水利工程再开发的多目标导流风险演化机理及调控理论

The diversion system of redevelopment construction of water resource project usually controls flood with the assistance of existing hydraulic structures and inherits the functions and objectives of existing water projects. Under multi-objective constraints, several flood control conditions and construction course influence, diversion risk is characterized. It becomes a multi-objective dynamic course with multi-dimensional uncertainty factors, complicated nonlinear, and a large number of characteristic parameters. In this project, first of all, the multi-objectives, boundaries, constraints of the system, typical strategies of flood control, system parameters and risk properties of bodies will be analyzed. Secondly, through the analysis of risk patterns and factors, diversion risk evaluation model will be built by coupling models of risk factors. Thirdly, based on the course analysis of risk properties and risk equalization, the impacting mechanism will be studied, that explains the effects of reconstruction strategies of flood control parameters on the course of diversion risk by means of such as space-time distribution rearrangement, boundary extension or add new control unit in diversion system. At last, the field of investment combination-risk regulation is to be generated by analyzing the investment strategies through bridging the investment combinations and risk regulation via parameters of flood control. Goal is to find the optimization method of investment-risk state and hence establish risk regulation theory of multi-objective diversion in water resources project redevelopment. Phase by phase, the empirical studies with practical project data will be carried on. This study can be served as a theory support for optimization of scheme and investment in multi-objective diversion of water resources project redevelopment.

水利工程再开发导流常协同既有水工建筑物控制洪水，同时维持现有工程功能目标。导流系统风险因受多目标功能约束、多洪水控制条件和施工过程的影响 而成为包含多维不确定性因素、复杂非线性和大量特征参数的多目标动态过程。本项目系统分析水利工程再开发导流系统的多目标组成、边界和约束条件、典型洪水控制策略和参数及各主体的风险属性；基于致险模式分析，研究并耦合致险因素模型，建立导流系统风险评价模型；基于风险属性和风险均衡等过程性分析，研究洪水控制参数的时空重组、边界延拓和维度扩展等重构策略对系统风险过程的影响，揭示多目标导流风险演化机理；分析导流系统投资策略，以洪水控制参数桥接导流系统投资组合与风险调控效果，构建投资组合－风险调控效应场，解决导流系统投资－风险状态的寻优问题，建立多目标导流系统投资风险调控理论；同时，分阶段利用工程资料展开实证研究。研究成果可为水利工程多目标导流方案和投资优选提供理论支撑。

水利工程再开发中导流工程是施工组织的关键问题。并且由于建设条件受到自然条件和已建工程条件的双重制约，条件更加复杂。本项目从复杂建设条件下的导流风险测度、多目标导流风险决策优化、多目标导流系统风险调控三个层面出发，有层次有步骤的展开研究。在风险分析方面，建立了大坝重建工程的施工导流风险分析模型，得出了大坝原址重建工程的导流风险特性。建立了梯级建设环境下导流风险模型，得出了上游工程在建、上游工程已建、上游工程控泄等条件下的导流风险评价模型。同时运用多线程计算技术强化了导流风险分析的计算效能。在决策优化方面，引入了QRA方法，认为风险是决策事件可能未来状态与决策者主观期望的偏离，通过确定型投资偏离、概率偏离和风险型投资偏离等三个决策指标来建立决策空间优化决策；引入k-可加模糊测度方法优化导流风险方案决策，考虑均衡处理风险、费用和工期三者之间的关系，认为最优导流方案是超标洪水发生后，有时间和资金修复被破坏的导流建筑物。在导流风险调控方面，考虑梯级电站建设环境，上游电站在不同建设阶段和建设主体的情况，建立了导流标准协调与控制模型和多主体之间的协商和博弈模型。同时，为了让上述研究更加直观，在导流风险和决策要素的可视化方面展开研究。为让多目标方案决策权重和方案排序更加直观，建立了施工导流风险决策的三维可视化模型；为了清楚表达溃堰洪水演进过程，建立了基于虚拟现实平台的溃堰洪水演进4D交互式可视化模型。同时为了强化溃堰洪水风险要素，建立了基于ArcMap的溃堰洪水风险可视化模型。在理论研究的基础上，本项目也积极参与工程应用，对改扩建工程施工导流的多个方面进行了研究。主要建立了基于CATIA的导流工程三维水力数值模拟方法；展开了深厚覆盖层上直腹式钢板桩围堰结构优选研究。研究成果，为水利水电工程改扩建工程导流风险评估、风险控制、方案选择提供了有力的理论基础。