基于集对势的供水系统级联失效下节点重要度分析

供水网络在灾害作用下的破坏模式多为由于网络中某些节点的破坏造成整个系统的连锁反应,级联失效的现象放大了管网系统遭受破坏的影响范围和程度,因此判断级联失效下的供水管网节点重要度对系统抗灾能力研究具有一定的意义。以往研究没有考虑系统发生一次破坏后的暂时稳定状态之后的发展趋势,以及处于暂时稳定状态的节点对系统最终可能状态的影响。基于集对分析理论,通过计算集对势,对供水网络一次破坏之后的系统发展态势进行了分析,利用集对势分析网络中节点的破坏对其他节点的影响程度,进而得出供水网络节点的重要度排序。这种考虑系统发展趋势的节点重要度评价,为网络系统中的节点重要性评价提供了一种新的研究方法和思路。     

建筑物地震次生火灾的贝叶斯网络推理模型研究

为了研究地震过程中建筑物内部燃气管道泄漏后引发次生火灾的演化路径,通过对地震次生火灾蔓延过程的分析,构建了反映城市地震燃气泄漏次生火灾发展各阶段中间原因事件之间依赖关系的贝叶斯网络,确定了节点变量及其状态取值范围。通过对国内外地震灾害记录和专家经验判断结论的分析,给出了贝叶斯网络结构中各节点变量的条件概率。依据贝叶斯网络推理方法,比较了地震特征及建筑属性相同条件下,消防力量扑救、地下供水管网老损等节点变量取值不同时,地震次生火灾的发生、失控以及蔓延的后验概率。推理结果表明,扑救行动的及时与有效性对地震火灾灾害的发生概率影响显著,灾害现场的环境风速、建筑物间的防火距离等因素对火灾蔓延概率有着较大的影响。     

市政埋地供水管网抗寒潮连通可靠度分析

为研究市政埋地供水管网抗寒潮可靠度,本文运用递推分解算法,以某城市供水管网为例,对供水管网抗寒潮连通可靠度进行分析,给出了管网连通可靠度的分布。研究表明,供水管网中水源点分布和管段可靠度是抗寒潮连通可靠度的重要影响因素;居于管网核心区域的成网状节点的可靠度较高,靠近管网边缘的呈树枝状节点的可靠度较低;距水源点较近节点,可靠度较高,距水源点较远节点,可靠度较低。建议优化管网中水源点的分布情况,使水源点尽量均匀分布在管网中;同时建议采取措施来提高每个管段的抗寒潮可靠度。研究对供水管网运行安全的抗寒潮预警具有一定参考价值。     

城市交通系统地震级联失效研究

城市交通网络在遭受地震破坏后,其中部分单元还会因次生灾害和突发事件遭受进一步的破坏。网络单元的相继故障则会使破坏的范围和影响扩大,给救援工作带来灾难性的后果。在评估震后路段剩余容量的基础上,采用"负荷-容量"模型从网络的整体效率、连通程度和路段的拥堵程度等多个角度,研究了网络节点遭受破坏后的级联失效后果。结果表明,不同节点失效下的级联失效后果存在明显的差异,拥堵引发的级联失效会严重降低交通效率,甚至造成救援中断。所提方法可供震后交通应急管制和重要网络单元的保护参考。     

基于震后低压变化的供水管网功能可靠度分析

供水管网的抗震功能是指供水管网在地震作用下能够满足震后城市特定用水需要(需水量和水压)的能力。地震发生后,供水管网一般处于低压供水状态,使得管网中部分用户的水压和水量不能得到全部满足,导致管网部分节点的实际配水量小于需水量。为此,在传统的管网水力分析基础上考虑节点流量随节点水压的动态变化,通过求解非线性水力方程组,得到管网节点实际流量和水压;同时,借鉴结构可靠度分析方法,引入供水管网系统随机水力模型,给出了震后供水管网功能可靠度分析的一次二阶矩方法。以一实际管网为例,演示了震后低压供水时管网功能可靠度分析的应用方法。     

基于微粒群算法的供水管网抗震优化设计

以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点最低可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震优化设计模型。利用微粒群算法对这一模型进行了求解,该算法以管网作为微粒个体,通过不断地更新微粒的位置来搜索最优的管网结构,直到最后给出优化的管网结构。利用上述方法对一典型供水管网进行了抗震优化设计分析,给出了3种不同节点最低可靠度约束条件下的优化改造方案。     

供水管网系统地震易损性风险评估

供水管网易损性风险评估就是通过识别和分析系统的易损性,找出管网中相对比较薄弱的部分,为确定安全策略和采取控制措施提供理论依据。借鉴网络脆弱性评估理论和方法,基于震后供水管网的连通性分析和水力分析结果,采用分层的分析方法,以管网的拓扑位置和节点服务特性作为影响管网易损性的因素,分配给各节点一定的权值,计算其易损性指标,采用定性与定量相结合的方法评判其易损性程度。对一实际管网进行地震易损性风险评估,说明了该方法的有效性与合理性。     

基于IIM的干旱灾害对黑龙江省玉米供应链的级联影响研究

为研究干旱灾害对黑龙江省玉米供应链的级联效应,以1998-2017年黑龙江省每年5-9月玉米生长期的降雨量月平均值代表各年不同的干旱程度,通过拟合降雨量-玉米产量方程给出了干旱灾害对玉米产量影响的规律,考虑由于供应链节点间的相互依赖性而存在的级联效应,把干旱灾害对玉米产量的影响作为触发供应链网络级联效应的初始扰动事件,采用不可运作投入产出模型(Inoperability Input-Output Model,IIM)和有序加权平均(Ordered Weighted Averaging,OWA)算子相结合的方法,通过评估当干旱导致供应短缺时玉米供应链上各节点的不可运作性,研究干旱灾害对黑龙江省玉米供应链的级联影响。结果表明,因干旱导致的玉米产量下降不仅给玉米生产者(农户)造成了损失,还通过级联效应将这种损失传递至整个供应链网络,给供应链上的所有节点均造成了不同程度的不可运作性。与其他节点的相互依赖程度越强,则受到干旱灾害导致的供给短缺的影响越严重,造成的不可运作程度与经济损失也越大。     

一致渗漏供水管网渗漏模型研究

针对一致渗漏供水管网,提出了一致点式渗漏模型,使单点渗漏与整个管网的渗漏水平协调。在同一渗漏水平下,比较了不同渗漏模型和不同压力指数下,管网水力状态的变化。分析表明:节点水压对渗漏模型没有管线流量和渗漏流量那么敏感;渗漏模型中的压力指数对管网水力状态的影响不大。两类渗漏模型对直接连通水源的管线渗漏非常敏感;当直接连通水源的管线渗漏时,管网渗漏将集中到这几根管线上,与管网一致渗漏假定不符。在模拟管网一致渗漏时,需要先排除直接连通水源的管线的渗漏。     

城市供水管网抗震可靠性分析与设计优化

考虑管线震害发生的随机性,利用管线在地震作用下反应的二阶矩特征信息,采用带渗漏管网抗震可靠性分析的一次二阶矩方法,以华中地区某市主干供水管网为例,进行了基本烈度条件下的可靠度分析,结果表明,在低、中烈度条件下,供水管网中各节点均处于可靠状态;在高烈度条件下,节点主要处于可靠状态,局部处于严重不可靠、甚至出现断水状态。进一步地,基于微粒群优化算法,以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点可靠度为约束条件,建立了新的供水管网抗震设计优化模型,并将供水管网所在区域的道路信息引入管网优化设计中,提出了管网拓扑的自动生成策略,从而形成了城市供水管网系统智能化抗震设计方法。数值算例表明,基于可靠度的抗震优化设计方法为风险-投资之间的合理均衡提供了理论基础,决策者可以据此选择所期望的最佳方案。