基於熵值分析的城市供水系統風險定量化評價方法研究

《基於熵值分析的城市供水系統風險定量化評價方法研究》是依託天津大學，由牛志廣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於熵值分析的城市供水系統風險定量化評價方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：牛志廣
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本項目通過對系統科學、計算機技術等交叉學科方法原理的綜合運用，開展城市供水系統風險定量化評價方法研究，重點解決風險評價過程中的系統性和不確定性問題。首先，通過對不同子系統之間的協同關係和作用機理的分析，根據串並聯繫統特徵和集對分析原理，建立供水系統風險傳播數學模型，探索風險在供水系統中的傳播機理；其次，將物理學上無序度和不確定性的科學量度指標熵函式與風險有機結合，提出供水系統風險熵概念及計算公式，探索利用熵理論解決供水系統風險定量化問題的方法；再次，採用突變理論分析供水系統功能突變的機理，建立突發事件作用下供水系統的尖點突變勢函式和分歧方程，提出基於突變級數法的供水系統風險定量化評價方法；最後，整合上述研究成果，綜合考慮城市供水的經濟性和供水風險的可接受水平，研究確定供水系統應對一定突發事件所需具備的系統結構參數臨界值，提出供水系統的風險熵控制方案。

結題摘要

城市供水系統是城市建設的重要基礎設施。但是由於系統設施自身結構老化，以及自然災害、恐怖攻擊等各種突發事件都給城市供水安全帶來重大威脅。因此，供水安全問題已經成為整個城市安全和防災系統的重要組成部分，急需建立一套城市供水系統風險評價技術體系。本項目通過綜合運用系統科學、計算機技術等交叉學科的方法原理，開展了城市供水系統風險定量化評價方法研究，重點解決風險評價過程中的系統性和不確定性問題。首先，通過對國內典型城市供水系統的組成特點進行分析，基於串並聯繫統理論建立了城市供水系統邏輯結構數學模型，在此基礎上採用系統學思想分析了子系統之間的協同關係和作用機理，根據串並聯繫統特徵和集對分析原理，確定不同子系統在整個供水系統風險傳播過程中的風險傳播係數，建立了供水系統風險傳播數學模型，探索了分在供水系統中的物理傳播路徑和傳播機理，解決了供水系統風險評價的系統性問題。其次，針對供水系統在面臨突發事件時功能轉變的突變性特徵，分析了供水系統功能突變的機理，建立了供水子系統尖點突變模型，在此基礎上，結合供水子系統脆弱性綜合評價指標體系的建立，提出了基於突變級數法的供水系統脆弱性評價數學模型，並以某供水子系統為例，驗證了上述方法的可行性，克服了以往脆弱性評價方法主觀性的缺陷。再次，針對供水系統面臨突發事件的機率水平、嚴重性程度存在的不確定性問題，將能有效解決無序度和不確定性問題的熵函式引入到供水子系統中進行風險評價研究。提出了供水系統風險熵概念及計算公式，探索利用熵理論解決供水系統風險定量化問題的方法，並以某配水子系統為例進行研究，驗證了上述城市供水系統風險熵定量化評價模型的準確性和有效性，解決了供水系統風險評價的不確定性問題。最後，在上述研究的基礎上，綜合考慮城市供水系統的經濟性和供水風險的可接受水平，根據供水系統的風險熵取決於突發事件發生機率的不確定性和嚴重性水平及其自身結構的脆弱性，以城市供水系統某一可控程度應對地震突發事件為例，採用正交分析、層次分析和模糊聚類等方法，從降低脆弱性和提高應急能力兩方面研究了城市供水系統風險熵控制方案。並以某開發區供水管網為例分別對脆弱性降低方案和應急能力提高方案進行了考察，在考慮到經濟性的情況下，通過結果分析，驗證了設計方法的合理性和可行性，並針對其薄弱環節提出了建議。