大壩風(fēng)險分析的計算方法：進(jìn)展和挑戰(zhàn)

Ignio Esuder-BuenoInstitute for Wter nd Environmentl Engineering Universitt Politèni de Vlèni Vleni 46022 Spin* Guido MzzàRier sul Sistem Energetio—RSE SpA Miln 20134 Itly Adrián Morles-TorresiPress Risk Anlysis Vleni 46023 Spin Jesi T. Cstillo-RodríguezInstitute for Wter nd Environmentl Engineering Universitt Politèni de Vlèni Vleni 46022 Spin

大壩風(fēng)險分析的計算方法：進(jìn)展和挑戰(zhàn)

Ignacio Escuder-BuenoaInstitute for Water and Environmental Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia 46022, Spain,*, Guido MazzàbRicerca sul Sistema Energetico—RSE SpA, Milan 20134, Italy, Adrián Morales-TorresciPresas Risk Analysis, Valencia 46023, Spain, Jesica T. Castillo-RodríguezaInstitute for Water and Environmental Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia 46022, Spain

a r t i c l e i n f o

Article history:

Received 11 April 2016

Revised form 27 June 2016

Accepted 1 August 2016

Available online 19 September 2016

大壩

風(fēng)險分析

計算方法

安全管理

水工結(jié)構(gòu)

近年來，風(fēng)險分析技術(shù)日漸成為大壩安全管理的有效工具。本文系統(tǒng)總結(jié)了由國際大壩委員會大壩分析和設(shè)計計算專家委員會主辦的基準(zhǔn)研討會中與大壩風(fēng)險分析主題相關(guān)的三方面研究成果。2011年，基準(zhǔn)研討會討論了估算重力壩滑動破壞模式下的潰壩概率等問題；2013年，會議討論了大壩風(fēng)險分析中后果評估在計算方面所面臨的挑戰(zhàn)；2015年，會議對土石壩滑動和漫頂破壞的概率進(jìn)行了分析。從這三次會議關(guān)于大壩風(fēng)險分析數(shù)值計算的研究進(jìn)展可以發(fā)現(xiàn)，對于大壩系統(tǒng)的風(fēng)險分析，包括下游后果評價以及結(jié)構(gòu)模型的不確定性，風(fēng)險分析方法都是非常有用的工具。

? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

1. 引言

對于可能給當(dāng)?shù)鼐用窈铜h(huán)境造成潛在威脅的大壩結(jié)構(gòu)開展安全水平的可靠評估，具有至關(guān)重要的意義，將對相關(guān)區(qū)域產(chǎn)生重大的經(jīng)濟影響和社會影響。

在壩工領(lǐng)域，目前人們已經(jīng)普遍使用數(shù)值模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全水平的定量評估，這主要歸功于“國際大壩委員會(ICOLD)大壩分析和設(shè)計計算專家委員會”(下文簡稱“大壩分析和設(shè)計計算專家委員會”)所做的大量工作。然而，由于數(shù)學(xué)建模專家、大壩工程師和管理者之間在認(rèn)識上存在較大分歧，將數(shù)值模型應(yīng)用于實際工程問題曾經(jīng)歷過一段困難時期。數(shù)學(xué)建模專家是擅長開發(fā)計算機模型的信息系統(tǒng)專家，大壩工程師則是傾向于使用傳統(tǒng)評估方法和基于其可靠經(jīng)驗的專業(yè)人員。大壩分析和設(shè)計計算專家委員會旨在彌合兩者間的分歧，并促進(jìn)計算機軟件在大壩工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。1988年，該委員會被國際大壩委員會指定為臨時特別委員會，并最終在2005年國際大壩委員會年會期間，正式成為國際大壩委員會的永久性專家委員會。

為指導(dǎo)和幫助大壩工程師正確使用計算機程序和數(shù)值模型，該專家委員會已經(jīng)推進(jìn)了廣泛的基準(zhǔn)計劃。目前，已經(jīng)成功舉辦了十三屆基準(zhǔn)研討會，第一屆于1991年在意大利貝加莫舉辦，上一屆于2015年在瑞士洛桑舉辦。該專家委員會的各種技術(shù)目標(biāo)主要包括：在實測大壩性狀與模擬過程之間建立緊密的聯(lián)系；發(fā)布用于教育目的的業(yè)內(nèi)實踐指南；改善用以解決與安全性相關(guān)的數(shù)學(xué)模型；評估用于優(yōu)化設(shè)計、儀器監(jiān)測、監(jiān)控和安全/風(fēng)險評估程序的計算機編程的潛在能力。2011—2015年，對于最后一個主題，陸續(xù)提出了三個與風(fēng)險評估緊密相關(guān)的議題(見圖1)，并對風(fēng)險評估過程的不同階段開展了大量的研究。本文將對基準(zhǔn)研討會的議題和所取得的主要成果進(jìn)行詳細(xì)的論述。

2. 2011年巴倫西亞研討會：重力壩滑動破壞模式下的潰壩概率估算

2011年10月20—21日，第11屆大壩數(shù)值分析基準(zhǔn)研討會在巴倫西亞召開。本次會議主題C的目的是確定80 m高重力壩沿壩基滑動失穩(wěn)模式下庫水位、安全系數(shù)和潰壩概率之間的關(guān)系。在對大壩和它的基礎(chǔ)進(jìn)行分析時采用了不同的模型以及可靠度分析技術(shù)，并公布了8個小組的計算成果[1]。在解決上述擬定問題時，所有參與者都按照以下步驟開展相同的工作。

2.1. 安全系數(shù)

首先，每個小組選擇一個二維模型，計算(滑動破壞模式下)不同庫水位的安全系數(shù)。所有參與者至少需要選擇一種二維剛體極限平衡模型(LEM)。雖然更為成熟的、基于有限元分析的模型開發(fā)有了長足進(jìn)展，但是剛體極限平衡模型仍被公認(rèn)為是分析大壩安全的最常用方法[2]。在剛體極限平衡分析模型中，大壩與基礎(chǔ)接觸的有效面積能提供傾覆抵抗力矩，通過減少這一面積來模擬水平裂縫的演變過程。有兩個研究小組在有限元分析模型中，借助變形體模型來評估裂縫的長度。研究人員采用不同的方法模擬水平裂縫，并計算排水有效和排水失效兩種工況下的安全系數(shù)。對于排水有效這一工況的安全系數(shù)，各個小組得到的安全系數(shù)差異情況見圖2。

圖1.基準(zhǔn)研討會議題和風(fēng)險分析各部分之間的聯(lián)系。

如圖2所示，在應(yīng)用可靠度分析方法之前，不同方法得到的安全系數(shù)呈現(xiàn)出明顯的差異。這種差異性主要是由于選定的假設(shè)和模型設(shè)置所引起的，另一個重要因素是確定安全系數(shù)，即使采用相同的剛體極限平衡模型和相同的強度參數(shù)，也不一定能得到相同的結(jié)果。

2.2. 摩擦角和凝聚力

各小組確定所選的隨機變量(如摩擦角?和凝聚力c)的分布特性。選擇摩擦角(?)或摩擦系數(shù)(tan?)為隨機變量，會對計算結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)計算結(jié)果來看，選擇tan?為隨機變量并假定其為正態(tài)概率密度函數(shù)(PDF)得到的失效概率，似乎比選擇摩擦角(?)為隨機變量并假定其服從正態(tài)分布得到的失效概率更大一點。

另外，需要確定使用何種概率密度函數(shù)。本案例提供了大量的試驗數(shù)據(jù)，以便使這一工作簡化，但是在通常的案例中，即使有數(shù)據(jù)產(chǎn)生，其數(shù)值也很小。除了所提供的數(shù)據(jù)外，參與者還提出(或考慮)了幾種分布函數(shù)，如正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、瑞利分布和貝塔分布等。

在確定概率密度函數(shù)時，不僅需要考慮所選的分布函數(shù)的類型，還要考慮其適用性的物理含義。當(dāng)使用無界概率密度函數(shù)，如正態(tài)分布時，其計算結(jié)果顯示，對分布函數(shù)進(jìn)行截斷就成為分析過程的關(guān)鍵點，此時需要用工程經(jīng)驗來幫助確定概率密度函數(shù)截斷所采用的最小值。

2.3. 潰壩概率

參與者使用至少一種二級可靠度分析方法，和一種三級方法——蒙特卡洛模擬法，來確定滑動破壞模式下重力壩的潰壩概率。關(guān)于這些可靠度分析方法的詳細(xì)內(nèi)容參見文獻(xiàn)[3]?？煽慷确治龇椒ǖ念愋鸵矔τ嬎憬Y(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。二級分析方法操作起來相對簡單，如果所采用的變量數(shù)目較少，其用時也相對較短；而采用三級的蒙特卡洛模擬法得到的計算結(jié)果則更為精確，但計算時間較長，計算工作量也更大。在潰壩概率分析時，二級和三級可靠度分析方法經(jīng)常與剛體極限平衡分析模型結(jié)合起來使用?？偟恼f來，三級可靠度分析方法得到的潰壩概率比用二級分析方法得到的潰壩概率更低。

圖2.在排水有效的情況下，參與者用不同方法得到的安全系數(shù)與庫水位之間的關(guān)系。

2.4. 事件樹模型

最后，許多小組綜合考慮了兩種排水條件下的結(jié)果，通過事件樹模型將各單獨的概率合并分析，獲得總的潰壩概率。用三級可靠度分析方法得到的結(jié)果見圖3。

從圖3可看出，不同的參與者獲得的計算結(jié)果差異顯著。產(chǎn)生這一差異的主要原因在于設(shè)定二維模型和確定隨機變量。比較剛體極限平衡模型和有限元模型使用三級的蒙特卡洛模擬法得到的計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在排水有效的條件下，當(dāng)庫水位低于壩頂高程時，兩種模型的計算結(jié)果基本一致；當(dāng)庫水位高于壩頂高程時，使用有限元模型得到的潰壩概率值接近于1，而剛體極限平衡模型的預(yù)測值則低于10–2，這是因為在剛體極限平衡分析模型中，線性應(yīng)力分布假設(shè)處于“不安全”側(cè)的原因。

綜上所述，所有參與者的計算結(jié)果，為大壩分析中不確定性的主要來源開辟了新的討論空間，如分析模型的類型、安全系數(shù)的確定和隨機變量的統(tǒng)計分析等?？傊?，參數(shù)的不確定性僅是問題的一部分，而且在整個分析過程中其他不確定性因素也明顯存在，需要進(jìn)行更深入的研究來處理這些不確定性因素。

3. 2013年格拉茨研討會：大壩風(fēng)險評估中后果估計的計算挑戰(zhàn)

2013年10月2—4日，第12屆大壩數(shù)值分析基準(zhǔn)研討會在格拉茨召開。本次會議主題C “大壩風(fēng)險分析中后果估計的計算挑戰(zhàn)”(由Yazmin Seda-Sanabria、Enrique E. Matheu和 Timothy N. McPherson提出[4])的主要目的是確定當(dāng)位于市區(qū)上游3.5 km處的土石壩發(fā)生潰壩時其存在的潛在后果。

組織者要求參與者自主選擇用于解決問題的數(shù)值模擬類型和復(fù)雜程度，其中包括一維、二維和三維洪水模擬工具，人口風(fēng)險(PAR)和生命損失(LOL)的估算技術(shù)，以及資產(chǎn)和后果評估模型等。在主題C中，需要解決對人類造成的威脅(如PAR和LOL)和對經(jīng)濟造成的直接影響問題。

會上介紹了8個參與者的計算成果，其完整論述見文獻(xiàn)[4]，現(xiàn)基于以下幾方面對這些結(jié)果進(jìn)行比較。

圖3.使用三級可靠度分析方法得到的破壞概率和庫水位之間的關(guān)系。

3.1. 洪水特征

參與者采用了一系列模型，其中包括基于物理原理的潰壩模型(其中考慮了壩體材料信息)和基于以往大壩潰決案例的回歸方程。模型、方法和參數(shù)的選擇可以顯著影響洪峰流量的時間和量值。計算結(jié)果表明，使用回歸方程的模型比基于物理原理的模型洪峰來得更早。

此外，研究小組使用各種不同的技術(shù)來得到必要的洪水輸出數(shù)據(jù)，以便于進(jìn)行后果分析。大壩潰決水動力仿真結(jié)果取決于輸入的數(shù)據(jù)組(如潰口流量、地形、糙率)和方法。參與者使用不同的方法估算糙率系數(shù)，結(jié)果卻出現(xiàn)了較大差異。

各方案中的最大洪泛區(qū)面積為30～47 km2。但比較參與者的計算結(jié)果時發(fā)現(xiàn)(兩兩比較)，大多數(shù)方案都有較大的相似性。盡管各方案在洪泛區(qū)面積上存在相似性，但其潰壩洪水到達(dá)時間卻不同，這主要取決于確定洪水到達(dá)時間所考慮的閾值(如洪水深度到達(dá)指定值的時間)。

3.2. 人口風(fēng)險(PAR)

人口普查和土地利用數(shù)據(jù)由會議主題的編制者提供。不同參與者給出的洪泛區(qū)人口空間分布差異較大。其中，3位參與者為便于正確匯總洪災(zāi)人口普查區(qū)的受災(zāi)人口，把人口均勻分配在部分淹沒的人口普查區(qū)內(nèi)；另外3位參與者將人口重新分配到所提供的地塊數(shù)據(jù)中；還有1位參與者將地塊內(nèi)的居住人口和工作人口也計算在內(nèi)；最后1位參與者使用發(fā)達(dá)地區(qū)的不受外界干擾的程度來分配人口。

洪水深度低于2 m時，在風(fēng)險人口方面，各方案呈現(xiàn)出一致的結(jié)果；但人口分布方面的這些差異導(dǎo)致風(fēng)險人口數(shù)處于15 000～30 000人之間。另外，還發(fā)現(xiàn)各參與者在確定洪水的嚴(yán)重性方面也存在較大差異(如根據(jù)暴露人口數(shù)量或?qū)ㄖ锏挠绊憗泶_定洪水的嚴(yán)重性等)。

3.3. 生命損失(LOL)

大多數(shù)參與者對生命損失的估算結(jié)果基本類似，估計約有2000人死亡。但是，其中1位參與者提供的生命損失估算結(jié)果與其他參與者差異較大，其估算死亡人數(shù)達(dá)到4000人，這一差異主要是由于所確定的洪水嚴(yán)重程度不同而導(dǎo)致的。

3.4. 直接經(jīng)濟損失

由于在經(jīng)濟后果估算中使用的方法不同(如GDP對保險損失)，以及不同的資產(chǎn)價值假設(shè)，導(dǎo)致不同參與者給出的直接經(jīng)濟損失值差別較大，損失在4億～26億美元之間。

總的說來，此基準(zhǔn)研討會結(jié)果顯示，水力學(xué)方面的結(jié)果相似；但是，各小組得出的洪峰到達(dá)時間不同。如策劃者所述，這是由于潰口水位曲線的計算以及回歸方程和基于物理原理的公式存在差異所導(dǎo)致的。洪峰深度最大差異產(chǎn)生的原因，可能是由于將不規(guī)則網(wǎng)格產(chǎn)生的結(jié)果轉(zhuǎn)化成規(guī)則的網(wǎng)格輸出所造成的。

所有參與小組都給出了相似的PAR估計結(jié)果，但在洪峰到達(dá)時間和洪水嚴(yán)重程度估計上卻存在較大差異。經(jīng)濟后果分析也存在顯著的差異，這主要是因為對直接影響的闡釋和資產(chǎn)價值的估計不同。

總之，盡管有生命損失和經(jīng)濟后果估算的指導(dǎo)準(zhǔn)則和引用文獻(xiàn)(例如文獻(xiàn)[5–7])，但由于使用的方法和定義以及參與者的假設(shè)范圍較廣，因此在潰壩后果估計中出現(xiàn)了某些方面的顯著差異。需要強調(diào)的是，雖然存在這些差異，但生命損失和經(jīng)濟損失的結(jié)果仍然處于同一數(shù)量級。

4. 2015年洛桑研討會：邊坡失穩(wěn)和漫頂誘發(fā)土石壩潰壩的概率

2015年9月9—11日，第13屆基準(zhǔn)會議在洛桑召開，會議主要討論了土石壩潰壩的問題。雖然沒有實測的抗力數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)，但我們從一個西班牙大壩的案例中得到啟發(fā)，將重點放在考慮自然和認(rèn)知的不確定性方面以計算出邊坡失穩(wěn)和漫頂破壞模式的易損性曲線，并使用這些曲線來計算年潰壩概率[8]，而參與者給出了3種不同的解決方案([9–11])。下文主要將這些解決方案與議題策劃者給出的參考方案進(jìn)行對比并展開分析。

策劃方案是一座16 m高的均質(zhì)土壩。近年來，該土壩的下游壩坡已出現(xiàn)局部失穩(wěn)的問題，所以建議采用定量風(fēng)險分析法來估算該壩的年潰壩概率。分析中主要考慮了兩種潰壩模式——漫頂和大壩失穩(wěn)。上述兩種潰壩模式中，庫水位被認(rèn)為是導(dǎo)致潰壩的主要驅(qū)動力，下面從5個步驟展開討論。

4.1. 失穩(wěn)破壞模式的分析

為大壩下游邊坡擬定一個邊坡失穩(wěn)的極限模型，并確定該模型主要的隨機變量。這一步驟中，參與者使用了完全不同的邊坡失穩(wěn)分析方法，包括簡單的極限平衡分析法和更全面的有限元分析法。此外，對穩(wěn)定水力條件和瞬態(tài)水力條件這兩種不同的水力條件進(jìn)行了假設(shè)比較。

為了考慮自然和認(rèn)知這兩種不確定性，建議在摩爾–庫侖破壞原則中采用摩擦角和凝聚力這兩個隨機變量，并向參與者提供了這些變量的主要統(tǒng)計參數(shù)。

4.2. 參考易損性曲線的計算

通過使用上一步驟中確定的隨機變量的不確定性分布，計算壩坡失穩(wěn)的參考易損性曲線(庫水位與破壞概率之間的關(guān)系)。通過比較不同方法得到的易損性曲線(見圖4)可以發(fā)現(xiàn)，盡管參與者都采用了具有相同分布特征和幾何特征的隨機變量，但卻得出了不同的易損性曲線分布。這些結(jié)果表明，所做的假定和使用的模型都會對結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。另外，蒙特卡洛模擬的次數(shù)也對參考易損性曲線的計算結(jié)果有顯著影響。

圖4.參與者所計算的滑動易損性曲線對比。

在研討會期間，有人強調(diào)水力假設(shè)尤其重要。在本案例中，按照穩(wěn)定水力條件考慮可能會導(dǎo)致邊坡抗力被低估。在建立數(shù)值模型的任何情形下都應(yīng)注意所做的假設(shè)會對結(jié)果產(chǎn)生的影響。例如，兩個參與者使用同一軟件工具、相同的幾何形狀和相同的隨機變量，卻得到了極不相同的易損性曲線。

漫頂破壞模式的參考易損性曲線可以通過對數(shù)正態(tài)分布來直接確定，根據(jù)這些結(jié)果，所有參與者得出相同的結(jié)論——邊坡失穩(wěn)破壞模式明顯比漫頂更值得關(guān)注。

從兩種破壞模式的參考易損性曲線綜合考慮，可以繪制出綜合參考易損性曲線，代表該土壩在不同庫水位下的結(jié)構(gòu)性狀。

采用常見因素調(diào)節(jié)技術(shù)[12]對所有方案進(jìn)行兩種破壞模式的綜合分析。使用上限或下限，對該組合方法不會有很大的影響，其中邊坡失穩(wěn)破壞模式顯然是主要的破壞模式，因為只有在概率極低的庫水位條件下才會發(fā)生漫頂。

4.3. 庫水位概率的計算

庫水位概率的計算是為了獲得庫水位和年度超越概率(AEP)之間的關(guān)系?；诩僭O(shè)的洪水和水庫數(shù)據(jù)，通過評估不同洪水事件中洪水在水庫中的路徑和底孔泄洪能力，對該曲線進(jìn)行了估算。對不同的庫水位，所有參與者都獲得了相似的超越概率曲線。參與者全部使用了相同的洪水和水庫數(shù)據(jù)，所用的洪水路徑也非常簡單，所以在4種解決方案中洪水路徑的結(jié)果非常相似。

4.4. 計算潰壩概率和開展敏感性分析

使用前一階段計算的曲線，再結(jié)合參考易損性曲線來計算參考破壞概率。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，所獲得的年潰壩概率結(jié)果有較大的差異，差異范圍為1.8×10–1～4.1×10–3。這些差異主要是因為采用了不同的易損性曲線，說明用于分析該潰壩模式所作的假設(shè)很明顯是調(diào)節(jié)的結(jié)果。所得到的年潰壩概率值較高，主要是因為修改了大壩的抗力和水文數(shù)據(jù)，以增加一定條件下的潰壩概率來減少樣本數(shù)量。

4.5. 評估認(rèn)知的不確定性

在這一階段，使用各隨機變量平均值的概率分布來確定認(rèn)知的不確定性，這些分布被用于獲得失穩(wěn)破壞模式的一系列易損性曲線。漫頂破壞模式的系列易損性曲線是直接在該議題的談?wù)摬邉澲写_定的。最后，將這兩個系列的易損性曲線進(jìn)行組合，從而獲得潰壩概率的輪廓線。僅有兩位參與者做了這一階段的工作(見圖5)。這兩條曲線的差異較大，與通過失穩(wěn)模型所獲得的易損性曲線差異一致。在兩種解決方案中，兩條潰壩概率的輪廓線表明，抗力參數(shù)分布中的小變化卻可以造成易損性曲線的大變化，這恰恰說明了單獨評估認(rèn)知中不確定性的重要性。

圖5.參與者所計算破壞概率輪廓線的對比。

主要差異產(chǎn)生的原因是失穩(wěn)破壞模式帶入的易損性曲線有差異造成的。該對比說明即使采用相同的幾何形狀和抗力參數(shù)，只要所做的假設(shè)不同，就可獲得極不相同的結(jié)果，尤其是水力條件假設(shè)具有極大的影響。因此，不確定性不僅來源于抗力參數(shù)，還有邊坡失穩(wěn)模型的選擇和大壩的水力性狀等。

目前已經(jīng)證實，在對假定條件可能造成的影響進(jìn)行分析時，風(fēng)險分析是一個有效的工具。此外，還可以從獲得的結(jié)果中看出該從何處著手來降低不確定性。因此，區(qū)分自然和認(rèn)知不確定性是大壩安全管理中的巖土工程分析的基礎(chǔ)工作。

5. 結(jié)語

目前已有用于風(fēng)險評估的新技術(shù)，同時還能為大壩維護或修復(fù)決策提供相關(guān)的信息支持。2011年以來，國際大壩委員會一直致力于從計算角度來解決這個問題，還提供一些文獻(xiàn)資料用于了解和關(guān)注在風(fēng)險分析和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計技術(shù)(如事件頻率、安全系數(shù)、潰壩參數(shù)等)中所作出的決策。

將此風(fēng)險分析結(jié)合到專家委員會最近組織的三次基準(zhǔn)研討會中，為應(yīng)用這些技術(shù)提供了多種方法，包括風(fēng)險分析所涉及的三個組成部分：荷載、系統(tǒng)響應(yīng)和影響?；鶞?zhǔn)研討會的高參與度以及會上所提出的大量解決問題的方案，足以顯示大壩利益共同體對可靠度方法和風(fēng)險分析在大壩安全性應(yīng)用方面的關(guān)注?；鶞?zhǔn)研討會已經(jīng)有效地促進(jìn)了相關(guān)知識的交流與討論。

計算方法的最新進(jìn)展促進(jìn)了風(fēng)險分析技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，從簡單的結(jié)構(gòu)模型發(fā)展到復(fù)雜的數(shù)值計算程序和方法。計算方法仍然有改進(jìn)提升的空間，如當(dāng)數(shù)據(jù)收集并進(jìn)行風(fēng)險計算時如何適當(dāng)解決認(rèn)知的不確定性等問題。

基準(zhǔn)研討會表明，即使是相對簡單和眾所周知的工程問題與風(fēng)險分析技術(shù)結(jié)合時，仍應(yīng)按照工程判斷來開展分析討論，進(jìn)而獲得有意義的信息來開展大壩的安全管理工作。

基準(zhǔn)研討會的結(jié)果表明，當(dāng)數(shù)值模型應(yīng)用于大壩安全分析時，假設(shè)條件可以大幅度改變實驗結(jié)果。因此，當(dāng)給出結(jié)果時應(yīng)明確闡述和解釋所作的假設(shè)與結(jié)果之間的對應(yīng)關(guān)系。從這層意義上來說，要對工程師日常設(shè)計實踐中所作的假設(shè)而產(chǎn)生的影響開展分析，風(fēng)險分析已經(jīng)被證實是一個有用的工具，但也是最容易被忽略的。

下一步開展的工作包括：

(1) 開展認(rèn)知不確定性的影響分析，可以更好地理解認(rèn)知不確定性對負(fù)荷和阻力參數(shù)的風(fēng)險結(jié)果所構(gòu)成的影響。

(2) 采用多重風(fēng)險分析方法開展分析風(fēng)險。通過全面的方法來估計風(fēng)險，包括所有潛在的風(fēng)險(例如洪水、地震)及其相關(guān)性風(fēng)險分析。

(3) 分析不同故障模式之間的相關(guān)性，可以理清現(xiàn)有故障機制間的相關(guān)性，以便在更好地描述風(fēng)險的同時可以分析不同的假設(shè)(如假設(shè)用于共同的原因或者調(diào)節(jié))所造成的影響。

(4) 為了更好地評估大壩潰壩的后果，包括警告和疏散的不確定的有效性，應(yīng)對疏散人群產(chǎn)生的后果開展研究。

Acknowledgements

This paper was published with the support of the research project INICIA (Methodology for Assessing Investments on Water Cycle Infrastructures informed on Risk and Energy Efficiency Indicators, BIA2013-48157-C2-1-R, 2014–2016) funded by the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad (Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad).

Compliance with ethics guidelines

Ignacio Escuder-Bueno, Guido Mazzà, Adrián Morales-Torres, and Jesica T. Castillo-Rodríguez declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.

[1] Altarejos-García L, Escuder-Bueno I, Serrano-Lombillo A. Theme C: estimation of the probability of failure of a gravity dam. In: Proceedings of 11th ICOLD Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams; 2011 Oct 20—21; Valencia, Spain; 2011.

[2] Krounis A, Johansson F. The influence of correlation between cohesion and friction angle on the probability of failure for sliding of concrete dams. In: Escuder-Bueno I, Matheu E, Altarejos-García L, Castillo-Rodríguez JT, editors Risk analysis, dam safety, dam security and critical infrastructure management. Leiden: CRC Press; 2012. p. 75—80.

[3] Altarejos-García L, Escuder-Bueno I, Serrano-Lombillo A, de Membrillera-Ortu?o MG. Methodology for estimating the probability of failure by sliding in concrete gravity dams in the context of risk analysis. Struct Saf 2012;36?37:1?13.

[4] Zenz G, Goldgruber M, editors. Proceedings of the ICOLD—12th International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams; 2013 Oct 2?4; Graz, Austria. Graz: Austrian National Committee on Large Dams; 2013.

[5] Merz B, Kreibich H, Schwarze R, Thieken AH. Review article “assessment of economic flood damage.” NHESS 2010;10(8):1697—724.

[6] US Department of Homeland Security. Dams sector: estimating economic consequences for dam failure scenarios. 2011.

[7] United States Bureau of Reclamation, United States Army Corps of Engineers. Best practices in dam and levee safety risk analysis. 2015.

[8] Morales-Torres A, Escuder-Bueno I. Theme B: problem formulation: probability of failure of an embankment dam due to slope instability and overtopping. In: Russell Michael G, Marc B, Pedro M, Laurent M, Anton S, editors Proceedings of the 13th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams; 2015 Sep 9—11; Lausanne, Switzerland; 2015.

[9] Andreev S, Zhelyazkov AZ. Probability of failure of an embankment dam due to slope instability and overtopping: first order second moment method for assessment of uncertainty. In: Russell Michael G, Marc B, Pedro M, Laurent M, Anton S, editors Proceedings of the 13th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams; 2015 Sep 9—11; Lausanne, Switzerland; 2015.

[10] Mouyeaux A, Carvajal C, Peyras L, Bressolette P, Breul P, Bacconnet C. Probability of failure of an embankment dam due to slope instability and overtopping. In: Russell Michael G, Marc B, Pedro M, Laurent M, Anton S, editors Proceedings of the 13th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams; 2015 Sep 9—11; Lausanne, Switzerland; 2015.

[11] Westberg Wilde M, Vazquez Borragan A. Theme B: system approach to probability of failure of an embankment dam. In: Russell Michael G, Marc B, Pedro M, Laurent M, Anton S, editors Proceedings of the 13th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams; 2015 Sep 9—11; Lausanne, Switzerland; 2015.

[12] Spanish Committee on Large Dams. Technical guide on the operation of dams and reservoirs vol. 1: risk analysis applied to security management of dams and reservoirs. Madrid: Exce Consulting Group; 2012. Spanish.

* Corresponding author.

E-mail address: iescuder@hma.upv.es

2095-8099/? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

英文原文: Engineering 2016, 2(3): 319—324

Ignacio Escuder-Bueno, Guido Mazzà, Adrián Morales-Torres, Jesica T. Castillo-Rodríguez. Computational Aspects of Dam Risk Analysis: Findings and Challenges. Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.03.005