一种水库防洪调度风险分析方法技术

本发明专利技术涉及水库防洪调度风险分析方法，公开了水库防洪调度维纳过程及其随机微分风险分析方法。包括以下步骤：(1)分析防洪调度中存在的各种不确定性；(2)建立水库调洪演算随机微分方程；(3)建立水库防洪调度风险评估模型；(4)对水库防洪调度风险进行计算与分析。本发明专利技术考虑了多种不确定性对水库防洪调度的影响，分析了水库调洪过程中各时刻水位波动情况，推求了防洪调度水位超限风险解析表达式，攻克了传统水库调洪演算随机微分理论中未考虑多元不确定性和时变随机扩散项的理论瓶颈，完善了基于随机微分方程的水库防洪调度风险分析方法。

A Risk Analysis Method for Reservoir Flood Control Dispatching

The invention relates to a risk analysis method for reservoir flood control dispatching, and discloses a Wiener process for reservoir flood control dispatching and a stochastic differential risk analysis method thereof. It includes the following steps: (1) analysis of various uncertainties in flood control operation; (2) establishment of stochastic differential equation for reservoir flood control operation; (3) establishment of risk assessment model for reservoir flood control operation; (4) calculation and analysis of reservoir flood control operation risk. The present invention considers the influence of various uncertainties on reservoir flood control dispatching, analyses the fluctuation of water level at each time in the process of reservoir flood control dispatching, derives the analytical expression of excessive risk of water level in flood control dispatching, overcomes the theoretical bottleneck of the traditional stochastic differential theory of reservoir flood dispatching calculation which does not take into account multiple uncertainties and time-varying stochastic diffusion terms, and perfects the water based on stochastic differential equation. Risk analysis method for reservoir flood control dispatching.

【技术实现步骤摘要】
一种水库防洪调度风险分析方法
本专利技术涉及水文学中水库防洪调度风险评估领域，更具体地，涉及一种水库防洪调度风险分析方法。
技术介绍
水库防洪调度过程中，存在诸多不确定性因素：如预报不确定性、下泄流量不确定性和水位-库容曲线的不确定性等。这些不确定性会给防洪安全带来了一定的影响，并且会导致防洪风险。目前，防洪风险的评估方法主要是随机模拟方法和解析法，其中随机模拟方法是通过对不确定性进行随机模拟，进而进行大量的模拟调度，最后统计模拟调度结果中超过某一水位即流量的概率来计算风险，但此方法达到可靠精度所需计算量较大；解析法主要是推导水库功能函数及其分布函数进而计算风险率，传统解析方法难以解决功能函数无显式解析表达式的防洪调度问题，且无法考虑不确定性间的相关性。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有防洪风险的评估方法中随机模拟方法达到可靠精度所需计算量较大，以及传统解析方法难以解决功能函数无显式解析表达式的防洪调度问题，且无法考虑不确定性间的相关性的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种水库防洪调度风险分析方法，包括以下步骤：(1)确定防洪调度中存在的各种不确定性因素，所述不确定性参数包括：洪水预报不确定性因素、下泄流量不确定性因素和水位-库容曲线的不确定性因素；(2)基于所述不确定性因素建立水库调洪演算随机微分方程，求解所述随机微分方程，并基于求解的结果确定水库各个时刻水位的期望和方差；(3)建立水库防洪调度风险评估模型，以基于极端洪水事件的发生概率、水库各个时刻水位的期望和方差确定水库防洪调度风险值。可选地，所述步骤(1)具体包括如下步骤：(1.1)洪水预报不确定性：式中，为水库t时刻预报流量；Q(t)为水库t时刻实测流量；ξ1(t)为t时刻洪水预报相对误差，假定各时刻相互独立且服从正态分布σQ为相对预报误差的均方差；(1.2)下泄流量不确定性：式中，为水库t时刻实际下泄流量；q(t)为水库t时刻由调度规程确定的下泄流量；ξ2(t)为t时刻下泄流量相对误差，假定各时刻相互独立且服从正态分布σq为下泄流量相对误差的均方差；(1.3)水位-库容曲线的不确定性：V(t)＝G(H(t))+ξv式中，V(t)为水库t时刻库容；H(t)为水库t时刻水位；G(·)为水库水位-库容曲线；ξv为水位-库容曲线误差，假定服从正态分布σv为水位-库容曲线误差的均方差。可选地，所述步骤(2)具体包括如下步骤：(2.1)将整个调度期划分为T个时段，第i+1个时段的起点时刻记为ti时刻，终点时刻记为ti+1时刻，建立水库调洪演算随机微分方程：式中，Qi为第i+1个时段入库流量均值；qi为第i+1个时段下泄流量均值；T为调度期时段总数；(2.2)求解水库调洪演算随机微分方程：H(ti+1)＝ai+1(V(ti+1)-ξv)+bi+1其中，V(ti+1)＝V(ti)+(Qi-qi)(ti+1-ti)+ξ(ti+1)×(ti+1-ti)式中，ξ(t)＝Qi×ξ1(t)-qi×ξ2(t)，t∈[ti,ti+1]；H(ti+1)为水库ti+1时刻水位；V(ti+1)为水库ti+1时刻库容；ai+1、bi+1均为ti+1时刻水库库容线性拟合参数；(2.3)推求水库各时刻水位均值方差：其中，式中，E(·)、D(·)分别为期望与方差，σi为库容误差的均方差。可选地，所述步骤(3)中，所述水库防洪调度风险值具体通过如下公式确定：其中，式中，为极端洪水事件发生概率；Pf为调度期内任意时刻水位超过安全水位的概率；Ai表示事件：ti时刻水库水位H(ti)超过安全控制水位Hs；为事件Ai发生的概率，Φ(·)表示标准正太分布的分布函数。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供的水库防洪调度风险分析方法，综合考虑各种不确定性的内在影响并将其很好的嵌入水库调洪演算随机微分方程中，本专利技术能够适用于多种形式的防洪调度规则，通用性强，易于实现，效率高。附图说明图1是本专利技术提供的水库防洪调度风险分析方法的流程图；图2是三峡1896年典型100年一遇不同相对预报误差标准差下随机水位过程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供水库防洪调度随机微分风险分析方法，分析水库调洪过程中各时刻水位波动情况，推求防洪调度水位超限风险解析表达式。如图1所示，本专利技术提供的水库防洪调度风险分析方法的流程图，包括以下步骤：(1)确定防洪调度中存在的各种不确定性；不确定性包含洪水预报不确定性、下泄流量不确定性和水位-库容曲线的不确定性。(1.1)洪水预报不确定性：式中，为水库t时刻预报流量；Q(t)为水库t时刻实测流量；ξ1(t)为t时刻洪水预报相对误差，假定各时刻相互独立且服从正态分布σQ为相对预报误差的均方差。(1.2)下泄流量不确定性：式中，为水库t时刻实际下泄流量；q(t)为水库t时刻由调度规程确定的下泄流量；ξ2(t)为t时刻下泄流量相对误差，假定各时刻相互独立且服从正态分布σq为下泄流量相对误差的均方差。(1.3)水位-库容曲线的不确定性：V(t)＝G(H(t))+ξv(3)式中，V(t)为水库t时刻库容；H(t)为水库t时刻水位；G(·)为水库水位-库容曲线；ξv为水位-库容曲线误差，假定服从正态分布σv为库容曲线误差的均方差。(2)建立水库调洪演算随机微分方程；(2.1)建立水库调洪演算随机微分方程：式中，Qi为[ti,ti+1]时段入库流量均值；qi为[ti,ti+1]时段下泄流量均值；T为调度期时段总数。(2.2)求解水库调洪演算随机微分方程：H(ti+1)＝ai+1(V(ti+1)-ξv)+bi+1(5)其中，V(ti+1)＝V(ti)+(Qi-qi)(ti+1-ti)+ξ(ti+1)×(ti+1-ti)式中，ξ(t)＝Qi×ξ1(t)-qi×ξ2(t)，t∈[ti,ti+1]；ai+1、bi+1为ti+1时刻水库库容线性拟合参数。具体ξ(ti+1)可参见ξ(t)的求解公式求解得到。(2.3)推求水库各时刻水位均值方差：其中，式中，E(·)、D(·)分别为期望与方差，σi为库容误差的均方差。(3)建立水库防洪调度风险评估模型；其中，式中，PR为水库防洪调度风险率；为极端洪水事件发生概率；Pf为调度期内任意时刻水位超过安全水位的概率；Ai表示事件：ti时刻水位超过安全控制水位Hs；为事件Ai发生的概率。(4)对水库防洪调度风险进行计算与分析。(4.1)将待计算防洪调度风险水库的入库过程代入调洪演算随机微分方程中；(4.2)计算水库调洪演算时刻水位均值方差；(4.3)计算水库防洪调度水位超限风险。其中，水位超限指的是水位超过安全控制水位。实施例：以三峡水库防洪调度为例，考虑洪水预报误差、下泄流量曲和水位-库容曲线等不确定性，将一场百年一遇典型年洪水代入调洪演算模型中，定量表征水库调洪过程中各时刻水位波动情况，计算防洪调度水位超限风险率。拟定3种不同相对预报误差均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水库防洪调度风险分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定防洪调度中存在的各种不确定性因素，所述不确定性因素：洪水预报不确定性因素、下泄流量不确定性因素和水位‑库容曲线的不确定性因素；(2)基于所述不确定性因素建立水库调洪演算随机微分方程，求解所述随机微分方程，并基于求解的结果确定水库各个时刻水位的期望和方差；(3)建立水库防洪调度风险评估模型，以基于极端洪水事件的发生概率、水库各个时刻水位的期望和方差确定水库防洪调度风险值。

【技术特征摘要】
1.一种水库防洪调度风险分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定防洪调度中存在的各种不确定性因素，所述不确定性因素：洪水预报不确定性因素、下泄流量不确定性因素和水位-库容曲线的不确定性因素；(2)基于所述不确定性因素建立水库调洪演算随机微分方程，求解所述随机微分方程，并基于求解的结果确定水库各个时刻水位的期望和方差；(3)建立水库防洪调度风险评估模型，以基于极端洪水事件的发生概率、水库各个时刻水位的期望和方差确定水库防洪调度风险值。2.根据权利要求1所述的水库防洪调度风险分析方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：(1.1)洪水预报不确定性：式中，为水库t时刻预报流量；Q(t)为水库t时刻实测流量；ξ1(t)为t时刻洪水预报相对误差，假定各时刻相互独立且服从正态分布σQ为相对预报误差的均方差；(1.2)下泄流量不确定性：式中，为水库t时刻实际下泄流量；q(t)为水库t时刻由调度规程确定的下泄流量；ξ2(t)为t时刻下泄流量相对误差，假定各时刻相互独立且服从正态分布σq为下泄流量相对误差的均方差；(1.3)水位-库容曲线的不确定性：V(t)＝G(H(t))+ξv式中，V(t)为水库t时刻库容；H(t)为水库t时刻水位；G(·)为水库水位-库容曲线；ξv为水位-库容曲线误差，假定服从正态分布σv为水位-库容曲线误差的均方差。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：周建中，戴领，王权森，黄康迪，骆光磊，曾昱，陈璐，莫莉，覃晖，蒋志强，冯仲恺，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42