城市生命線系統(tǒng)級聯(lián)失效風險最小化研究——以供水管網(wǎng)為例.pdf

1、城市生命線系統(tǒng)是保障城市生活和生產(chǎn)正常進行的中樞系統(tǒng)的統(tǒng)稱，通常包括城市交通、能源、通信、給排水等城市基礎設施系統(tǒng)。供水系統(tǒng)是城市生命線系統(tǒng)的重要組成部分，是城市生活和國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。自然災害的發(fā)生威脅著人類的生存條件，使得生命財產(chǎn)受到損失，災害發(fā)生后，城市供水、供電、通信、交通、供氣等系統(tǒng)部分或者全部喪失服務能力。由于各個系統(tǒng)之間并不是獨立工作的，各個生命線系統(tǒng)之間的關聯(lián)作用，進一步引發(fā)次生災害，會使得整

2、個城市陷入崩潰。這些年來，自然災害發(fā)生造成的直接損失和間接損失越來越重大，研究生命線系統(tǒng)的級聯(lián)失效風險最小化越來越重要。生命線管網(wǎng)系統(tǒng)在自然災害作用下的破壞模式多是由于管網(wǎng)某一處的破壞從而造成其他關聯(lián)節(jié)點的破壞，由于級聯(lián)失效作用的存在，在整個管網(wǎng)系統(tǒng)造成了連鎖反應從而導致破壞的放大效果，導致系統(tǒng)中的大部分甚至是整個管網(wǎng)產(chǎn)生災難性后果。研究生命線系統(tǒng)級聯(lián)失效風險的最小化問題具有現(xiàn)實的應用價值和意義。
　　本文在綜述國內(nèi)外生命線工程研

3、究歷史及現(xiàn)狀的基礎上，提出供水管網(wǎng)級聯(lián)失效風險的概念，通過將信息熵指標的現(xiàn)實化利用供水管網(wǎng)內(nèi)部的冗余度來評價供水管網(wǎng)的可靠性。流量熵模型可以融合進供水管網(wǎng)優(yōu)化計算中以提高供水管網(wǎng)可靠性，降低供水網(wǎng)絡發(fā)生級聯(lián)失效的風險。為了使管網(wǎng)更加接近真實，采用管網(wǎng)延時狀況分析，利用EPANET進行供水管網(wǎng)的延時模擬分析，求得每個時段每個管段的流量，并對每一個時段的供水網(wǎng)絡進行風險分析，得出每個時段的供水管網(wǎng)級聯(lián)失效的風險值。進一步說明了基于流量分配的

4、供水網(wǎng)絡風險優(yōu)化的可行性和必要性。建立供水網(wǎng)絡級聯(lián)失效的風險優(yōu)化模型。將MATLAB求解遺傳算法的過程，應用到求解上述模型上來。通過編碼設計，適應度函數(shù)的確定，遺傳算法參數(shù)的設定和遺傳算子的設計，實現(xiàn)模型的計算。并通過一個管網(wǎng)案例分析，演示算法的計算過程?？紤]二次破壞風險的情況下確定管網(wǎng)的關鍵節(jié)點?；诩瘜Ψ治隼碚?，對供水網(wǎng)絡分析系統(tǒng)在發(fā)生一次破壞之后的發(fā)展態(tài)勢，利用集對勢分析網(wǎng)絡某個節(jié)點的破壞對其他節(jié)點的影響程度，進而得出供水網(wǎng)絡節(jié)點