我國潰壩生命損失估算方法探討

吳歡強，傅瓊?cè)A，董建良

(1.廣東珠榮工程設(shè)計有限公司，510635，廣州；2.江西省水利科學(xué)研究院，330029，南昌)

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和科技水平的提高，以及公眾自我保護意識的增強，以工程管理為核心的水庫大壩管理理念正逐步被近年發(fā)展起來的大壩風(fēng)險管理理念所取代。而潰壩生命損失的估算又是在進行大壩風(fēng)險管理中潰壩后果評價的最重要內(nèi)容之一。

一、國內(nèi)外經(jīng)驗公式的局限性

國外在潰壩生命損失評估方面取得的研究成果較多，而國內(nèi)目前還處于起步階段，尚沒有學(xué)者做出系統(tǒng)的研究。美國墾務(wù)局（USBR）Brown&Graham 法 (1988)、Dekay&Mc-Clelland 法(1993)、Graham 法(1999)都是基于潰壩歷史記錄數(shù)據(jù)進行經(jīng)驗統(tǒng)計與回歸分析得出的估算潰壩生命損失方法，其在很大程度上依賴于歷史記錄數(shù)據(jù)資料是否詳盡。其對各個參數(shù)的量化處理是否得當，也是關(guān)系到潰壩生命損失估算結(jié)果的重要因素之一。Assaf法和Utah州立大學(xué)法(M&B法)點出了三種方法的不足。

二、潰壩風(fēng)險人口死亡率分析

本文在已有研究的基礎(chǔ)上對潰壩生命損失估算公式中的風(fēng)險人口死亡率作了如下調(diào)整：式中，f0為我國風(fēng)險人口死亡率取值參考文獻；α為災(zāi)害嚴重性程度系數(shù)；m1為生命損失直接影響因素的災(zāi)難程度影響因子，m1＜1；m2為生命損失間接影響因素的災(zāi)難程度影響因子，m2＜1；k 為權(quán)重系數(shù)，0.5＜k＜1；β 為修正系數(shù)，β=1.4。

1.權(quán)重系數(shù)

因受到各方面限制，針對我國歷史上已發(fā)生的潰壩事件中生命損失直接和間接影響因素對造成潰壩災(zāi)害嚴重性程度的影響數(shù)據(jù)匱乏，歷史記錄不詳。采用Saaty建議的1～9標度法（AHP法）來分析計算潰壩生命損失直接與間接影響因素對潰壩事件災(zāi)害嚴重性程度系數(shù)的影響權(quán)重系數(shù)。

建議給出如下權(quán)重系數(shù)的一個判斷矩陣：

式中，b1、b2分別代表生命損失直接與間接影響因素對潰壩事件可能造成的災(zāi)害嚴重性程度系數(shù)的影響權(quán)重系數(shù)。

由該矩陣通過方根法計算出b1=0.75、b2=0.25，即式（2）中 k 值為 0.75。

2.災(zāi)難嚴重性程度影響因子m2的定量分析

生命損失間接影響因素的災(zāi)難嚴重性程度影響因子m2，其計算公式如下：

式中，ni，（i=1，2，…，10）為間接影響因素對 f的影響程度，ni≤1；ti（i=1，2，…，10）為間接影響因素對f的影響程度權(quán)重系數(shù)，其中Σti=1。

（1）影響程度 ni值

考慮到人體會因大量熱量損耗而出現(xiàn)低溫麻醉現(xiàn)象，本文增加了一個生命損失間接影響因素，即潰壩發(fā)生季節(jié)與水溫環(huán)境。具體的十個生命損失間接影響因素見表1。

（2）權(quán)重系數(shù)的分析計算

結(jié)合分析我國歷史上一些已潰水庫大壩的各個間接影響因素產(chǎn)生的特點，采用AHP法分析計算。對表1中的十個間接影響因素，建議給出如下權(quán)重系數(shù)的一個10×10判斷矩陣：

通過方根法求解出以上十個生命損失間接影響因素對應(yīng)的影響程度權(quán)重系數(shù) ti（i=1，2，…，n）值，詳見表 2。

3.修正系數(shù)β的確定

根據(jù)國內(nèi)已潰八座水庫大壩統(tǒng)計資料，結(jié)合已有的研究成果，通過試算與數(shù)理統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，在風(fēng)險人口死亡率值的確定中考慮了一個修正系數(shù)β，建議取值β=1.4。

三、社會生命損失

根據(jù)我國國情，考慮到居民家庭分布及人口信息獲取難度較大,建議使用風(fēng)險人群積分算法,根據(jù)人口聚居特點結(jié)合行政區(qū)劃將淹沒區(qū)劃分為若干子區(qū)域，社會生命損失計算采用離散計算公式如下：

式中，PAR為第i個子區(qū)域中第j組風(fēng)險人群的數(shù)量；fi，j為第 i個子區(qū)域中第j組風(fēng)險人群的死亡率；n為劃分的風(fēng)險子區(qū)域總數(shù)；m為風(fēng)險人口分組數(shù)量。

四、生命損失估算模型驗證

根據(jù)上述，分別采用Graham法和公式估算了我國八座已潰水庫的生命損失，并與實際發(fā)生情況進行比較，詳見表3所示。

五、工程應(yīng)用

油羅口水庫位于章江上游大余縣城以西10 km處，是一座以防洪為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚、改善灌溉用水等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。計算工況，在5000年一遇～10000年一遇洪水情況下，水位為校核洪水位223.7 m時，副壩在高程為212 m高程處發(fā)生管涌導(dǎo)致潰壩。

（1）災(zāi)難嚴重性程度系數(shù)α的計算

通過式（2）來計算α值，其中k=0.75，計算如下：

①m1的取值計算

在m1的計算中，si的取值見表4。

②m2的取值計算

根據(jù)表1、表2分別確定各個潰壩生命損失間接影響因素對風(fēng)險人口死亡率的影響程度ni（取值詳見表5）及其對風(fēng)險人口死亡率的影響程度權(quán)重系數(shù)ti。通過公式（3）計算，分別得到白天潰壩和夜間潰壩情況下的 m2=0.525和 m2=0.602。

（2）風(fēng)險人口死亡率f取值計算

根據(jù)油羅口水庫大壩實際情況，通過公式（1）計算風(fēng)險人口死亡率f值。

（3）生命損失估算結(jié)果

本文應(yīng)用Graham法和公式（4）分別估算該工況下潰壩造成的生命損失（LOL），估算結(jié)果見表6所示。當警報時間小于或等于5 h，生命社會風(fēng)險均是不可容忍的，采用本文方法計算，當警報時間小于或等于0.5 h，生命社會風(fēng)險均是不可容忍的，當警報時間大于0.5 h，社會風(fēng)險是可容忍的，根據(jù)工程及城市所在位置來說，本文公式（4）的計算結(jié)果比采用Graham法計算結(jié)果較符合客觀實際。

表1 間接影響因素對風(fēng)險人口死亡率的影響程度建議表

表2 間接影響因素對風(fēng)險人口死亡率的影響程度權(quán)重系數(shù)建議表

表3 國外經(jīng)驗公式復(fù)核比較表

表4 各個潰壩生命損失直接影響因素對風(fēng)險人口死亡率的影響程度賦值

六、結(jié) 語

考慮我國人口數(shù)量、人口分布特征、人口密度等均與國外有著較大的差別，若直接應(yīng)用國外經(jīng)驗公式來分析我國潰壩生命損失，將存在一定的不合理性。國外的資料只能作為參考，我們應(yīng)當通過詳細調(diào)查已潰水庫的歷史資料，充分發(fā)掘出潰壩事件中生命損失的實際情況，諸如發(fā)生時間、數(shù)量、人數(shù)分布、居住條件、死亡原因等，建立適合我國實際情況的經(jīng)驗公式。結(jié)合工程實際應(yīng)用，與國外經(jīng)驗公式計算對比分析，本文所提出的調(diào)整公式具有一定的實用意義，希望能拋磚引玉。

表5 各個潰壩生命損失間接影響因素對風(fēng)險人口死亡率的影響程度賦值

表6 汛期5 000年一遇洪水潰壩生命損失估算結(jié)果

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