鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防潰決模式及概率計(jì)算方法研究

李寧 付建國(guó) 熊芳金

摘要：研究堤防潰決模式和概率，有助于了解鄱陽(yáng)湖重點(diǎn)提防潰決模式及其概率，通過采取有效的方法增加堤防穩(wěn)定性，并在高洪水位下有針對(duì)性的巡查，潰決后采取有效的措施減少人員、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失。

關(guān)鍵詞：鄱陽(yáng)湖;堤防;潰決;概率

堤防工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它又直接受水的作用，存在于應(yīng)力和滲流禍合作用的賦存環(huán)境中，受堤身堤基地質(zhì)條件、堤防運(yùn)行條件以及人為因素等內(nèi)因外因的影響，其失事破壞類型的表現(xiàn)形式是相當(dāng)復(fù)雜的;堤防失事模式分析實(shí)質(zhì)上是堤防工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的一部分，其實(shí)質(zhì)就是要分析堤防工程失事類型及其影響各種失事類型的因素。對(duì)堤防工程來講，合理確定堤防可能失效模式是正確并有效進(jìn)行堤防失事風(fēng)險(xiǎn)分析的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，也是堤防失事風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果合理有效的基礎(chǔ)。

一.潰決模式及潰決路徑識(shí)別方法

由于堤防工程歷史原因和自身特點(diǎn)，其在運(yùn)行期間可能遇到各種各樣的險(xiǎn)情，如散浸、裂縫、管涌、滲漏、滑坡等，由于堤防工程沿線較長(zhǎng)，所以危及其安全的影響因素眾多，如堤身斷面形狀、堤身填土性質(zhì)、地質(zhì)因素、水文因素和施工條件等，它們既有內(nèi)因也有外因，既有自然因素也有人為因素[1]。針對(duì)堤防工程的破壞類型和破壞機(jī)理，深入分析各主要風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)堤防安全的影響，是進(jìn)行堤防工程風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的基礎(chǔ)。根據(jù)江河洪水災(zāi)害和堤防失事破壞的調(diào)查資料分析，堤防的失事破壞類型很多，種類各異，歸納起來主要有以下三種形式漫頂破壞失事、滲透破壞失事和失穩(wěn)破壞失事。

二.鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防潰決概率計(jì)算方法

本文所探討的堤防潰決風(fēng)險(xiǎn)概率估算方法，旨在對(duì)于潰堤風(fēng)險(xiǎn)率的計(jì)算。就目前來講，其失事破壞的概率主要依靠經(jīng)驗(yàn)來估算，對(duì)于初步分析階段，主要采用歷史資料統(tǒng)計(jì)法和專家經(jīng)驗(yàn)法，歷史資料統(tǒng)計(jì)法是直接照搬歷史資料記載的堤防失事概率，如何科學(xué)地界定歷史記載堤防失事概率與現(xiàn)有堤防可能失事概率的相似性和可比性，是研究歷史資料統(tǒng)計(jì)法需要解決的問題，就目前而言，該方法實(shí)用的不是很多;專家經(jīng)驗(yàn)法主要在于利用專家的理解與判斷，參照專家編制的映射表，將專家對(duì)各環(huán)節(jié)事件的定性描述定量化，該方法人的主觀因素較強(qiáng);還有一類是基于詳細(xì)分析的可靠度理論方法來計(jì)算獲得事件的破壞概率，該方法需要依賴詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料，一般不易收集，并且中間某些環(huán)節(jié)難以進(jìn)行理論分析，因此，世界上潰壩概率分析極少采用這一類的詳細(xì)分析方法。

對(duì)于一座病險(xiǎn)水庫(kù)而言，使用事件樹法對(duì)其進(jìn)行潰堤風(fēng)險(xiǎn)率的估算時(shí)，需要考慮若干種可能荷載作用下的破壞途徑，這里所指的“荷載”通常指水荷載以及地震荷載。“若干種可能的荷載”是指在非汛期工況下幾種可能出現(xiàn)的水位荷載以及汛期工況下的汛限水位、或汛限水位以下所遭遇的設(shè)計(jì)洪水、校核洪水和更高水位下的荷載。具體分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際的運(yùn)行情況，綜合考慮，選取幾種具有“代表性的水位荷載”，并確定其出現(xiàn)的概率（或頻率），然后針對(duì)具體某一水位荷載，畫出潰決事件發(fā)展的過程，形成相應(yīng)的潰決路徑，并對(duì)每個(gè)過程事件發(fā)生的可能性賦以相應(yīng)的概率值，從而得到該水位下潰決途徑的發(fā)生概率，同理求出其它水位荷載作用下的潰決途徑概率，其具體計(jì)算的步驟為[2]：

①計(jì)算每種荷載狀態(tài)下每條潰決途徑的潰堤概率，即各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生的條件概率的乘積。

②同一荷載狀態(tài)下的各種破壞模式一般并不互斥，因而其潰決條件概率可采用deMorgan定律計(jì)算。設(shè)第i個(gè)荷載狀態(tài)下有n個(gè)潰決模式：其概率分別為則n個(gè)潰決模式發(fā)生的概率為：

其中，deMorgan定律就是式（4.3.2-2）中事件并集概率的上限。

即為第i種荷載下的大堤破壞概率P（i）。

③按照上述方法對(duì)可能出現(xiàn)的其它特征水位進(jìn)行計(jì)算，即可得到所有可能荷載下的相應(yīng)潰堤途徑的潰決概率.由于不同荷載狀態(tài)下其條件概率一般被視為是互斥事件，因此，堤防潰決概率等于各種荷載狀態(tài)下潰決概率之和，即：

3.環(huán)節(jié)事件發(fā)生概率的求解

對(duì)于大堤潰決事件的發(fā)生是由若干個(gè)環(huán)節(jié)的失事所導(dǎo)致，因此，為了計(jì)算潰堤事件的風(fēng)險(xiǎn)率，關(guān)鍵在于求出潰堤事件每個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生的概率，此時(shí)，需要借助專家的評(píng)判意見來計(jì)算得到環(huán)節(jié)事件發(fā)生概率，在多個(gè)專家對(duì)同一環(huán)節(jié)事件進(jìn)行評(píng)估時(shí)，必須對(duì)多個(gè)專家進(jìn)行綜合分析。為簡(jiǎn)單起見，結(jié)合本文第三章中的五位（甲、乙、丙、丁、戊）專家，采用算術(shù)平均法來計(jì)算潰堤環(huán)節(jié)事件失事的概率，可按下式計(jì)算：

其中，n為專家個(gè)數(shù)或潰堤過程中的環(huán)節(jié)數(shù)（i，j=1…，n）。

參考文獻(xiàn)

[1]羅云，樊運(yùn)曉，馬曉春. 風(fēng)險(xiǎn)分析與安全評(píng)價(jià)[M]. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]施國(guó)慶，朱淮寧，荀厚平等. 水庫(kù)潰壩損失及其計(jì)算方法研究[J].災(zāi)害學(xué)1998年第04期.

作者簡(jiǎn)介：李寧1988.3，男，漢，江西上高，研究生，講師，水利工程方向。