水利工程风险分析研究现状综述(2)
(2)MC法由于水利工程荷载等因素概率密度函数均较复杂,采用直接积分法难以求得解析解。有鉴于 此,采用MC法统计试验计算风险率,直接处理风险因素的不确定性。MC法在水利工程中应用广泛,如 Hreinsson等[9采用MC法对不同类型的水电工程扩建规划进行风险分析并决策;高波等:10采用MC法生成长系 列的典型入库洪水过程,进行水库调洪的风险率计算;徐卫亚等[11研究了堤防失稳条件概率的计算方法,用 MC法计算了超标洪水下堤防失事风险率等。MC法关键在于将生成的伪均匀分布随机数转换为符合风险变量 概率分布的随机数。方法原理简单,精度高,但进行模拟的前提要求各个风险变量之间相互独立,因此难以解 决风险变量之间的相互影响,且计算结果依赖于样本容量和抽样次数,计算量大。对变量的概率分布假设很敏 感需要给出各个风险变量的概率分布曲线,这在统计数据不足时是难以实现的。正是因为MC法的这些缺 点,人们发展了各种所需信息量少、计算量小且精度不错的F0SM法。
(3)FOSM法不需要变量的概率分布,只需均值和方差,利用泰勒级数展开将风险变量线性化后,采用 迭代法求解原点面到极限状态面的最短距离来转求风险率[13。当已知变量近似正态分布时,根据线性化点选 择的不同,分为MFOSM法和AFOSM法。MF0SM法假设各影响因素相互独立,将线性化点选为均值点,因此 可能计算误差颇大。AF0SM针对这一缺点,将线性化点选为风险发生的极值点(风险点)。JC法将F0SM法进 一步扩展到风险变量为任意分布的情况,将风险变量的非正态分布转化为当量正态分布,求得等效均值和方差 用FOSM法求出风险。FOSM法计算效率一般远高于MC法,当风险变量非线性化程度不高时,可满足精度要 求,因此广受欢迎,尤其是JC法。如陈凤兰等[12将JC法和MC法应用于泄洪风险中,进行对比计算认为JC 法有足够的精度;胡志根等^3]建立了用JC法求解过水围堰设计风险率的计算模型并进行计算;Mailhot等 用FOSM法推导了水质风险率计算式,研究了 FOSM法在水环境评价中的应用等。作为一种解析法,FOSM法 收敛性有待理论上的证明。
除上述外,单一风险分析还有重现期法、回归法、随机有限元法、Bayes法等。但就数理统计理论讲,这 些都是概率估计问题,其正确与否,主要取决于统计资料的真实齐全,也取决于风险分析的理论水平。如 Bayes法15,虽然具有坚实的理论基础,但必须计算先验概率和条件概率才能求得风险的后验概率,计算难 度、工作量都较大。
2综合风险分析
从系统工程角度看,水利工程除本身所具有的水文、水力等随机不确定性外,因其牵涉到工程技术、经 济、社会、环境等各个方面还具有模糊不确定性、灰色不确定性等,需要通过综合的风险分析方法来对 众多竞争和矛盾的定性定量风险因素进行优先排序及总体评价,实现对风险的权衡、优选和决策。
从数学的角度讲,综合风险分析就是通过两次映射,把无序空间上的点映射到有序空间上,从而实现风险 的比较优化。通过指标体系的量纲一化实现将一个由n个无序的、单位不统一的指标构成的n维空间A上的 点映射到一个由无计量单位的n个指标构成的n维空间B上的点,而后通过各种综合分析方法,将各项指标值 转化为一个综合指标值,实现在一个一维有序空间中的比较分析。
因此,综合风险分析的步骤一般包括确定评价对象、选择评价指标并通过极差变换、线性比例变换等方法 对指标数据进行量纲一化处理,确定权重系数,利用单一风险分析结果或专家评价结论建立评价模型等,结合 权重系数得出各个系统的综合评价值。
2 1指标权重确定
各项指标权重原则上是可以通过指标间的数值关系分析、对评价结果的影响分析等来确定。但在实际使用 时,由于许多风险因素难以用定量方法来计算因此,指标权重的确定通常采用Delphi法(专家调查法)和层次 分析法(AHP法)AHP法主要利用求判断矩阵特征向量的方法,求出递阶层次结构中同一层次各元素对上一层 次某元素的权重,最后获得最底层对最高层(总目标)的相对重要性赋权。其本质就是故障树分析法。
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