基于洪峰洪量联合分布的高堆石坝中期施工导流风险测度与评价

作     者：罗舒 

作者单位：三峡大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵春菊

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：高堆石坝 施工洪水 Copula函数 蒙特卡洛模拟 峰量相关 

摘      要：由于高堆石坝多集中于高山峡谷地区,洪枯水位和流量变化幅度大,坝址处水文特征复杂,因此对施工洪水模拟的难度较大;同时施工填筑量大导致填筑周期长,并且施工导流过程贯穿整个施工期,特别当坝体高程超过围堰堰顶高程时,即在中后期导流过程中,施工导流风险一旦发生,轻则导致工程进度延误,重则对下游城乡居民的生命财产安全产生较大威胁。因此,对高堆石坝中期导流风险进行测度分析具有一定工程意义和研究价值。本文围绕高堆石坝中期导流风险计算及分析展开系统研究,通过Copula函数建立峰-量联合分布,结合水力、施工进度不确定性建立中期导流风险测度模型,在此基础上,引入三参数区间数概念,利用相对贴近度对导流方案进行优选分析。本论文主要研究工作和研究成果如下:(1)基于Copula函数建立施工洪水洪峰-洪量联合分布模型。根据实测洪水资料,构建施工洪水洪峰洪量边缘分布函数,并通过K-S检验确定最终拟合线型;通过对不同类型Copula函数比较和优选,建立施工洪水峰-量联合分布函数,并得到函数相关参数。通过联合分布函数提取对应的重现期,根据多倍比扩大法对选取的洪水曲线进行处理得到施工洪水过程线。耦合洪水联合分布及导流建筑物泄流能力分布,对坝前最高洪水位进行随机模拟,得到坝前水位分布情况,为风险模拟与测度提供数据来源。(2)将施工填筑高程视为风险模拟中的随机变量,建立考虑填筑区强度和施工有效天数随机性的大坝逐月填筑高程仿真模型,结合坝址多年汛期降雨资料与高堆石坝因雨停工标准,分析影响施工有效天数的日降雨量分布特征,得到大坝施工月停工天数边缘分布函数;同时对前期施工强度数据及类似工程资料进行计算,分析施工强度不确定性得到其近似分布。进一步为风险模拟和测度提供数据来源。给出高堆石坝中期施工汛期逐月风险模型及随机模拟预测方法。以西南某流域高堆石坝为例,对坝址施工洪水峰量相关性以及大坝中期导流风险进行计算与验证,最终得到逐月风险率,及其对应当量重现期的最高挡水位。计算结果为高堆石坝度汛风险决策和施工进度精细化控制提供参考。(3)在高堆石坝中期导流风险测度模型建立的基础上,引入三参数区间数理论,提出施工导流总费用、导流风险损失及停工天数等决策指标的区间范围数学表达,并利用综合主客观法确定区间数指标权重,得到最终决策模型。基于相对贴近度概念,计算指标值与基准点间距离的比例值,对导流方案进行优劣排序,计算结果为高堆石坝中期施工导流方案多目标决策提供了方法和思路。