基于事故樹理論的堤防潰口現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤實(shí)例分析

潘傳柏 馬玉潔 楊夢(mèng)云

摘要：為了避免因一線技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的錯(cuò)誤判斷而耽誤搶險(xiǎn)時(shí)間，或因技術(shù)錯(cuò)誤和搶險(xiǎn)方案制定不及時(shí)而導(dǎo)致潰口，根據(jù)防汛搶險(xiǎn)實(shí)踐和相關(guān)潰口失事案例，應(yīng)用事故樹分析法建立了現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤事故樹圖。依據(jù)事故樹分析基本原理，對(duì)堤防潰口的現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤實(shí)例進(jìn)行了定性、定量分析。結(jié)果表明： 現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤共有7種事故模式，現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的前瞻性、綜合性、針對(duì)性和有效性是防范現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的側(cè)重點(diǎn)及主要控制方向。

關(guān)鍵詞：堤防潰口;事故樹理論;定性分析;定量分析;防汛搶險(xiǎn)

中圖法分類號(hào)：TV871.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.005

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）08 - 0024- 04

0 引 言

目前，世界上最為常見的15種自然災(zāi)害中，因江河洪水泛濫而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失及人身死亡事故長(zhǎng)期居第一位。作為防御洪水的兩大主要防洪工程措施，在防洪減災(zāi)中，水庫(kù)潰壩、堤防潰口并不鮮見。例如，荊州就先后于1980，1998年兩次發(fā)生堤防潰口事故。王運(yùn)輝[1]就防汛搶險(xiǎn)技術(shù)進(jìn)行了研究，劉亞蓮等[2]根據(jù)事故樹理論就堤防失事風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，但關(guān)于一線防汛搶險(xiǎn)中現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的研究卻鮮有論述。楊夢(mèng)云[3-4]在重大險(xiǎn)情潰口事故防范分析中，運(yùn)用事故樹分析法構(gòu)建了潰口或漫溢事故樹，并將搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤作為中間事件，以此對(duì)相關(guān)基本事件進(jìn)行了定性、定量分析，但該項(xiàng)研究中僅分析了2個(gè)導(dǎo)致?lián)岆U(xiǎn)方案錯(cuò)誤的基本事件。防汛搶險(xiǎn)實(shí)踐性很強(qiáng)，學(xué)界關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的研究基本上仍然處在盲區(qū)，尤其是關(guān)于防汛搶險(xiǎn)中現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的定性、定量分析，一直是防洪減災(zāi)研究中的空白。本文根據(jù)防汛搶險(xiǎn)實(shí)踐和相關(guān)堤防汛期潰口失事案例，采用事故樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）法，建立現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤事故樹圖，通過定性、定量分析，找出現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的關(guān)鍵因素，可為及時(shí)、正確制定搶險(xiǎn)方案并根據(jù)水雨情和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)修正或修改提供依據(jù)。

1 事故樹分析方法

1.1 基本原理

事故樹分析法的基本原理是把不希望發(fā)生的事件作為頂上事件，層層分析與頂上事件有關(guān)的所有原因事件，一直分析到不能再分解或沒有必要分析的基本事件為止[5]，通過邏輯門符號(hào)將各層中間事件和基本事件連接起來，構(gòu)建事故樹圖。根據(jù)簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果，達(dá)到定性、定量分析的目的。

1.2 計(jì)算公式

1.2.1 最小割集與最小徑集

布爾代數(shù)法尤其適合于基本事件不太繁雜的分析。根據(jù)布爾代數(shù)的性質(zhì)，可把任何布爾函數(shù)化為析取和合取兩種標(biāo)準(zhǔn)形式。

1.2.2 結(jié)構(gòu)重要度

結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可按式（3）計(jì)算：

式中：[IΦi]為第[i]個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù);[Kj]為最小割集總數(shù);[nj]為第[i]個(gè)基本事件所在的最小割集[Kj]的基本事件總數(shù)。

1.2.3 頂上事件發(fā)生概率

用“與門”或“或門”連接的頂上事件發(fā)生概率可根據(jù)事故樹的結(jié)構(gòu)，分別用式（4）、（5）求得。

用“與門”連接的頂上事件的發(fā)生概率PT為

用“或門”連接的頂上事件的發(fā)生概率為

式中：qi 為第i個(gè)基本事件的發(fā)生概率;PT為頂上事件發(fā)生的概率。

1.2.4 基本事件的概率重要度

概率重要度系數(shù)[Igi]用式（6）計(jì)算。

式中：[Igi]為第i個(gè)基本事件的概率重要度系數(shù)。

1.2.5 基本事件的關(guān)鍵重要度

關(guān)鍵重要度用式（7）計(jì)算。

2 現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤實(shí)例

2.1 荊州市公安縣黃四咀潰口

1980年公安縣黃四咀第4次洪峰，原有清水洞的堤腳附近先后發(fā)生了5處小型管涌，且清水洞流量逐漸減小直至斷流。1980年8月4日08：00，外江水位大幅下降0.7 m后，5處原發(fā)小型管涌的其中一處管涌旁又出現(xiàn)新的管涌;15：30正式上報(bào)縣三防指揮部，“險(xiǎn)情名稱渾水洞，洞徑5 cm（麻渾）少量帶砂，處理意見：內(nèi)反濾（圍井）不行外壓?！爆F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員因意見分歧，最后未能及時(shí)制定搶險(xiǎn)方案，在發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情13 h后潰口[6]。

2.2 荊州市公安縣孟溪大垸嚴(yán)家臺(tái)潰口

1998年7月10日，公安縣虎渡河右岸孟溪大垸嚴(yán)家臺(tái)堤腳附近發(fā)現(xiàn)了2處小型管涌，現(xiàn)場(chǎng)處置方案為派守險(xiǎn)勞力分班坐哨觀察;7月20日險(xiǎn)情在水位平緩回落期的第1天第1次惡化后未做任何處置，現(xiàn)場(chǎng)處置方案仍是坐哨觀察;7月25日水位大幅快速上漲1.56 m后，原發(fā)險(xiǎn)情附近出現(xiàn)新的管涌，原發(fā)險(xiǎn)情第二次惡化，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)新、舊2處管涌分別制定了導(dǎo)濾堆和圍井反濾方案，其后又將圍井導(dǎo)濾改為填黃土平臺(tái)內(nèi)壓的措施;僅2 d之后，水位于7月27日快速回落0.83 m，但險(xiǎn)情不僅未隨著水位的大幅回落而好轉(zhuǎn)，反而出現(xiàn)第3次惡化，導(dǎo)濾堆疑似淤堵失效，滲水帶沙，內(nèi)壓的黃土蓋重也出現(xiàn)滲水，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員決定加高內(nèi)壓的黃土平臺(tái)并將涌水帶沙的二級(jí)導(dǎo)濾堆一起封埋。28 d內(nèi)險(xiǎn)情3次惡化（圖1），8月7日0：00終致潰口。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案分析

根據(jù)公安縣黃四咀潰口技術(shù)調(diào)查情況報(bào)告，調(diào)查組于1980年10月13日對(duì)潰口險(xiǎn)情做了技術(shù)鑒定，該處險(xiǎn)情為“管洞水平穿堤”，屬穿堤管涌險(xiǎn)情，當(dāng)時(shí)雖有人提出圍井導(dǎo)濾和做外壓，但都未予以行動(dòng)[6]，造成險(xiǎn)情不斷惡化，以致潰口。但從調(diào)查報(bào)告全文看，上報(bào)時(shí)的處理意見為內(nèi)反濾（圍井）不行外壓。具體實(shí)施前，現(xiàn)場(chǎng)兩種意見主要分歧在于：井內(nèi)導(dǎo)濾材料到底是先砂后石，還是只用卵石不用砂。意見中忽視了現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的時(shí)效性;而只用卵石不用砂的搶險(xiǎn)方案更是有悖于管涌險(xiǎn)情“導(dǎo)水抑沙”的搶護(hù)原則，未考慮到現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的針對(duì)性和有效性，且搶險(xiǎn)方案單一，沒有及時(shí)針對(duì)該“水平穿堤”管洞采取“堤外尋找洞口，用棉絮塞口，或做黏土外幫”等綜合性方案。

公安縣孟溪大垸嚴(yán)家臺(tái)潰口是經(jīng)典案例之一。該處險(xiǎn)情在第10天出現(xiàn)第1次惡化后，沒有及時(shí)采取實(shí)質(zhì)性的搶險(xiǎn)方案;同時(shí)未根據(jù)當(dāng)時(shí)的水情、雨情預(yù)報(bào)，預(yù)估水位大幅上漲后險(xiǎn)情可能的發(fā)展趨勢(shì)，沒有考慮現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的前瞻性，而是被動(dòng)坐守到1998年7月25日水位大幅快速上漲1.56 m后出現(xiàn)第二次惡化，導(dǎo)致原發(fā)管涌發(fā)展成管涌群，雖然實(shí)施了導(dǎo)濾堆和圍井導(dǎo)濾的搶險(xiǎn)方案，但其后又將圍井導(dǎo)濾改為黃土平臺(tái)，使得搶險(xiǎn)方案完全沒有針對(duì)性與有效性;以致于在該方案實(shí)施的第2天，雖然水位快速回落0.83 m，但險(xiǎn)情不僅未隨著水位的大幅回落同步好轉(zhuǎn)，反而出現(xiàn)第3次惡化，而加高內(nèi)壓蓋重平臺(tái)并將處置原發(fā)險(xiǎn)情時(shí)實(shí)施的二級(jí)導(dǎo)濾堆一起封埋的搶險(xiǎn)方案，更是再一次違背了管涌險(xiǎn)情“導(dǎo)水抑沙”的搶險(xiǎn)原則。該處險(xiǎn)情在28 d內(nèi)3次惡化，雖然反復(fù)警示，但在制定搶險(xiǎn)方案時(shí)，既未考慮方案的前瞻性，也未考慮方案的針對(duì)性和有效性，終于在其后水位大幅上漲時(shí)潰口。

3 現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤事故樹的構(gòu)建與分析

3.1 事故樹構(gòu)建

從公安縣黃四咀潰口案例可以看出，現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案必須具有時(shí)效性、針對(duì)性和有效性。公安縣孟溪大垸嚴(yán)家臺(tái)潰口實(shí)例則進(jìn)一步論證了現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案還應(yīng)結(jié)合水雨情趨勢(shì)和險(xiǎn)情狀態(tài)，需具有一定的前瞻性。而在管涌的搶護(hù)中，部分技術(shù)人員在外坡填土或以不透水土工布堵截，將漏洞險(xiǎn)情的“外堵內(nèi)導(dǎo)，堵導(dǎo)并舉，堵重于導(dǎo)”原則教條的套用在鉆孔、水井等類型的管涌險(xiǎn)情上，存在著很大的盲目性，無明顯效果，既不合理，也不具可操作性，無疑違背了管涌險(xiǎn)情“導(dǎo)水抑沙”的原則。根據(jù)實(shí)際案例，在潰口險(xiǎn)情的搶險(xiǎn)中，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的基本事件主要有針對(duì)性不強(qiáng)、時(shí)效性不強(qiáng)、缺乏有效性、可操作性不強(qiáng)、合理性不足、綜合性不夠、前瞻性不足等7項(xiàng)。根據(jù)FTA的基本原理，繪制事故樹，見圖2。

3.2 事故樹定性分析

3.2.1 最小割集

現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤事故樹的結(jié)構(gòu)表達(dá)式為

由布爾代數(shù)的吸收合并、化簡(jiǎn)運(yùn)算后共得到7組最小割集[8]：

3.2.2 最小徑集

最小徑集用事故樹表示為

根據(jù)布爾代數(shù)的等冪、吸收運(yùn)算，化簡(jiǎn)后得到1組最小徑集：

從以上分析計(jì)算看，最小割集有7組，即導(dǎo)致事故的發(fā)生有7種途徑，或者說有7種事故模式。如果不考慮每個(gè)基本事件發(fā)生的概率，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上看，任何方面都不能掉以輕心。

本例中最小徑集只有1組，如果不考慮每個(gè)基本事件發(fā)生的概率，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)基本事件都不容忽視。

3.2.3 結(jié)構(gòu)重要度

當(dāng)事故樹結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單時(shí)，一般通常遵循結(jié)構(gòu)重要度判斷“四原則”，循序判斷每一個(gè)基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的大小。根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度判別“四原則”，IΦ（1）=IΦ（2）=IΦ（3）=…=IΦ（7）;與最小割集和最小徑集的分析一致。

3.3 事故樹定量分析

3.3.1 頂上事件發(fā)生概率

荊江分蓄洪區(qū)僅1998，1999年所轄300余km堤防分別有險(xiǎn)情275，104處，現(xiàn)場(chǎng)防汛搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤導(dǎo)致最嚴(yán)重的后果是堤防潰口。限于篇幅，本文采用了最具代表性的實(shí)例，即荊江分蓄洪區(qū)建成后所在行政區(qū)域支民堤的2個(gè)潰口實(shí)例。在此通過向基層具有20～40 a以上一線現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)的專家共45人發(fā)出4輪征詢，以其所經(jīng)歷的歷年歷次洪峰險(xiǎn)情，即包括但不限于潰口決堤的一線搶險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)打分?；诘聽柗品ǎ―elphi）對(duì)基本事件的發(fā)生概率進(jìn)行專家評(píng)價(jià)后，得到針對(duì)性不強(qiáng)、時(shí)效性不強(qiáng)、缺乏有效性等7個(gè)基本事件 X1～ X7的發(fā)生概率如表1所示。

根據(jù)表1中基于德爾菲法（Delphi）的各個(gè)基本事件發(fā)生概率和搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤事故樹圖中的邏輯關(guān)系，以搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤作為頂上事件的發(fā)生概率為

3.3.2 概率重要度

從計(jì)算結(jié)果看：現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案前瞻性不足、綜合性不夠、針對(duì)性不強(qiáng)、缺乏有效性共4個(gè)基本事件（X7，X6，X1，X3）對(duì)頂上事件發(fā)生概率的影響較大。計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案前瞻性不足、綜合性不夠、針對(duì)性不強(qiáng)、缺乏有效性的發(fā)生概率下降50%時(shí)，搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的發(fā)生概率為0.785 9;如果前瞻性不足等4個(gè)基本事件X7，X6，X1，X3的發(fā)生概率能夠得到有效控制，搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的發(fā)生概率下降為0.408 6。

3.3.3 關(guān)鍵重要度系數(shù)

根據(jù)：

可計(jì)算出關(guān)鍵重要度系數(shù)：

關(guān)鍵重要度排序：

關(guān)鍵重要度計(jì)算結(jié)果表明： 關(guān)鍵重要度排序和概率重要度排序一致，進(jìn)一步說明了應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案前瞻性不足、綜合性不夠、針對(duì)性不強(qiáng)、缺乏有效性等4個(gè)基本事件，作為降低搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤發(fā)生概率的主要控制方向。

4 結(jié) 論

（1）現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤共有7種事故模式，本事故樹結(jié)構(gòu)中各基本事件發(fā)生概率不盡相同，但結(jié)構(gòu)重要度相同，在制定現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案時(shí)，應(yīng)注意控制并盡可能降低每一個(gè)基本事件的發(fā)生概率。

（2）對(duì)于潰口性險(xiǎn)情，應(yīng)及時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)的水、雨情預(yù)報(bào)情況，并結(jié)合險(xiǎn)情狀態(tài)預(yù)估險(xiǎn)情發(fā)展趨勢(shì)，適當(dāng)考慮現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的前瞻性，避免險(xiǎn)情得到控制后又因水情、雨情的變化而失控;對(duì)重大險(xiǎn)情應(yīng)采取綜合性的搶險(xiǎn)方案，做到內(nèi)外兼顧，并行搶護(hù)，即使是同類險(xiǎn)情，也應(yīng)視險(xiǎn)情所在的具體位置、出險(xiǎn)處滲水的流量、出險(xiǎn)處滲水的水色、堤外岸坡等具體情況，制定出具有針對(duì)性的一套或數(shù)套方案同時(shí)進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的前瞻性、綜合性、針對(duì)性和有效性是有效防范現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的側(cè)重點(diǎn)及主要控制方向。

（3）在防汛搶險(xiǎn)中，把事故樹分析法引入到現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的定性與定量分析中，為現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案的評(píng)估提出了一種新的評(píng)價(jià)方法，但目前基本事件的發(fā)生概率尚缺乏統(tǒng)計(jì)資料，有必要建立現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)方案錯(cuò)誤的基本事件發(fā)生概率數(shù)據(jù)庫(kù)。

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（編輯：江 文）