可用度对出库泄洪能力的水力条件不确定性的影响。这些因素导致了库水位变化过程和相应泄洪能力的随机性,也最终导致最高库前水位的随机性。本文漫顶风险模型是考虑各种随机过程影响的随机微分方程,该方程属于非解析性特征函数类型,需采用“积分一次二阶矩法”,通过龙格.库塔格式求解库前最高水位,并计算漫顶的风险概率。本文介绍的计算方法(即可靠度的计算方法)主要有均值一次二阶矩方法(MFOSM)、改进一次二阶矩方法(AFOSM)、JC法、蒙特卡洛模拟法(MCS)等。将辽宁大伙房水库作为实例,依据上述的理论和方法,按照洪水漫顶风险分析步骤,计算大坝漫顶的失效概率,并进行结果分析,对于水库的运行也提出了一定的合理化建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外分析现状
• 1.2.1 国外漫顶风险分析现状
• 1.2.2 国内漫顶风险分析现状
• 1.3 本文主要的研究内容
• 2 风险分析概述及计算方法
• 2.1 风险分析概述
• 2.1.1 风险分析基础理论
• 2.1.2 风险分析的目的、内容和程序
• 2.1.3 可靠性分析
• 2.1.4 大坝漫顶的风险分析（可靠度计算）
• 2.2 不确定性分析
• 2.2.1 均值一次二阶矩法（中心点法）
• 2.2.2 改进一次二阶矩法（验算点法）
• 2.2.2.1 功能函数为线性函数
• 2.2.2.2 功能函数为非线性函数
• 2.2.3 JC法
• 2.2.4 蒙特卡洛模拟法
• 2.2.4.1 随机变量的抽样
• 2.2.4.2 可靠度模拟的基本方法
• 2.2.5 实用分析法
• 2.3 系统风险分析
• 2.3.1 决策树分析（DTA）
• 2.3.2 事件树分析（ETA）
• 2.3.3 故障树分析（FTA）
• 2.3.4 水库大坝系统的风险分析
• 2.4 本章小结
• 3 可用度模型
• 3.1 可用性与可用度
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 固有可用度
• 3.1.3 使用可用度
• 3.2 系统可用度模型
• 3.2.1 两类基本定期监控系统模型
• 3.2.2 定期监控系统的可用度模型
• 3.3 实例分析
• 3.3.1 算例介绍
• 3.3.2 闸门系统可用度
• 3.4 本章小结
• 4 大坝漫顶风险评估
• 4.1 水库调洪演算方法及影响因素的不确定性分析
• 4.1.1 水库调洪演算的基本理论
• 4.1.2 洪水、库容及泄洪能力的不确定性分析
• 4.1.3 调洪计算的差分格式
• 4.2 大坝漫顶风险模型建立
• 4.3 漫坝风险模型的求解方法
• 4.3.1 “积分—一次二阶矩”方法
• 4.3.2 考虑闸门可用度的漫坝风险
• 4.4 本章小结
• 5 实例计算
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 地理位置
• 5.1.2 水库流域特征
• 5.1.3 水库工程概况
• 5.2 水库防洪标准复核
• 5.2.1 水库工程基本资料
• 5.2.2 历次洪水复核情况
• 5.3 大伙房水库漫坝风险各种不确定性的处理
• 5.3.1 水库水位-水库面积关系的不确定性
• 5.3.2 水位-泄流量关系
• 5.3.3 入库洪水
• 5.3.4 起调水位和坝顶高程的不确定性
• 5.4 大伙房水库漫坝风险模型及风险计算
• 5.5 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢