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城市供水系统脆弱性分析及风险评价系统方法研究

作　者: 陆仁强
导　师: 张宏伟
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 城市供水系统脆弱性风险评价传播机理系统方法
分类号: TU991.3
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 257次
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内容摘要

城市供水系统作为城市“生命线工程”之一,具有极其重要的作用。但是,管网自身结构老化,以及自然灾害、恐怖袭击等突发事件都给城市供水安全带来严重威胁。因此,供水安全问题已经成为整个城市安全和防灾系统的重要组成部分,急需建立一套城市供水系统风险评价技术体系,而以往的研究主要是以某个供水子系统或某种特定威胁为研究对象,缺乏系统性。鉴于以上问题,本文综合应用系统科学的方法原理,提出了一套城市供水系统风险评价的系统方法,重点解决了供水系统风险评价的系统性和不确定性问题,可为供水系统的安全设计改造提供技术手段。首先,针对供水子系统受突发事件作用时功能转变的突变性特征,分析了供水子系统功能突变的机理,建立了供水子系统功能突变的模拟数学模型,在此基础上,结合供水子系统脆弱性综合评价指标体系的建立,提出了基于突变级数法的供水子系统脆弱性综合评价模型,并以某配水子系统为例进行研究,结果表明上述方法具有理论与实际可行性,克服了以往脆弱性评价方法主观性的缺陷。其次,针对供水子系统面临突发事件存在的不确定性问题,将物理学上最能有效解决无序度和不确定性问题的熵函数引入到供水子系统中进行风险评价研究,提出了供水子系统风险熵的概念及计算公式,并以某配水子系统为例进行实例研究,论证了上述供水子系统风险熵评价模型的准确性,解决了供水系统风险评价的不确定性问题。再次,针对城市供水系统风险评价的系统性问题,通过对国内典型城市供水子系统间协调关系和作用机理的分析,基于串、并联系统理论建立了城市供水系统逻辑结构数学模型,并结合风险传播理论的应用,建立了城市供水系统风险传播数学模型,解决了供水系统风险评价的系统性问题。最后,以天津市塘沽区供水系统为例,采用突变级数法和风险熵模型对各个供水子系统的脆弱性及风险熵进行了定量化计算,并对地震这种特定突发事件作用下的风险传播规律进行了分析,最终确定了塘沽区城市供水系统的总体风险,论证了上述模型的准确性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-28
  1.1 课题的提出及研究意义  9-11
  1.2 我国城市供水系统发展现状及存在的问题  11-14
    1.2.1 城市供水系统发展现状  11-13
    1.2.2 存在的问题  13-14
  1.3 城市供水系统风险评价研究基础  14-21
    1.3.1 威胁  14-17
    1.3.2 脆弱性  17
    1.3.3 风险  17-18
    1.3.4 威胁、脆弱性及风险之间的关系  18-21
  1.4 城市供水系统风险评价研究进展  21-25
    1.4.1 国外研究进展  21-22
    1.4.2 国内研究进展  22-23
    1.4.3 城市供水系统风险评价方法综述  23-25
    1.4.4 以往研究方法存在的不足  25
  1.5 本文主要研究内容  25-28
第二章供水子系统脆弱性评价数学模型研究  28-47
  2.1 概述  28-29
  2.2 突变理论基础  29-32
    2.2.1 突变理论简介  29-30
    2.2.2 突变理论的两个假设  30-31
    2.2.3 突变理论的基本类型  31-32
  2.3 基于突变势函数的供水子系统功能突变机理分析  32-34
    2.3.1 突变理论用于供水子系统功能突变分析的可行性  32
    2.3.2 控制变量的选择和分类  32-33
    2.3.3 供水子系统尖点突变模拟  33-34
  2.4 基于突变级数法的供水子系统脆弱性综合评价模型  34-38
    2.4.1 突变理论综合评价方法  34-37
    2.4.2 供水子系统脆弱性综合评价指标体系  37-38
    2.4.3 供水子系统脆弱性分级标准  38
  2.5 算例分析  38-46
    2.5.1 研究对象介绍  38-40
    2.5.2 配水子系统脆弱性评价模型  40-44
    2.5.3 配水子系统脆弱性评价结果  44-46
  2.6 本章小结  46-47
第三章供水子系统风险熵评价模型研究  47-59
  3.1 概述  47
  3.2 熵理论基础  47-51
    3.2.1 熵的提出  47-49
    3.2.2 信息熵的泛化  49-51
  3.3 供水子系统风险熵评价模型  51-55
    3.3.1 熵理论用于供水子系统风险表征的可行性  51-52
    3.3.2 供水子系统风险熵评价模型  52-55
  3.4 算例分析  55-58
    3.4.1 研究对象介绍  55-56
    3.4.2 配水子系统风险熵计算和评价  56-58
  3.5 本章小结  58-59
第四章城市供水系统风险传播机理模型研究  59-75
  4.1 概述  59-60
  4.2 城市供水系统风险传播路径  60-64
    4.2.1 国内典型城市供水系统组成  60
    4.2.2 串并联系统结构特性及功能关系  60-62
    4.2.3 城市供水系统风险传播路径  62-64
    4.2.4 内部威胁影响下供水系统风险传播数学模型  64
  4.3 城市供水系统风险传播机理  64-73
    4.3.1 城市供水系统风险链的提出  65-66
    4.3.2 城市供水系统风险传播的条件  66-67
    4.3.3 城市供水系统风险传播特性  67-68
    4.3.4 城市供水系统风险传播的基本模式  68-70
    4.3.5 城市供水系统风险传播数学模型  70-73
    4.3.6 城市供水系统风险链的控制  73
  4.4 本章小结  73-75
第五章实例研究  75-89
  5.1 研究对象介绍  75-76
  5.2 塘沽区供水系统概况  76-81
    5.2.1 水源地—尔王庄水库  76-77
    5.2.2 取水泵站—高庄户泵站  77-78
    5.2.3 输水干管  78
    5.2.4 调节水库  78
    5.2.5 水厂  78-81
  5.3 塘沽区供水子系统脆弱性评价  81-84
    5.3.1 供水子系统脆弱性评价指标体系  81-83
    5.3.2 基于突变级数法的脆弱性评价结果  83-84
  5.4 塘沽区供水子系统风险评价  84
  5.5 塘沽区供水系统总体风险计算与评价  84-85
  5.6 塘沽区供水系统脆弱性降低及风险控制建议  85-87
    5.6.1 多水源的开发  86-87
    5.6.2 提高整体抗震水平  87
  5.7 本章小结  87-89
第六章结论与建议  89-93
  6.1 主要结论  89-91
  6.2 主要创新点  91
  6.3 建议  91-93
参考文献  93-101
发表论文和参加科研情况说明  101-102
致谢  102-103
附录  103-106
  附录1:本文主要符号说明  103-105
  附录2:修正的麦卡里烈度表  105-106

城市供水系统脆弱性分析及风险评价系统方法研究

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