[发明专利]一种超临界洪水风险分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及洪水风险分析领域，尤其涉及一种超临界洪水风险分析方法。

背景技术

洪水灾害是全球最严重的自然灾害之一，全世界灾害损失的40％是由洪水造成的，我国因洪水所造成的财产损失居各类灾害之首，因此，揭示洪水风险灾害机理、减轻洪水灾害损失就成为水文学及水资源领域重要的研究课题。

超临界洪水是指超出了防洪工程的防洪-兴利联合运用能力但仍没有发生洪水灾害的那部分洪水，具有很高的洪水风险值。防洪-兴利联合运用指的是在防洪运用过程中，当且仅当洪水属可调控洪水时(洪水风险较低)，才涉及洪水资源的利用，故其不同于洪水资源化。另一方面，超临界洪水亦不同于传统的汛期难控制利用洪水，后者更多的涉及到洪水兴利运用中的调控能力。因此，超临界洪水除具有洪水资源化和汛期难控制利用洪水的内涵之外，还具有高灾害风险特性，是发生洪水灾害前的一种临界状态。故开展超临界洪水风险研究具有极其重要的理论价值与现实意义。

洪水资源化概念是我国一些学者和水管理者在对我国水资源短缺、水污染、生态环境问题深入认识的基础上于本世纪初提出来的。水利部于2003年将洪水资源利用列为重点调研课题，国家防办也成立了专题调研小组。目前国内对洪水资源化进行了许多不同层面的研究，总的来说，主要通过提高水库汛限水位的方法来实现洪水资源化，但汛限水位提高后，会直接提升水库的风险级别，如果操作不当，甚至会发生毁坝或决堤的灾难性事件。另一方面，直接对汛期难控制利用洪水量评价及其风险分析的研究较少，大都研究都仅限于地表水资源可利用量研究中，其计算方法大体有倒算法、洪水弃水系数法等，由于前者的计算结果较难于反映水资源可利用量的动态特征，在实际应用中多采用后者。但洪水弃水系数法仅考虑水质对洪水弃水的影响，没有考虑工程和非工程措施联合调控洪水的能力。同时，这些方法仅适用于低含沙河流，难以在高含沙河流应用。为此，近期有研究者提出适用于高含沙河流的分级最大值法来推求汛期难控制利用洪水量，但该方法侧重于洪水的利用而忽视洪水的灾害特性。目前应用于洪水资源化和汛期难控制利用洪水量分析的方法无法适用于超临界洪水分析领域，故当前超临界洪水量评价的研究鲜有报道，对其风险特性亦少有涉及。另外，目前对多变量洪水风险分析的研究，大多是通过风险变量的条件概率或联合分布的求解来获取，但多变量的条件概率或联合分布的求解异常困难，故在现实中少有对三变量以上问题的研究，这极其不利于洪水风险及其灾害机理的揭示与阐述。由于超临界洪水是洪水灾害发生前的一种临界状态，因此，开展不同工程非工程措施、不同水质差异、多变量的超临界洪水风险分析具有极其重要的现实意义与科学价值，其对于有效揭示洪水风险和洪水灾害机理具有极其重要的作用，也可为洪水资源化提供有力的技术支撑，故有必要寻求一种有效的超临界洪水量评价及其风险分析方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超临界洪水风险分析的方法。它以防洪优化调度理论、信息熵和统计理论为基础，巧妙结合工程非工程措施对洪水的调控能力和洪水资源的开发利用程度，提出一种超临界洪水风险分析的方法。本发明首先基于工程-非工程措施(不同防洪工程及其防洪优化调度)对洪水的调控性能的差异，确定工程非工程措施水量侧的超临界洪水量；同时基于水质的差异对洪水开发利用的影响，确定工程非工程措施水质侧的超临界洪水量；进而把水量侧和水质侧相结合，确定工程非工程措施水量侧-水质侧的超临界洪水量；然后基于工程非工程措施以及水质的差异性对超临界洪水的影响，建立耦合水量侧、水质侧的超临界洪水风险模糊隶属度函数；最后结合Pearsion-III型分布理论与信息熵理论，提出综合考虑不同工程非工程措施、不同水质差异、多变量的超临界洪水风险度量，分析超临界洪水风险。

为解决上述问题，本发明采取以下技术方案：

一种超临界洪水风险分析的方法，它适用于不同工程非工程措施、不同水质差异、多变量的超临界洪水风险的分析计算，该方法具体步骤如下：

步骤一：确定工程非工程措施水量侧的超临界洪水量。从水量的角度来看，水库、堤坝等防洪工程对洪水的调控能力是不相同的，因此，它们导致的超临界洪水量不同。当水库有超临界洪水量下泄时，水库下游的洪水量由堤坝工程来承担，故在有水库的区域，防洪保护对象的防护功能由水库和堤坝共同完成，而在没有水库的区域，防护对象仅由堤坝工程来防保。

对于水库工程，基于水库的防洪优化调度方法，建立如下目标函数：

Min(V_ipr-V_ipp)²  (1)