【简介】
摘要:首先概述了水系统中风险分析研究方法,然后从防洪安全、水资源利用、水利工程施工、地下水及其污染等方面的实际问题入手,综述了风险分析在水系统中的应用研究进展,并展望了其发展趋势:将熵理论引入到风险分析的研究领域中;开展“风险分析的风险”的研究;比较和改进现有的风险分析研究方法,等等.
关键词:风险分析;水系统;应用研究;评述
风险是与不确定性联系在一起的.风险与可靠性问题的研究,始于20世纪30～40年代,人们运用概率论研究机器设备的维修问题.后来,风险分析和可靠性理论不断完善充实,逐步形成为一门应用科学.
水系统是一个开放的复杂的巨系统.开展水系统的风险分析工作不仅要预估未来自然资源和灾害可能出现的情势,还须考虑人类社会、经济和环境的承受能力与敏感程度即资源需求和抗灾能力未来可能的变化,以及人与自然相互作用、相互影响的互动关系具体到水系统不确定性一般分为水文不确定性、水流不确定性、建筑结构不确定性和经济不确定性.长期以来,传统的重现期方法只考虑如洪水流量之类施加于结构上的荷载的水文随机性,结构承载能力作为确定性量处理以引入安全系数的形式增加设计承载能力,消除由于不确定性造成的不安全因素.这种方法已不适合于水系统的风险分析,因为该法不能系统考虑水系统规划设计中的多种不确定性,不能显式评价水文和水流等不确定性;采用安全系数既没有科学基础,也同样不能考虑这些不确定性.因此,采用风险分析的方法势在必行.
1　风险分析在水系统中的应用研究进展
水系统方面,20世纪初即已经考虑洪水发生频率的问题,水文工程师对此贡献甚大.20世纪70年代初
期,Ang,Yen和Tang[2,3]①以雨水排水系统设计为例,建立了包括水文风险和水流风险在内的耦合风险模型,首先介绍了风险分析在水系统上的可行性.此后,风险分析在水系统上的应用逐渐推广.
1.1　风险分析方法的研究进展
目前,水系统中风险分析方法已有多种,从直接积分法、MC(蒙特卡罗)法、MFOSM(均值一次两阶矩)法,发展到AFOSM(改进一次两阶矩)法、JC法、二次矩法等.概括起来:(a)直接积分法理论概念强,在研究随机变量影响因素个数较少时尚可应用,但如果影响因素较多,就难以找出概率密度函数或概率关系,或即使找到,也难以求得分布的解析解或数值解.所以,直接积分法在实用时限制最多.(b)MC法可以考虑随机变量各影响因素,不管怎样总会有结果,但计算量最大且结果未必一定精确.所以,在有其它简单方法时,一般都避免使用MC法,或以此法作为一种对照.(c)FOSM(一次两阶矩)法是一种在随机变量分布尚不清楚时,采用只有均值和方差的数学模型的方法.它运用泰勒级数展开,使之线性化.根据线性化点选择的不同,分为MFOSM(均值一次两阶矩)法和AFOSM(改进一次两阶矩)法.MFOSM法假设各影响因素相互独立,将线性化点选为均值点.MFOSM的计算可能误差颇大.