大型水利枢纽施工期通航风险动态评价方法研究

摘要

近年来，随着内河航运经济的蓬勃发展，船舶货运量逐年增加，水利枢纽工程建设也逐步增多。大型水利枢纽是多种类型水工建筑物的综合体，兼顾防洪、发电、蓄水、通航等多种功能，是利国利民兴利除害的大型工程。目前中国已有上千座水利枢纽，这类水利枢纽工程的建成在一定程度上有利于改善航道通航条件。但该类工程通常建在内河水域，占用通航水域范围大，工程施工期间涉及施工工艺繁杂，工期跨度大，并且会对原本内河航道的通航环境及正常的交通组织秩序产生不可避免的影响，给船舶通航带来不可忽视的风险。由于大型水利枢纽施工期长，施工范围、作业强度、环境等随着施工进度而不断变化，因此，对工程施工期的通航风险进行动态分析，针对不同施工阶段分别进行通航风险的定量评价，是保障大型水利枢纽施工期船舶通航安全的关键技术。 论文通过对大型水利枢纽及其长施工期的通航特征进行分析，提取大型水利枢纽施工期的船舶通航风险因素，并对通航风险因素的不确定性及随机性特点进行表征，最终依据大型水利枢纽施工期及通航风险因素的动态变化特点构建了大型水利枢纽施工期的通航风险动态评价模型，主要研究内容如下： （1）大型水利枢纽施工期通航风险因素识别。利用综合安全评估（Formal Safety Assessment，FSA）方法框架，通过分析大型水利枢纽及其施工期的船舶通航特征，利用改进的人因分析与分类系统（Human Factors Analysis Classification Systems，HFACS）框架对大型水利枢纽施工期通航安全风险因素进行识别。根据大型水利枢纽系统数据的来源和特点，提出了基于证据推理理论/层次分析法（Evidential Reasoning Approach,Analytic Hierarchy Process-Bayesian Network，ERA/AHP）的专家知识推断信息提取方法，解决了贝叶斯网络参数设置过程中个体推断信息缺乏及不完备等问题。 （2）大型水利枢纽施工期的通航风险静态评价方法研究。在通过HFACS框架提出的18个主要的风险因素及4种风险结果的基础上，根据专家知识推断及信息提取方法构建了大型水利枢纽施工期通航风险评价的贝叶斯（Bayesian Network,BN）模型。以葛洲坝水利枢纽扩能工程施工期为例，结合10位专家知识信息及通航信息统计数据，计算葛洲坝扩能工程施工期通航风险评价BN模型的条件概率表和通航风险因素的发生概率，进而实现了葛洲坝扩能工程施工期通航风险的静态评价。 （3）大型水利枢纽施工期的通航风险动态评价方法研究。通过对大型水利枢纽及其施工期通航特征的分析，对通航风险因素的不确定性及随机性进行表征，得到动态通航风险因素，并引入蒙特卡洛仿真方法实现动态风险因素的确定性概率到概率分布的转化。以葛洲坝水利枢纽扩能工程施工期为例，对其施工期的船舶事故风险、船闸事故风险、引航道事故风险进行风险动态量化，体现数据不确定性特征，进而实现葛洲坝水利枢纽扩能工程施工全过程通航风险动态评价。 论文研究了大型水利枢纽施工期的风险评价时的不确定性问题，实现了对大型水利枢纽长施工期的风险评价方法的优化，一定程度上丰富了水上交通风险和安全管理的相关理论。同时，以葛洲坝水利水利枢纽扩能工程施工期为例，研究了其施工期各阶段的风险特征分布，建立了动态风险评价模型，实现了葛洲坝水利枢纽扩能工程施工期通航风险动态评价，有效地提高了风险评价结果的可靠性，为工程施工期安全保障与风险防控提供了技术支持。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.1.3课题来源

1.2 国内外研究现状

1.2.1航运系统风险评价方法

1.2.2工程施工期风险评价研究

1.2.3动态风险评价方法

1.2.4研究趋势分析

1.3研究内容及关键问题

1.3.1研究内容

1.3.2解决的关键问题

1.4研究方法和技术路线

1.5论文组织框架

第2章 大型水利枢纽施工期通航特征分析

2.1大型水利枢纽可航水域通航特征

2.1.1大型水利枢纽可航水域通航环境

2.1.2大型水利枢纽对船舶通航的影响

2.2大型水利枢纽工程施工期通航特征

2.2.1大型水利枢纽施工期的通航环境

2.2.2大型水利枢纽施工期对船舶通航的影响

2.3大型水利枢纽施工期通航风险分析

2.4本章小结

第3章 大型水利枢纽施工期通航风险动态评价方法

3.1基于HFACS的通航风险因素识别方法及层次模型构建

3.1.1大型水利枢纽施工期通航风险因素识别方法

3.1.2大型水利枢纽施工期通航风险层次模型构建

3.2大型水利枢纽施工期通航风险静态评价方法

3.2.1大型水利枢纽施工期的通航风险建模方法

3.2.2基于BN的大型水利枢纽施工期的通航风险静态评价建模步骤

3.3大型水利枢纽施工期通航风险动态评价方法

3.3.1 蒙特卡洛仿真基础理论

3.3.2 基于MCs的大型水利枢纽施工期的通航风险动态评价建模步骤

3.4本章小结

第4章 葛洲坝水利枢纽扩能工程施工期通航风险评价

4.1葛洲坝水利枢纽扩能工程水域通航环境

4.1.1葛洲坝水利枢纽自然环境分析

4.1.2葛洲坝水利枢纽交通环境分析

4.2葛洲坝水利枢纽工程施工期碍航性分析

4.3葛洲坝水利枢纽扩能工程施工期通航风险因素识别

4.4葛洲坝水利枢纽扩能工程施工期通航风险BN模型构建

4.4.1网络节点分析

4.4.2节点相关性分析

4.4.3贝叶斯网络结构分析

4.5基于证据推理理论/层次分析法的BN参数设定

4.6基于贝叶斯网路的风险静态评价与敏感性分析

4.7本章小结

第5章 葛洲坝水利枢纽施工全过程通航风险动态评价

5.1葛洲坝水利枢纽扩能工程施工概况

5.1.1工程施工期通航风险特征描述

5.1.2扩能工程的施工方案及施工进度

5.2通航风险动态评价研究步骤

5.3葛洲坝水利枢纽施工全过程通航风险因素动态特征分析

5.4基于MCs的葛洲坝水利枢纽施工期通航风险动态评价模型

5.4.1概率分布抽取

5.4.2葛洲坝水利枢纽施工期通航风险概率计算

5.5对比分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1研究总结

6.2创新点

6.3研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研情况

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