基于多目标四层嵌套概率模式的海岸工程风险评估研究

Face to the global climate change induced increasing tendency of extreme sea hazards intensity and disasters losses, some design codes in China and abroad for coastal structures , especially for coastal defence infrastructures for nuclear power plant (NPP) must be make risk assessment. Following China goverment "2011-2020 Established the Wolrd' Most Security Safety Regulations ", in this proposal recommended established the theoritically based new model -" Four layer nested multi-objective joint probability model ". The new model included : typhoon characteristics layer ; stochastic-numerical calculation layer ; probability prediction of typhoon induced disasters layer ; layer of risk assessment for different structures against disasters. Based on the ALARP principle the risk analysis for constructed, planned coastal defence structures for NPP should be give recommendations for IAEA some design codes.

应对全球气候变化、灾害频发的趋势，针对国内外有关行业规范具体条文不能满足我国重大海岸防护工程设计、防灾、减灾要求，更不能满足我国"按照全球最高安全要求新建核电项目"的现状，本项目拟开发和构建一套具有完整理论依据和应用价值的多目标四层嵌套联合概率模式。该模式包含区域台风特征层、随机-数值计算层、台风诱发致灾因素统计分析层和海岸防护工程风险评估层，能针对不同海区、不同台风特征组合、不同海岸防护工程结构对各种致灾因素的不同响应机制，使用基于 ALARP原则的结构失效评估方法检验现行海岸工程设计标准的潜在隐患，以此评估现有海岸防护工程诸如滨海核电站防护工程设计规范中规定的设防标准存在的重大风险，进一步提出更加合理的设防标准建议，最终构建应对气候变化的海岸灾害预测、预警和评估体系。

本项目基于我们自主研发的多维复合极值理论（MCEVD），构建基于重点抽样法求解非高斯过程，具有不同相关性的多因素联合概率随机模拟技术模型求解多维联合极值分布的问题。使用本方法只需输入各变量的边缘分布型式、均值、方差及相关系数矩阵，通过随机模拟法即可计算得到不同主控因素条件下的多种致灾因素组合相应的联合重现期，可以克服以往多维联合概率模式无法克服的计算量大、运算缓慢、结果离散程度大的问题。.项目组针对海岸带台风诱发暴潮、巨浪与伴生的天文大潮“三碰头”致灾因素，在数值计算和联合概率预测模型中的输入—输出体系引入整体不确定性（GUA）、整体敏感性（GSA）分析，最后分析计算结果的置信区间。应用核安全规程HAF0100规定的“可能最大台风”、“可能最大台风暴潮”、“设计基准洪水”（DBF)及国际核电组织IAEA的防护工程设计标准。. 在本项目研究中还探索了复合极值分布模式中的二维连续函数代之以二维最大熵联合分布，一维Poisson分布代之以离散最大熵分布，得到新的联合概率分布。新的最大熵联合分布模式是在最大熵原则下导出的，因此与以往单变量复合分布模式和多变量复合分布模式（如Poisson-混合Gubmbel和Nested-Logistical等分布）相比减少了先验性。项目组进一步把一维泊松分布改变为不仅考虑海域台风出现频率，同时考虑指定海域与台风中心的最近距离的二维离散最大熵分布与连续型分布共同构成新的复合极值分布模式。. 在以上探索基础上，项目组创建了“多目标四层嵌套概率预测模式”用于重要海岸工程风险评估。以台风“菲特”上海灾害为例：考虑台风暴潮、暴雨洪水与天文大潮的组合，使用项目组开发的上述模式计算的百年一遇预测结果，已大大超过上海防护工程500年一遇超警戒水位设防标准；对广东岭澳核电站使用上述模式计算的500年联合重现期最大台风暴潮、波高及相应的天文大潮，比按核安全规范（HAF0100）的设计标准为 “设计基准洪水”高出1.65m。从而证明了原有设计标准存在弊端和缺陷，因而造成海岸防护工程具有很大的风险性。同样，该理论用于三峡大坝风险分析，考虑其上游四条支流不同重现期洪量百年一遇联合概率远远高于运用单因素外延传统方法设计的500年一遇设计洪量。