基于贝叶斯网络的跨流域调水工程水文风险分析研究

摘要

水是地球生命之源,在人类经济生活中起着重要作用。但是水在自然界的分布是不均匀的,随着社会经济的发展,用水量逐渐增加,许多城市已经呈现出比较严重的缺水问题。跨流域调水工程是解决水资源分布不均匀、为缺水地区提供水源的有效途径。但是跨流域调水工程普遍具有调水距离长、途经区域广的特点,面临着复杂的水文地质和生态环境状况,工程运行中存在较多潜在的风险,影响工程效益的正常发挥。为了更好地保障跨流域调水工程正常运行,迫切需要研究跨流域调水工程中的风险,为工程运行管理提供决策支持。
　　本论文针对跨流域调水工程中的风险特点,以跨流域调水工程水文风险为研究对象,运用多种风险分析理论,将贝叶斯网络(Bayesian Network)与Copula函数结合起来,将定性分析方法和定量分析方法相融合,同时将决策理论等知识运用于跨流域调水工程水文风险分析中。以南水北调中线工程为例,构建了贝叶斯网络模型,分析其暴雨洪水风险和水源区受水区丰枯遭遇调水风险,取得了一些具有理论意义和实际应用价值的研究成果。
　　论文共分六章,主要研究内容包含三个部分:风险分析和贝叶斯网络的基本概念和理论;跨流域调水工程的风险类型及其特性分析,南水北调中线工程水文风险的特点分析;基于贝叶斯网络理论,分析南水北调中线工程暴雨洪水风险分析和水源区受水区丰枯遭遇调水风险。
　　第一章:阐述了研究跨流域调水工程水文风险的目的和意义,对风险分析理论的发展进行了回顾,综合评述了工程风险分析理论、风险分析方法的关键技术和存在的问题,在此基础上确立了本文的主要研究内容和研究方法。
　　第二章:研究了贝叶斯网络的理论基础,贝叶斯网络风险分析方法的特点以及与其他风险分析方法相比的优点。说明了贝叶斯网络的建模步骤和方法,贝叶斯网络风险的推理和仿真过程。为跨流域调水工程水文风险分析提供了研究方法。
　　第三章:探讨了跨流域调水工程的概念及其特性,分析了跨流域调水工程中的风险类型。并以南水北调中线工程为例,分析了其中的风险特点,详细分析了其水第四章:研究了南水北调中线工程暴雨洪水风险产生的机理、暴雨洪水的特性及其对中线工程的影响,分析了暴雨洪水风险的风险因子,基于贝叶斯网络构建了南水北调中线工程暴雨洪水风险分析模型,进行风险综合评估,并对不同风险因子仿真分析。计算结果表明基于贝叶斯网络的南水北调中线工程暴雨洪水风险分析可为工程运行管理提供技术支持。
　　第五章:探讨了丰枯遭遇风险分析的方法,将数理统计法和Copula函数方法应用于贝叶斯网络参数辨识中,构建了基于贝叶斯网络的南水北调中线工程水源区和受水区丰枯遭遇风险分析模型,计算了调水年和各季度的调水风险。联合Copula函数和贝叶斯网络建立丰枯遭遇模型,定量直观地描述了水源区和受水区之间复杂的降水丰枯时空组合关系,为多变量水文风险分析提供了一种新的方法。
　　第六章:全面系统地总结了本文的研究成果,并提出有待进一步研究的问题。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 风险分析的基本理论与方法

1.4 国内外研究概况

1.5 论文的主要研究内容

2 贝叶斯网络风险概述

2.1 贝叶斯分析法

2.2 贝叶斯网络的基本原理

2.3 贝叶斯网络的建模

2.4 贝叶斯网络风险仿真

2.5 本章小结

3 跨流域调水工程水文风险识别

3.1 跨流域调水工程风险类型

3.2 南水北调中线工程的水文风险及其特点分析

3.3 本章小结

4 南水北调中线工程暴雨洪水风险分析

4.1 暴雨洪水风险产生的机理

4.2 风险因子分析

4.3 暴雨洪水风险贝叶斯网络模型

4.4 本章小结

5 南水北调中线工程调水风险分析

5.1 丰枯遭遇风险分析方法

5.2 基于贝叶斯的丰枯遭遇风险分析模型

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读博士学位期间发表的论文目录

附录 2 攻读博士学位期间参与的科研工作