不完备信息下水库群实时防洪调度多维多目标风险诊断与调控研究

Many uncertainties are associated with the real-time operations of multi-reservoir systems. Therefore, it is of great value to diagnose the multiple uncertainties in real-time flood control operations and control the corresponding risks brought by them for improving the reliability of flood control decisions. This study will establish a risk analysis model and a multiobjective risk management model of a multi-reservoir system based on the Copula-Dynamic Bayesian Network (CDBN) theory for the risk diagnosis and management under multiple uncertainties and incomplete information. The proposed methodology has the following characteristics: ① It has a calculation capability of the random variables with continuous states in Dynamic Bayesian Network (DBN) while the traditional DBN models discretize the continuous variables or assume joint normal distributions for the variables. ② It realizes the integration of risk analysis and risk control for real-time flood control operations while the traditional methods usually conduct them separately. ③ It reveals spatial–temporal evolution mechanisms of the multiobjective risks and the corresponding replacement relationships among them under multiple uncertainties; It achieves the multidimensional and multiobjective risk control for the real-time flood control operation of a multi-reservoir system to improve the existing single-dimensional risk control methods.

水库群实时防洪调度是不完备信息支撑下的风险调度，诊断实时调度过程中的多维不确定性并对其带来的风险进行综合调控，对于提升防洪决策的可靠性具有重要价值。本研究将首次引入Copula-动态贝叶斯网络（CDBN）理论，构建不完备信息下水库群实时防洪调度的Copula-多元异构动态贝叶斯网络风险分析模型和多目标综合风险调控模型，发展多维不确定性协同作用下的风险诊断与多目标综合调控新方法。研究特色：①以随机过程展现多维不确定性因子的时空演变规律和风险的动态转换机制，实现动态贝叶斯网络（DBN）的连续状态计算，避免了传统DBN离散化方法和正态分布假设在实时调度应用中的不足；②实现防洪系统风险评估与风险调控的“一体化”分析和计算，改进了现有方法单独计算的不足；③揭示多维不确定性协同作用下水库群防洪系统的多目标风险置换关系和转变机理，实现防洪系统的多维多目标风险调控，改进了现有单维调控方法的不足。

水库群实时防洪调度过程中存在了诸多不确定性，给水库群实时防洪调度与决策带来了风险，诊断水库群实时防洪调度过程中的多重不确定性，并对其带来的风险进行定量的评估与调控，对于提升水库群防洪决策的可靠性具有重要价值。本项目筛选了水库群实时防洪调度过程中的主要风险因子，构建了影响水库群实时防洪调度的风险因子集，并采用随机过程刻画风险因子随时间的动态演变过程；构建了不完备信息支撑下水库群实时防洪调度Copula-动态贝叶斯网络风险分析模型，提出了模拟水库群实时防洪调度过程中风险“动态演化”和“反向诊断”的方法，揭示了风险因子在水库群中的演变规律；考虑了各水库自身安全、各防洪控制断面安全等多重防洪任务，建立了不完备信息支撑下并联水库群实时防洪多目标综合风险调控模型，求解得到水库群实时防洪风险调度的多目标 Pareto 前沿，研究了多重不确定性因子协同作用下并联水库群防洪系统各类风险的多目标置换关系。以淮河流域的史灌河和淠河支流为例，开展了实例研究，研究成果可为水库群实时防洪调度的风险管理提供理论方法和决策支持技术。