串联水库联合供水的风险分析

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1、水利学报2003年06月SHUILIXUEBAO第6期文章编号：0559-9350(2003)06-0014-08串联水库联合供水的风险分析1,2211韩宇平，阮本清，解建仓，王晓辉(1.西安理工大学水利水电学院，陕西西安710048；2.中国水利水电科学研究院水资源研究所，北京100044)摘要：为干流多个串联水库与地下水库联合对区域供水系统建立风险分析模型。以系统分析的思想为基础，考察来水和用水的不确定性，利用地表水和地下水联合调配数学模型，采用随机模拟技术对串联水库联合供水的风险进行定量描述。对石家庄地区的分析计算结果表明，该方法充分考虑了区域工农业需水量约束和生态环境需水约束

2、，得出的结论对区域决策具有参考意义。关键词：串联水库联合供水系统；随机模拟；联合调配数学模型；风险分析中图分类号：TV697；X820.4文献标识码：A风险是由于系统的不确定性因素引起的。由于水资源系统是一个开放的复杂的动态复合大系统，加上[1-3]人类认识客观世界的局限性，水资源系统总是伴随着各种不确定性因素，这些不确定性因素的来源可分[4-6]为以下几个方面：①自然现象或有关随机过程的不确定性(如降雨径流的变化、来水过程、需水量等均具有较大的不确定性)；②社会现象的不确定性(如人口变化、经济发展、政治上的政策、战争等均具有不确定性)；③人类认识客观世界的局限性(如模型的不确定性、

3、参数的不确定性等)；④需要、效益和费用不能确切预知所引起的不确定性；⑤决策过程的不确定性。正是由于这些不确定性因素的存在，使得水资源系统不可避免地存在一定的风险。水资源系统风险的定义甚多，在随机水文学中，它被定义为一个失事事件发生的概率；在水资源工程经济分析评价中，风险是指当考虑特征指标的随机性时，工程在整个运用[7]时间获取某一决策指标小于或大于某一规定值的可能性或概率。概括起来，水资源系统风险泛指在特定的时空环境条件下，水资源系统中所发生的非期望事件及其发生的概率并由此产生的损失程度。本文所研究的是串联供用水系统(图1)的水量短缺风险，是指在整个供水系统运行期间发生的供水水量小于

4、需水水量的风险。为了消除人为因素对水资源系统不确定性的影响，本文假定对串联水库进行联合优化调度，从而可以获得在一定来水情况下水库系统的最大可供水量，区域需水量与最大可供水量的差便是所要求的缺水量，对区域缺水量系列进行统计便可得到区域缺水风险。为了研究来水和用水不确定性对串联供水系统造图1三串联水库与一地下水库成的风险，本文依据实测资料先生成长系列的分配到月联合供水的概化模型份的来水量系列，然后以月份为时段结合区域需水量对每一年的来水进行串联水库的联合优化调度以获取年最大可供水量，区域需水量系列是根据不同的降水年收稿日期：2002-05-20基金项目：国家自然基金重点项目(502390

5、90)；科学技术部社会公益研究专项资金项目“首都圈水资源保障研究”；水利部科技创新项目(SCX2001-08)联合资助作者简介：韩宇平(1975-)，男，宁夏彭阳人，博士研究生，主要研究方向：水文水资源。14水利学报2003年06月SHUILIXUEBAO第6期型确定的，最后对每一生成的不同来水年份进行缺水量的统计，对长系列水文年的统计可以得到串联水的缺水风险。1水库的来水系列生成为了计算串联水库联合供水系统的供水风险，首先要在实测资料的基础上生成长系列的来水过程，这是风险分析的基础。1.1来水过程年径流总量随机模型的建立本文采用线性自回归模型，即马尔柯夫模型来生成年来水总量系列Qt

6、：Q=Q+ϕ(Q−Q)+ϕ(Q−Q)+……+ϕ(Q−Q)+ε（1）tp,1t−1p,2t−2p,pt−pt式中：Qt为第t年的径流量；Q为序列的平均值；ϕ﹑ϕ、…﹑ϕ为自回归系数或偏相关系数，反p,1p,2p,p2映在时间上的相依性大小；ε为模型误差项，纯随机成分，一般假定为正态分布N(0，σ)。tε若令y=Q−Q，则式(1)变为：tty=ϕy+ϕy+……+ϕy+ε（2）tp,1t−1p,2t−2p,pt−pt式(2)是中心化变量表示的自回归模型。[8]1.2月径流随机模型的建立本文采用相关解集模型来生成月径流系列，该模型的公式为：Y=AQ+Bε（3）T式中：Y为各月月径流量，Y=(

7、y1,y2,…，y12)；Q为由式(1)生成的年径流量；A为模型参数，反映各月月径流量平均分配水平；B为12×12的参数矩阵，反映各月之间的相关关系程度；ε为模型残差量，ε=(ε1，Tε2，…，ε12)，ε1、ε2、…、ε12相互独立，可以是正态或偏态分布，ε与Q相互独立。以上各参数可由n年实测资料估算。1.3径流序列的生成对具有偏态的水文序列，我国一般把年月径流随机ε当作P-Ⅲ型分布，可以利[9]用舍选法生成P-Ⅲ型分布随机数。利用舍选法生成随机数后再结