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

1、城市生命線系統(tǒng)是保障城市生活和生產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濟的基礎產業(yè)，是社會經濟發(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。生命線管網系統(tǒng)在自然災害作用下的破壞模式多是由于管網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產生災難性后果。研究生命線系統(tǒng)級聯(lián)失效風險的最小化問題具有現實的應用價值和意義。
　　本文在綜述國內外生命線工程研

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

4、供水網絡風險優(yōu)化的可行性和必要性。建立供水網絡級聯(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，適應度函數的確定，遺傳算法參數的設定和遺傳算子的設計，實現模型的計算。并通過一個管網案例分析，演示算法的計算過程。考慮二次破壞風險的情況下確定管網的關鍵節(jié)點。基于集對分析理論，對供水網絡分析系統(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，進而得出供水網絡節(jié)點