大壩運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法研究

【摘要】受建壩條件復(fù)雜、設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量不高、極端氣候條件頻繁、運(yùn)行管理不到位等因素影響，大壩在不同程度上均存在著病險(xiǎn)隱患和失事風(fēng)險(xiǎn)。因此，大壩安全風(fēng)險(xiǎn)分析與風(fēng)險(xiǎn)防控越來越受到業(yè)界的普遍關(guān)注。開展此方面的研究工作，對保障我國大壩安全及實(shí)現(xiàn)和諧社會有著重要的意義和實(shí)踐價(jià)值?；诖?，本文主要對大壩運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】大壩運(yùn)行；安全風(fēng)險(xiǎn)；分析方法

1、前言

近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的大力發(fā)展和公眾自我保護(hù)意識的不斷提高，大壩安全問題已經(jīng)由原來的僅水行政主管部門關(guān)心的工程安全問題，上升到公眾關(guān)注的社會公共安全問題。因此，構(gòu)建大壩運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析體系，研究大壩運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法，對大壩安全管理與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和社會價(jià)值。

2、大壩安全風(fēng)險(xiǎn)識別方法

2.1概述

風(fēng)險(xiǎn)識別又稱風(fēng)險(xiǎn)辨識，是描述事件對系統(tǒng)的潛在的負(fù)面作用或影響，包括對風(fēng)險(xiǎn)事件引發(fā)的因素、事件發(fā)生方式和范圍的確定，其主要任務(wù)是找出風(fēng)險(xiǎn)所在及風(fēng)險(xiǎn)影響因子（即因素），并對后果做出定性的分析。對于大壩系統(tǒng)來說，不同的風(fēng)險(xiǎn)因素造成的大壩失事模式、失事路徑以及失事概率是不盡相同的，大壩安全風(fēng)險(xiǎn)識別就是針對大壩安全潛在的風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行深入分析與研究，確定出大壩安全風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素及潛在失事模式、失事路徑，為接下來大壩安全風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)提供基礎(chǔ)。

大壩安全風(fēng)險(xiǎn)識別的關(guān)鍵問題之一是如何科學(xué)合理地確定影響大壩失事模式和失事路徑的主要風(fēng)險(xiǎn)因素以及這些風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。權(quán)重確定的恰當(dāng)與否，直接影響大壩安全風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果，影響風(fēng)險(xiǎn)決策的制定及風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)施。因此，大壩安全風(fēng)險(xiǎn)識別是一個(gè)難度大，但需要迫切解決和完善的應(yīng)用性研究新課題，具有重要的研究價(jià)值和實(shí)際意義。

2.2大壩失事機(jī)理及模式的統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1大壩失事機(jī)理及模式分析

大壩失事的原因是多方面的，概況起來可分為自然和人為兩大類因素。自然因素包括超標(biāo)洪水、冰凌、地震、庫區(qū)山體滑坡、地基缺陷等致使大壩潰決的；人為因素包括設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量不良、管理不善、恐怖襲擊、戰(zhàn)爭等導(dǎo)致大壩潰決的。大壩事故最為嚴(yán)重的表現(xiàn)形式是大壩失事潰決，并形成潰壩洪水向下游演進(jìn)，給下游地區(qū)帶來巨大災(zāi)難。

為提高大壩的安全性，盡可能避免或消除大壩失事，世界各國都非常重視對已失事工程的潰決機(jī)理、模式進(jìn)行分析，取得了一定的成果。大壩失事機(jī)理、模式因水庫庫容與形狀、壩型、壩體材料及外部荷載等不同而有很大差別，但通過對已失事工程的分析，得到了一些共識。壩體潰決按潰口形式變化可分為全部潰和局部潰；從潰口發(fā)展歷時(shí)可分為瞬時(shí)潰和逐漸潰；其最終形成的潰口大小和潰決歷時(shí)與上述幾個(gè)因素有很大關(guān)系。剛性壩，主要指混凝土材料壩，通常發(fā)生瞬時(shí)潰決，且多為局部潰決。散粒體材料壩，由于壩體耐沖蝕能力差，在洪水漫頂或壩體內(nèi)部發(fā)生管涌后，先是壩體上出現(xiàn)小規(guī)模沖坑，接著沖坑迅速擴(kuò)大，壩體力學(xué)性能減弱以致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，壩體出現(xiàn)局部潰口并逐漸擴(kuò)大。對于后者，受水流沖蝕破壞雖然有個(gè)時(shí)間過程，但在潰口發(fā)展到一定規(guī)模后，壩體便因失穩(wěn)而迅速全潰，幾乎在短時(shí)間內(nèi)潰口發(fā)展到穩(wěn)定斷面或一潰到底?？梢姡髩问率窃谕獠亢奢d與內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)共同作用下發(fā)生的，可能的方式有很多。

2.2.2大壩失事路徑分析

在對國內(nèi)外失事工程統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)大壩的主要失事模式、失事路徑及其影響因素后，便可采用數(shù)學(xué)方法對大壩主要的失事模式及路徑進(jìn)行挖掘分析。總結(jié)我國大壩的主要失事模式及路徑，

其中：

（1）土石壩（包括堆石壩）失事模式主要有漫壩、結(jié)構(gòu)破壞、滲透破壞及及其它形式的破壞4大類，失事路徑主要包括由洪水、強(qiáng)降雨、地震、管理不當(dāng)、戰(zhàn)爭等不同原因而引起的21種潛在的最可能的大壩失事路徑。

（2）重力壩失事模式主要有壩體破壞、壩基破壞、漫壩破壞及其它形式的破壞4大類，失事路徑主要包括由降雨引發(fā)洪水、近壩岸坡失穩(wěn)或上游潰壩引發(fā)洪水、地震及設(shè)計(jì)、施工不足等原因引起的14種潛在的最可能的大壩失事路徑。

（3）拱壩失事模式主要有壩體破壞、壩基破壞、拱端破壞、拱座破壞及漫壩破壞5大類，失事路徑主要包括由降雨引發(fā)洪水、近壩岸坡失穩(wěn)或上游潰壩引發(fā)洪水、地震及設(shè)計(jì)、施工不足等原因引起的20種潛在的最可能的大壩失事路徑。

3、結(jié)論與建議

為提高中國大壩管理水平，促使傳統(tǒng)安全管理向風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變，在今后的學(xué)術(shù)研究與實(shí)際操作中，應(yīng)重視以下幾方面的分析與應(yīng)用。

（1）準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)概率應(yīng)重視大壩安全等級劃分結(jié)論與概率風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)相統(tǒng)一方面的研究，以便在風(fēng)險(xiǎn)管理中可有效借鑒安全管理方面的成功經(jīng)驗(yàn)。已有的研究受統(tǒng)計(jì)資料及計(jì)算方法的限制，對影響大壩安全的許多因素進(jìn)行了簡化甚至?xí)簳r(shí)忽略。當(dāng)前應(yīng)借著相關(guān)數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)發(fā)展、統(tǒng)計(jì)資料不斷完善等有利條件，對表征不確定性的入庫洪水、風(fēng)、過流結(jié)構(gòu)尺寸、流量系數(shù)、水位—庫容關(guān)系等隨機(jī)變量進(jìn)行更為深入的研究，在充分識別風(fēng)險(xiǎn)因子相互作用的基礎(chǔ)上，提高風(fēng)險(xiǎn)概率定量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

（2）定量研究風(fēng)險(xiǎn)后果隨著國家流域防洪規(guī)劃的編制，應(yīng)對事故洪水演進(jìn)、人口、財(cái)產(chǎn)分布、應(yīng)急處理等影響事故后果的關(guān)鍵因素進(jìn)行針對性分析，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)后果定量研究。同時(shí)應(yīng)積極引入中國在山洪、泥石流等災(zāi)害生命、經(jīng)濟(jì)損失定量分析方面的研究成果，并借鑒國家環(huán)評方面相關(guān)法律法規(guī)對于社會、環(huán)境影響的分析方法，作為大壩事故造成社會、環(huán)境影響定量估計(jì)的參照。風(fēng)險(xiǎn)后果與風(fēng)險(xiǎn)概率相結(jié)合，可使大壩風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果更全面，風(fēng)險(xiǎn)管控措施更有針對性。

（3）科學(xué)采用管理手段在當(dāng)前主要采用工程措施且安全管理效果顯著的基礎(chǔ)上，重視洪水預(yù)警、應(yīng)急管理等非工程措施在大壩評價(jià)與管理中的重要作用。二者結(jié)合，可有效降低事故損失，也可更為科學(xué)地判定大壩風(fēng)險(xiǎn)程度，合理確定病險(xiǎn)大壩在除險(xiǎn)加固中的排序，使有限的大壩管理資金更好地發(fā)揮作用。在合理進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別、估計(jì)和評價(jià)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)回避、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移等主動風(fēng)險(xiǎn)控制方法和應(yīng)急預(yù)案等被動風(fēng)險(xiǎn)控制方法，建立完善的大壩風(fēng)險(xiǎn)管理體系，可達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]何海峰.大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及輔助分析系統(tǒng)研究[D].南京：河海大學(xué)，2008.

[2]金永強(qiáng).水庫大壩潰壩險(xiǎn)情的分析方法研究[博士學(xué)位論文].南京：河海大學(xué)，2008.