堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞：堤防工程；險(xiǎn)情；災(zāi)變機(jī)制；不確定性；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)管控

中圖分類號(hào)：TV87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-9235（2024）11-0001-13

堤防是中國(guó)防洪工程體系的重要組成部分，具有抵御洪水和保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)與生產(chǎn)安全的重要功能［1］。截至2022年年底，全國(guó)共建成5級(jí)及以上各類堤防設(shè)施達(dá)33. 06萬(wàn)km，保護(hù)人口6. 82億和耕地6. 29億畝［2］（1畝約等于667 m²，下同）。然而，目前堤防工程防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，并且受限于堤身填筑施工工藝和歷史條件，存在堤基結(jié)構(gòu)復(fù)雜和堤身材料參數(shù)特性不確定性大等問(wèn)題，致使大量堤防工程存在失事風(fēng)險(xiǎn)和重大險(xiǎn)情。例如，1998年長(zhǎng)江流域發(fā)生超大洪水，誘發(fā)堤防險(xiǎn)情9000多處，淹沒(méi)耕地300多萬(wàn)畝，受災(zāi)人口近1億，直接經(jīng)濟(jì)損失約1500億元［3］。2020年江西省鄱陽(yáng)湖流域多座堤防發(fā)生潰決，其中發(fā)生決口險(xiǎn)情的圩堤有14座，包括2座萬(wàn)畝圩堤（問(wèn)桂道圩堤和中洲圩），受災(zāi)人口達(dá)625886人，緊急轉(zhuǎn)移安置群眾71012人，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)50. 2萬(wàn)畝，直接經(jīng)濟(jì)損失5. 5億元［4-5］。因此，亟需深入開(kāi)展堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控研究。

堤防工程賦存環(huán)境條件是決定能否發(fā)生堤防險(xiǎn)情的先決條件［6］。由于堤防工程經(jīng)歷多次填筑，且堤基受長(zhǎng)期固結(jié)沉降作用，所以堤身/堤基土層空間分布及土體參數(shù)存在較大不確定性［7-8］。再加上地震、極端強(qiáng)降雨等外荷載因素的復(fù)雜性和隨機(jī)性，明顯增加了堤防險(xiǎn)情賦存環(huán)境識(shí)別和表征、堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制研究的難度。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用理論分析、物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法在堤防工程失事模式、險(xiǎn)情判別和控制等方面開(kāi)展了一系列研究，并揭示了洪水漫溢和滲透破壞是引起堤防失事的主要原因［9-10］，同時(shí)也常伴隨著管涌和散浸等其他堤防險(xiǎn)情［11］。但是，當(dāng)前研究沒(méi)有充分考慮堤防工程堤身/堤基材料性質(zhì)的不確定性和參數(shù)空間變異性特征，不能較好地模擬洪水漫溢和滲透破壞等引起的堤防工程潰決大變形破壞和洪水演進(jìn)過(guò)程，導(dǎo)致無(wú)法精準(zhǔn)進(jìn)行防災(zāi)預(yù)警工作。因此，迫切需要對(duì)堤防工程賦存環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和定量表征，并闡明堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制，這對(duì)于堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管控及指導(dǎo)險(xiǎn)情處置至關(guān)重要。

另一方面，堤防工程失事后造成的破壞后果和損失不容忽視，主要分為生命損失、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失［12］。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者們建立了各類堤防險(xiǎn)情后果損失評(píng)估方法，并且從人為因素占主導(dǎo)的定性-定量分析方法逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽紤]多種不確定性因素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，但是當(dāng)前仍是以統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的半定性半定量方法為主，缺少一套系統(tǒng)、科學(xué)、可操作性強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法。其主要原因是考慮的風(fēng)險(xiǎn)因子不夠全面，并且缺少堤防工程全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。對(duì)堤防工程材料的不確定性和土體參數(shù)空間變異性定量表征困難［13-14］，堤防工程失事潰決后洪水災(zāi)害演進(jìn)過(guò)程及其對(duì)承災(zāi)體的影響范圍和作用強(qiáng)度不能準(zhǔn)確定量描述。

綜上，為了進(jìn)一步提高中國(guó)堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控能力，降低堤防工程失事造成的損失，落實(shí)預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案這“四項(xiàng)”防御措施一直是防災(zāi)減災(zāi)部門關(guān)注的重點(diǎn)。深入研究堤防險(xiǎn)情賦存環(huán)境識(shí)別和表征，可獲得大量有效數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的災(zāi)害預(yù)報(bào)和預(yù)警工作。同時(shí)，深入研究堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程以及后果分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可前瞻性地對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行有效的災(zāi)害預(yù)演，進(jìn)而制定有效的風(fēng)險(xiǎn)管控預(yù)案，對(duì)于保障堤防工程安全運(yùn)行與險(xiǎn)情防控具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。為此，本文針對(duì)堤防工程賦存環(huán)境不確定性表征、堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控難題，分別從堤防險(xiǎn)情賦存環(huán)境識(shí)別和表征、堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程、堤防險(xiǎn)情后果分析、堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控這5個(gè)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察，指出了當(dāng)前研究存在的不足，并初步總結(jié)歸納了堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控領(lǐng)域未來(lái)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，期望為堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與科學(xué)防控提供參考。

1堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控研究進(jìn)展

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、理論分析和實(shí)地考察，得出目前堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控研究框架，見(jiàn)圖1。下面從5個(gè)方面進(jìn)行概述。

1. 1堤防險(xiǎn)情賦存環(huán)境識(shí)別和表征

堤防險(xiǎn)情發(fā)生類型和失事模式不僅與水文信息（洪水水位波動(dòng)）、極端降雨和地震等外荷載因素息息相關(guān)［15-16］，還受到堤基/堤身結(jié)構(gòu)及土體性質(zhì)不確定性等內(nèi)在因素的影響。一方面，堤身在洪水長(zhǎng)期浸泡作用下，土體強(qiáng)度降低，在未加防護(hù)措施的情況下易受水流側(cè)向沖刷，堤身變薄和堤岸抗沖刷能力下降，為滲流侵蝕創(chuàng)造條件。此時(shí)，不僅在堤防工程背水坡發(fā)生滲漏、流土和管涌等險(xiǎn)情［7］，而且在臨水坡也會(huì)因河流沖刷、波浪掏刷出現(xiàn)崩塌等險(xiǎn)情，最終導(dǎo)致堤岸發(fā)生失穩(wěn)破壞［17］。圖2給出了堤防工程滲漏、崩岸、管涌和滲流共4種險(xiǎn)情示意圖。另一方面，堤基土體通常由新近堆積的粉土和細(xì)粉砂等物質(zhì)組成，在地震、振動(dòng)等作用下易發(fā)生液化現(xiàn)象，抗剪強(qiáng)度降低和承載能力喪失，從而引起堤身上部出現(xiàn)不均勻沉降而失事［18］，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)堤防工程發(fā)生潰決破壞，完全失去抗洪能力。

因?yàn)榈谭拦こ痰男藿ù蠖嗑偷厝〔?，堤身材料的性質(zhì)差異性明顯和空間分布不均勻性強(qiáng)，并且歷經(jīng)多次填筑加固，使得堤身結(jié)構(gòu)和密實(shí)度等參數(shù)存在較大的不確定性［7，19］。目前一些學(xué)者采用隨機(jī)場(chǎng)理論和有限元數(shù)值模擬手段，深入探索了土體參數(shù)空間變異性與堤防工程安全性之間的作用機(jī)制。例如，宋軒等［20］基于隨機(jī)場(chǎng)理論表征堤防工程中巖土體參數(shù)的空間變異性，并結(jié)合Monte Carlo模擬方法對(duì)堤防岸坡進(jìn)行可靠度分析。蘭滔等［21］結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料和有限元數(shù)值模型，對(duì)加高培厚堤土體參數(shù)空間變異性進(jìn)行定量表征和沉降預(yù)測(cè)，較好地量化了土體參數(shù)空間變異性對(duì)加高培厚堤防最終沉降量和沉降穩(wěn)定時(shí)間的影響，為加高培厚堤防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了基礎(chǔ)條件。Chi等［13］提出了一種考慮土壩滲流參數(shù)空間變異性的概率反分析方法，并評(píng)估了土壩安全系數(shù)和失效概率，但是該方法沒(méi)有充分考慮非穩(wěn)態(tài)滲流的影響。Robbins等［14］采用隨機(jī)有限元法表征巖土體滲透系數(shù)空間變異性，并評(píng)估其對(duì)反向侵蝕管涌的影響規(guī)律，進(jìn)一步闡明了反向侵蝕管涌的致災(zāi)機(jī)制。Jiang等［22］針對(duì)非飽和路堤邊坡滲流穩(wěn)定性問(wèn)題，充分考慮了土體參數(shù)（抗剪強(qiáng)度和水力參數(shù)）的空間變異性，提出了一種非侵入式可靠度分析方法，為定量計(jì)算非均質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性和可靠度提供了新方法，極大地促進(jìn)了堤防工程風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估研究。

綜上可見(jiàn)，堤防工程填筑工藝、堤身結(jié)構(gòu)特征、筑堤材料性質(zhì)及其參數(shù)空間變異性是造成堤防險(xiǎn)情的主要內(nèi)在因素。雖然目前堤防險(xiǎn)情賦存環(huán)境識(shí)別和表征研究取得了可喜的進(jìn)展，不僅考慮了地震、極端降雨和洪水水位等外荷載因素對(duì)堤防險(xiǎn)情的影響，采用室內(nèi)物理模型試驗(yàn)研究了不同外荷載作用下堤防險(xiǎn)情的成災(zāi)機(jī)理和災(zāi)變機(jī)制，而且考慮堤基材料性質(zhì)和堤身土體參數(shù)的不確定性，采用有限元法、顆粒流等數(shù)值模擬手段進(jìn)行了堤防險(xiǎn)情發(fā)展全過(guò)程模擬及失效概率分析，但是當(dāng)前研究仍存在以下不足。①水文信息、降雨和地震等外荷載因素的隨機(jī)性較強(qiáng)，無(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其對(duì)堤防工程安全性的影響，進(jìn)而不能為預(yù)防堤防工程險(xiǎn)情提供有效的措施。②堤基大多為天然堤基，經(jīng)歷長(zhǎng)期的固結(jié)沉降作用，并且堤身填筑過(guò)程中難以保障嚴(yán)格規(guī)范的設(shè)計(jì)和施工，導(dǎo)致堤身土體密實(shí)度、水力和強(qiáng)度等土工參數(shù)存在較大的空間變異性。同時(shí)，由于缺乏足夠的土工參數(shù)資料，導(dǎo)致對(duì)堤防工程賦存環(huán)境的不確定性研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。③堤防險(xiǎn)情的發(fā)展是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，各因素間相互作用復(fù)雜，而關(guān)于特定賦存環(huán)境條件及其組合關(guān)系下堤防險(xiǎn)情研究較少。尤其對(duì)堤防險(xiǎn)情從發(fā)生至潰堤的致災(zāi)條件、演變過(guò)程、災(zāi)變機(jī)制和險(xiǎn)情危害等認(rèn)識(shí)尚不清楚，致使在防汛搶險(xiǎn)過(guò)程中仍以經(jīng)驗(yàn)和定性分析方法判斷堤防險(xiǎn)情為主，難以準(zhǔn)確研判堤防險(xiǎn)情的發(fā)展趨勢(shì)。

在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，中國(guó)還可能遭遇極端降雨和更大范圍的流域性洪水，未來(lái)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括：①需要充分考慮因筑堤材料碾壓密實(shí)度不均勻造成的堤身性質(zhì)不確定性和土體參數(shù)空間變異性，實(shí)現(xiàn)對(duì)堤基材料、堤身土體水力和強(qiáng)度等參數(shù)空間變異性定量表征，進(jìn)而揭示其對(duì)堤防工程險(xiǎn)情類別、失事模式和災(zāi)變機(jī)制的影響；②融合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、勘察資料、堤身變形、水頭和孔隙水壓等監(jiān)測(cè)資料與觀測(cè)信息進(jìn)行參數(shù)概率反分析，降低堤防工程中賦存環(huán)境不確定性對(duì)堤防工程安全運(yùn)行的影響，并提前預(yù)警預(yù)報(bào)極端降雨和超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生的時(shí)間，進(jìn)而制定相應(yīng)措施降低極端降雨和超標(biāo)準(zhǔn)洪水對(duì)堤防工程造成的潛在危害。

1. 2 堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程

堤防工程一旦失事發(fā)生潰決破壞，會(huì)引發(fā)洪水災(zāi)害，威脅保護(hù)區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因此厘清堤防工程災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程對(duì)于保障堤防工程正常運(yùn)行與指導(dǎo)工程應(yīng)急搶險(xiǎn)具有重要意義。由于影響堤防工程安全運(yùn)行的不確定性因素較多，并且同時(shí)考慮各種因素比較困難，因此將堤防工程按照失事模式進(jìn)行分類有利于進(jìn)行堤防工程安全分析［17］。通過(guò)文獻(xiàn)綜述發(fā)現(xiàn)堤防工程主要失事模式包括洪水漫溢、洪水漫頂、滲透破壞（管涌、流土、散浸）和岸坡失穩(wěn)等［23-24］。圖3給出了堤防工程常見(jiàn)的4種失事模式。其中洪水漫溢和滲透破壞引起的堤防工程失事占比80%以上，是導(dǎo)致堤防工程失事的主要模式［9］。

盡管目前國(guó)內(nèi)關(guān)于大壩工程災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程研究取得了豐碩成果，尤其在面板壩、高心墻壩及堰塞壩等壩體潰決機(jī)理和潰壩過(guò)程模擬研究方面處于世界領(lǐng)先水平［25-27］，而在堤防工程潰決災(zāi)變機(jī)制方面研究比較薄弱。雖然大壩和堤防在潰決機(jī)理和洪水演進(jìn)方面雖然存在一定的相似性，但是二者也存在明顯差別。比如，大壩潰決洪水流動(dòng)方向常垂直大壩軸線，而堤防潰決水流一般為側(cè)向運(yùn)動(dòng)；潰壩水位降落快，潰堤水位降落慢。此外，不同堤身材料的堤防工程受水流侵蝕后的潰決機(jī)理與演變過(guò)程也存在較大差異，黏性土材料堤防工程的潰決過(guò)程表現(xiàn)為“陡坎”沖刷模式，而非黏性土材料堤防工程潰決過(guò)程以表面侵蝕后退模式為主［28］。因此，不能直接套用大壩潰決機(jī)理和演變過(guò)程的相關(guān)成果來(lái)分析潰堤機(jī)理和演變過(guò)程。為此，物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法逐漸被廣泛應(yīng)用于堤防工程潰決機(jī)理和演變過(guò)程研究中，一定程度上促進(jìn)了這一薄弱研究的發(fā)展。其中，鄔愛(ài)清等［29］系統(tǒng)研究了管涌、崩岸、接觸沖刷及堤防潰決4種典型險(xiǎn)情的致災(zāi)機(jī)制，進(jìn)一步促進(jìn)了堤防工程安全分類、堤防險(xiǎn)情演化機(jī)理和智能化監(jiān)測(cè)與信息化預(yù)警等方面的發(fā)展。Van Beek等［30］對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果，構(gòu)建了模擬管涌形成過(guò)程的模型，并闡明了管涌產(chǎn)生和發(fā)展的控制方程。彭斯格［31］在雙層堤基堤防工程中開(kāi)展了考慮覆蓋層薄弱程度的管涌試驗(yàn)，研究了覆蓋層不同薄弱程度下發(fā)生管涌破壞時(shí)出口附近砂粒的運(yùn)動(dòng)特性與演化規(guī)律，但對(duì)于管涌破壞過(guò)程中松散區(qū)擴(kuò)展變化模型及破壞模式的差異性仍需進(jìn)一步深入研究。劉陽(yáng)等［32］在分析大量管涌險(xiǎn)情研究成果上，歸納了國(guó)內(nèi)外管涌過(guò)程模擬的有限元、離散元等數(shù)值方法的優(yōu)勢(shì)和不足，為堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程研究提供了幫助。

雖然堤防岸坡失穩(wěn)在堤防失事模式中占比比較小，但是堤防岸坡失穩(wěn)易引發(fā)涌浪等次生災(zāi)害，造成巨大的生命和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，因此該失事模式已逐漸成為堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程研究中的重要內(nèi)容。常見(jiàn)的堤防岸坡失事模式包括堤防岸坡滑動(dòng)破壞和沖刷崩岸。其中，堤防岸坡滑動(dòng)破壞是指堤防岸坡在降雨等外荷載作用下發(fā)生滑動(dòng)破壞的現(xiàn)象，常用的分析方法包括極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法。與極限平衡法相比，有限元強(qiáng)度折減法能更好地求解復(fù)雜邊界條件下邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題［33］。另外，一些學(xué)者開(kāi)展室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了堤防岸坡滑動(dòng)破壞的成因與模式，揭示了降雨與蓄水作用下堤防岸坡滑動(dòng)破壞機(jī)理。沖刷崩岸是指在重力作用下堤防土體受水流沖刷、掏蝕后，岸坡出現(xiàn)崩塌、崩落破壞等現(xiàn)象，國(guó)外較早開(kāi)展了針對(duì)堤防崩岸坡體穩(wěn)定性的理論與試驗(yàn)研究，探索了河流崩岸機(jī)理及防治措施［34-35］。國(guó)內(nèi)學(xué)者近年來(lái)系統(tǒng)梳理了堤防崩岸類型及分類，闡明了崩岸形成過(guò)程、影響因素和演變規(guī)律［36-37］。

綜上可見(jiàn)，堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程研究仍存在以下不足。①物理模型試驗(yàn)方法受比尺和模型邊界的影響，往往模擬范圍較小，且無(wú)法模擬上下游給水狀態(tài)與滲流過(guò)程的真實(shí)狀態(tài)，難以準(zhǔn)確揭示堤防災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程。數(shù)值模擬方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)堤防工程失事后大變形全過(guò)程的模擬。在堤身土體被侵蝕和變形逐漸增大的過(guò)程中，不僅需要考慮滲透水流對(duì)土顆粒侵蝕的作用，而且還需要重點(diǎn)關(guān)注孔隙度變化、土體顆粒粗化等因素對(duì)土體參數(shù)變化的影響，從而對(duì)堤防工程中滲透水流過(guò)程產(chǎn)生反饋。②目前在基于數(shù)值模擬方法的堤防險(xiǎn)情失事模式研究中，主要進(jìn)行了滲流特征分析，并側(cè)重于模擬險(xiǎn)情形成條件和發(fā)展過(guò)程，沒(méi)有充分考慮堤防險(xiǎn)情發(fā)生演化過(guò)程中水流動(dòng)力學(xué)及連續(xù)與非連續(xù)力學(xué)機(jī)理。因此亟需在細(xì)觀尺度和水-土耦合機(jī)制的研究基礎(chǔ)上，揭示大尺度條件下管涌等險(xiǎn)情的形成機(jī)制和致潰條件，進(jìn)而建立相應(yīng)的隨機(jī)力學(xué)模型。當(dāng)?shù)躺硗馏w變形引起堤防結(jié)構(gòu)失效時(shí)，滲透破壞已由“土中水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八型痢保欢F(xiàn)有數(shù)值模擬技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這一階段災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程的模擬。

針對(duì)當(dāng)前堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程研究存在的不足，未來(lái)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括：①應(yīng)針對(duì)不同工程等級(jí)的堤防工程，開(kāi)展不同尺度的物理模型試驗(yàn)，分析不同尺度條件下堤防工程失事模式和條件，進(jìn)而建立堤防災(zāi)變機(jī)制與尺度之間的聯(lián)系，降低物理模型試驗(yàn)的尺度效應(yīng)，為揭示堤防工程災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程奠定基礎(chǔ)；②應(yīng)針對(duì)現(xiàn)有數(shù)值模擬技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)堤防失事大變形階段模擬的難題，闡明基于堤身內(nèi)部土體侵蝕過(guò)程的土-水耦合機(jī)制，建立一套能模擬堤防工程從失事啟動(dòng)至結(jié)構(gòu)失效全過(guò)程模擬方法；③將建立的堤防工程從失事啟動(dòng)至結(jié)構(gòu)失效的全過(guò)程模擬、物理模型試驗(yàn)結(jié)果和工程實(shí)際相結(jié)合，并相互驗(yàn)證，進(jìn)一步闡明堤防工程災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程。

1. 3堤防險(xiǎn)情后果分析

堤防工程發(fā)生失事潰決后，會(huì)對(duì)防護(hù)區(qū)域（保護(hù)區(qū)）內(nèi)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全及建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行造成重大損失。例如，2016年6月20日鄱陽(yáng)湖區(qū)鄱陽(yáng)縣向陽(yáng)圩發(fā)生決口，見(jiàn)圖4a，圩堤內(nèi)1. 03萬(wàn)畝耕地受淹，1. 3萬(wàn)名群眾緊急轉(zhuǎn)移。2020年7月8日鄱陽(yáng)縣問(wèn)桂道圩發(fā)生決口，見(jiàn)圖4b，造成圩堤內(nèi)1. 5 萬(wàn)畝耕地受淹，9000余名群眾緊急轉(zhuǎn)移。2020年7月12日永修縣修河三角聯(lián)圩出現(xiàn)潰決險(xiǎn)情，見(jiàn)圖4c，決口長(zhǎng)度已經(jīng)擴(kuò)散到200余米，共緊急轉(zhuǎn)移群眾23 411人。堤防工程失事后果主要包括三部分，即生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失［38-39］，圖5為堤防險(xiǎn)情后果分析結(jié)構(gòu)。

在堤防工程發(fā)生潰決時(shí)，影響生命損失的影響因素主要包括洪水參數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)人口、警報(bào)時(shí)間和暴露因素等。近年來(lái)，生命損失后果評(píng)估研究逐步得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，并相繼提出了一系列評(píng)估方法。例如，邢萬(wàn)波［40］采用故障樹(shù)分析方法對(duì)單元堤段的不同失事模式進(jìn)行分析，建立了單元堤段分項(xiàng)失事模式風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)算模型。王小兵等［41］分別從堤防工程失事模式、風(fēng)險(xiǎn)因子劃分和險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法等方面進(jìn)行了綜述，并指出中國(guó)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面存在的不足。同時(shí)，國(guó)外也已提出了多種生命損失后果評(píng)估方法，并采用可接受傷亡風(fēng)險(xiǎn)率建立了人員生命風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)［42-43］。如Brown等［44］制定了可評(píng)估單個(gè)水壩失事對(duì)人員生命構(gòu)成威脅的程序，并建立了影響潰壩造成生命損失的變量概念模型，進(jìn)而提出了一種基于面臨潰壩風(fēng)險(xiǎn)的人口數(shù)量和預(yù)警時(shí)間方法。經(jīng)濟(jì)損失具體可分為直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失。其中，直接經(jīng)濟(jì)損失主要包括堤防工程本身的結(jié)構(gòu)破壞、堤防工程破壞后對(duì)下游淹沒(méi)區(qū)造成的損失及工程收益。目前估算直接經(jīng)濟(jì)損失的方法有分類損失率、人均綜合損失和單位面積綜合損失法。而間接經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估則比較復(fù)雜，常用的估算方法主要有直接估算法與系數(shù)法。如蔣水華等［12］通過(guò)MIKE 21 模型建立了鄱陽(yáng)湖康山大堤蓄滯洪區(qū)的洪水演進(jìn)模型，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估方法。社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失由環(huán)境污染損失和生態(tài)破壞損失構(gòu)成，相較于生命損失和經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估，社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失評(píng)估過(guò)程更為復(fù)雜，涉及的影響因素更多，且覆蓋面更廣。目前國(guó)際上主要采用定性方法進(jìn)行社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失評(píng)估。國(guó)內(nèi)在研究堤防潰堤后的社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失方面，起步較晚，相關(guān)的研究成果較少。

綜上可見(jiàn)，目前關(guān)于堤防險(xiǎn)情后果分析存在的不足主要如下：①堤防工程防護(hù)區(qū)域洪水演進(jìn)過(guò)程研究薄弱，對(duì)防護(hù)區(qū)域洪水演進(jìn)過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化模擬是確定堤防潰決后淹沒(méi)范圍、淹沒(méi)水深等信息的關(guān)鍵，然而由于防護(hù)區(qū)域地形復(fù)雜、堤防工程賦存環(huán)境不確定性大和質(zhì)量差別明顯，致使堤防工程失事后的洪水演進(jìn)過(guò)程十分復(fù)雜，且難以建立統(tǒng)一的洪水演進(jìn)計(jì)算模型，從而限制了相關(guān)研究的發(fā)展；②缺少一套比較完整、科學(xué)的、可操作性強(qiáng)的堤防工程險(xiǎn)情后果綜合評(píng)估方法和衡量標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段堤防工程險(xiǎn)情生命損失、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失定量評(píng)估方法發(fā)展不成熟，仍以傳統(tǒng)的半定性半定量方法為主，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化定量評(píng)價(jià)，尤其對(duì)間接經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失的評(píng)估研究不夠。

針對(duì)當(dāng)前堤防險(xiǎn)情后果分析研究存在的不足，未來(lái)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括：①針對(duì)不同規(guī)模堤防工程防護(hù)區(qū)域的實(shí)際情況，借助水動(dòng)力學(xué)模擬軟件建立切實(shí)可行且適用性強(qiáng)的洪水演進(jìn)計(jì)算模型，進(jìn)而基于現(xiàn)代信息技術(shù)準(zhǔn)確計(jì)算堤防工程潰決后的淹沒(méi)范圍、淹沒(méi)水深等信息，為堤防工程險(xiǎn)情后果定量評(píng)估奠定基礎(chǔ)；②根據(jù)防護(hù)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，通過(guò)模擬和預(yù)測(cè)堤防工程可能發(fā)生的不同險(xiǎn)情（包括次生災(zāi)害），發(fā)展堤防工程險(xiǎn)情后果損失綜合評(píng)估方法，并結(jié)合洪澇災(zāi)害特點(diǎn)、堤防潰決后的淹沒(méi)范圍和淹沒(méi)水深等信息，定量評(píng)估堤防工程險(xiǎn)情生命損失、經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失，并建立一套科學(xué)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)；③充分考慮極端降雨事件等因素對(duì)堤防工程潰堤洪水演進(jìn)過(guò)程的影響，并進(jìn)行全過(guò)程精細(xì)化模擬，進(jìn)而結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)建立不同極端氣候條件下堤防工程險(xiǎn)情后果定量評(píng)估模型。

1. 4堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

堤防險(xiǎn)情（如管涌、漫頂、崩岸、散浸等）風(fēng)險(xiǎn)定義為堤防工程失事概率與所造成險(xiǎn)情后果的乘積。一般風(fēng)險(xiǎn)是指以下因素的集合，見(jiàn)式（1）。

當(dāng)前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是針對(duì)堤防工程可能存在的險(xiǎn)情，并結(jié)合堤防工程中各類風(fēng)險(xiǎn)因子，基于長(zhǎng)期積累的專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用歸納、演繹和總結(jié)等方法分析堤防工程運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提出應(yīng)急預(yù)案和采用各種管控技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防控與決策。堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)鍵環(huán)節(jié)和組成部分主要包括5個(gè)環(huán)節(jié)，見(jiàn)圖6。

目前國(guó)內(nèi)外堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究歷史較長(zhǎng)，最早是由于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)生了較為嚴(yán)重的潰壩事故，進(jìn)而開(kāi)始潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析［45］。隨后Gillis等［46］首先提出風(fēng)險(xiǎn)概念，并采用相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)作為大壩風(fēng)險(xiǎn)衡量的標(biāo)準(zhǔn)。1991年，Hydro公司首先在大壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中采用概率分析方法［47］。1994年，在由澳大利亞大壩委員會(huì)編制的《大壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南》中，提出了大壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)基礎(chǔ)概念，為堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究提供了參考。國(guó)內(nèi)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究雖然過(guò)去較長(zhǎng)時(shí)間滯后于國(guó)外，但是從長(zhǎng)江流域遭遇巨大的洪水災(zāi)害后，國(guó)內(nèi)研究者在堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面開(kāi)展了深入研究，并取得了豐富的研究成果［48-52］。例如，王亞軍等［53］在考慮堤防工程水、土兩相系材料特點(diǎn)的前提下，采用層次分析法和模糊一致理論，構(gòu)建了模糊綜合評(píng)判系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，為實(shí)現(xiàn)堤防工程全面風(fēng)險(xiǎn)分析提供一種有效手段。焦小超［54］基于國(guó)內(nèi)外堤防工程失事風(fēng)險(xiǎn)成果，從堤防工程典型失事模式和失事風(fēng)險(xiǎn)因素出發(fā)，采用蒙特卡洛模擬法繪制堤防工程脆弱性曲線，進(jìn)而分析堤防工程的安全狀態(tài)。楊子桐等［49］建立了包含荷載作用、堤身特性等5個(gè)方面和20項(xiàng)指標(biāo)的堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和云模型評(píng)價(jià)方法，但該評(píng)價(jià)體系還具有很大的主觀性。

另一方面，目前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別主要通過(guò)提取影響堤防工程安全的風(fēng)險(xiǎn)因子，然后采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)堤防工程安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。堤防工程風(fēng)險(xiǎn)因子是指能反映堤防工程安全運(yùn)行和風(fēng)險(xiǎn)特性的因子［55-56］，具體可分為堤防工程材料與結(jié)構(gòu)方面的風(fēng)險(xiǎn)因子（包括堤基地質(zhì)條件和地層結(jié)構(gòu)，堤防工程斷面形式，堤身材料級(jí)配、密實(shí)度和滲透性等），堤防工程施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因子（包括施工工藝、速度、質(zhì)量、土石配方和護(hù)坡形式等），堤防工程運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)因子（包括自身安全性、連接建筑物運(yùn)行狀況、上游水庫(kù)調(diào)度方式、水位變化和極端降雨等）和堤防工程管控中的風(fēng)險(xiǎn)因子（包括管控模式和體系、日常維護(hù)情況、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析能力等）。而準(zhǔn)確識(shí)別堤防工程險(xiǎn)情中的風(fēng)險(xiǎn)因子是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管控的重要基礎(chǔ)，例如，圖7a為堤防工程堤身材料和斷面形式，可以獲取堤身材料和斷面形式相關(guān)參數(shù)等風(fēng)險(xiǎn)因子；圖7b為連鎖袋式防洪子堤現(xiàn)場(chǎng)施工，可獲取堤防工程施工工藝和土石配比等風(fēng)險(xiǎn)因子；圖7c為堤防工程系統(tǒng)中常用的紅外熱像儀監(jiān)測(cè)儀器，可以及時(shí)監(jiān)測(cè)堤防工程變形特征，獲取堤防工程管控中的風(fēng)險(xiǎn)因子，從而獲得堤防工程的安全狀態(tài)。

堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包括常規(guī)的定性分析、定值安全評(píng)價(jià)和考慮不確定性因素的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。由于常規(guī)的定性分析方法受人為主觀因素影響較大，難以形成適用于各種堤防工程險(xiǎn)情的統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性較差。使用最廣泛的定值安全評(píng)價(jià)方法是層次分析法，該方法從方案、準(zhǔn)則、目標(biāo)等層面進(jìn)行思維過(guò)程層次化，逐層比較多種關(guān)聯(lián)因素，進(jìn)而為風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)等提供定量依據(jù)［57-58］。然而，常規(guī)的定值安全評(píng)價(jià)方法難以充分考慮設(shè)計(jì)變量的變異性和堤防工程的復(fù)雜特性。常用的考慮不確定性因素的風(fēng)險(xiǎn)分析方法包括可靠性分析方法、模糊綜合評(píng)價(jià)方法［59］、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法［60］和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。其中，以概率論為基礎(chǔ)的可靠性分析方法［61-63］由于可以量化堤防工程中存在的不確定性因素，在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法［64］具有準(zhǔn)確、效率高和容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也逐漸被廣泛應(yīng)用于堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。此外，堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還常用到突變級(jí)數(shù)評(píng)價(jià)法、網(wǎng)絡(luò)分析法、后果逆向擴(kuò)散和分層賦權(quán)法等評(píng)價(jià)方法［41］。綜上，近年來(lái)，堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估從人為因素占主導(dǎo)的堤防風(fēng)險(xiǎn)定性-定量分析方法向考慮堤防工程不確定性因素的風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)變已成為必然趨勢(shì)，并且取得了較大的研究進(jìn)展，特別是以可靠性分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析為代表的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法成為堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究中發(fā)展前景最好的方向之一。

綜上可見(jiàn)，目前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究仍存在以下不足。①當(dāng)前中國(guó)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法仍集中在以層次分析法為主的半定性半定量評(píng)價(jià)方法，雖然該方法能夠較好地對(duì)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且可以科學(xué)、客觀地計(jì)算權(quán)重參數(shù)，但是該方法主觀性強(qiáng)，無(wú)法對(duì)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精細(xì)化定量評(píng)價(jià)，且當(dāng)前研究水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際水平。②在對(duì)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，很少考慮堤身材料等內(nèi)部因素和極端降雨等外荷載因素不確定性對(duì)堤防工程失事潰決的影響機(jī)制，并且沒(méi)有充分考慮堤防工程潰決引起的洪水演進(jìn)全過(guò)程特征，導(dǎo)致現(xiàn)有的堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型普適性較差、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較低，且缺少在堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法等方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，缺少有效的方法來(lái)降低堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中的不確定性。③由于堤防工程系統(tǒng)復(fù)雜，涉及范圍較廣，而傳統(tǒng)的模糊與灰色關(guān)聯(lián)分析模型難以處理堤防工程中復(fù)雜的多因素信息和不確定性，將其與人工智能算法結(jié)合是一個(gè)新的方向。遺憾的是，目前基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法僅僅應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)研究中，在堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估研究中的應(yīng)用較少，相關(guān)理論還不成熟，亟需深入研究。

針對(duì)當(dāng)前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究存在的不足，未來(lái)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容如下。①需要根據(jù)堤防工程的實(shí)際情況確定每個(gè)堤段或堤防圈的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)體系，并探討堤長(zhǎng)等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)的影響規(guī)律。另外關(guān)于考慮多種失事模式并存的堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估技術(shù)也有待深入研究［65-66］。②雖然針對(duì)諸如層次分析法或模糊數(shù)學(xué)理論的傳統(tǒng)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的不足，一些學(xué)者基于概率論和可靠度分析提出了一些風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法，但仍處于理論探索階段，并且對(duì)堤防工程系統(tǒng)中的不確定性因素考慮不充分。因此，需要根據(jù)堤防工程系統(tǒng)的水文信息、工程地質(zhì)和堤基/堤身材料性質(zhì)等基本信息，分析和表征堤身材料水力和強(qiáng)度等參數(shù)的空間變異性，研究地震和極端降雨等外荷載作用下堤防工程的穩(wěn)定性，進(jìn)而建立堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法，為堤防工程安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐。③基于人工智能、數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)是實(shí)現(xiàn)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)智能化評(píng)估的基礎(chǔ)，也是未來(lái)的主要研究方向［67］。因此亟需基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法建立堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，考慮堤防工程系統(tǒng)的多評(píng)價(jià)指標(biāo)以及各風(fēng)險(xiǎn)因子間的相互影響關(guān)系，開(kāi)發(fā)考慮多種失事模式并存的堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估技術(shù)。

1. 5堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控

堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管理與控制是一項(xiàng)綜合分析、評(píng)價(jià)、預(yù)防和處理堤防失事風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)處理3個(gè)方面。圖8顯示了堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管理與控制結(jié)構(gòu)。而廣義的堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控還包含降低堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)的工程與非工程措施，例如，采用砂袋貼坡反濾工程措施降低堤防工程散浸險(xiǎn)情，見(jiàn)圖9a；采用反濾圍井工程措施降低堤防工程管涌險(xiǎn)情，見(jiàn)圖9b；通過(guò)拋石護(hù)腳等護(hù)腳固基抗沖措施處理堤防工程崩岸險(xiǎn)情，見(jiàn)圖9c。

目前荷蘭、澳大利亞等多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)堤防和海堤，建立了比較先進(jìn)的水資源工程管理決策系統(tǒng)和風(fēng)險(xiǎn)管控體系。如荷蘭在堤防工程安全性評(píng)價(jià)方面，通過(guò)將堤防工程系統(tǒng)劃分為一系列相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，并分別采用可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。澳大利亞針對(duì)堤壩失事等發(fā)生概率低和后果嚴(yán)重的災(zāi)害事件，構(gòu)建了多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分析方法。與國(guó)外研究相比，中國(guó)現(xiàn)階段的堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控主要具有以下特點(diǎn)：側(cè)重于堤防工程結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)堤防工程的安全性和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究不足，并且對(duì)堤防工程安全性調(diào)查和綜合評(píng)價(jià)的方法還停留在定性靜態(tài)評(píng)價(jià)階段，缺少動(dòng)態(tài)定量評(píng)價(jià)方法［15］，導(dǎo)致堤防工程信息化管控薄弱，無(wú)法準(zhǔn)確地評(píng)估堤防工程的安全性。因此，深入系統(tǒng)地開(kāi)展堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管理與控制研究是一項(xiàng)十分必要且刻不容緩的課題。

隨著中國(guó)水利部門在水利戰(zhàn)略和治水思路上的重大轉(zhuǎn)變以及科學(xué)發(fā)展觀對(duì)水利工程管理的客觀要求，推行堤防工程信息化和標(biāo)準(zhǔn)化管控已成為一種必然趨勢(shì)和行業(yè)基本需求［68］，這是一種與信息化建設(shè)相依托的綜合風(fēng)險(xiǎn)管控模式。同時(shí)，堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控模式逐漸從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型向預(yù)測(cè)型轉(zhuǎn)變，并提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)險(xiǎn)管控體系，進(jìn)而更好地預(yù)測(cè)堤防工程失事后果和評(píng)估堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)管控和提高險(xiǎn)情防控能力［69］。綜上可見(jiàn)，目前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控研究尚存在以下不足。①堤防工程信息化管控研究非常薄弱，具體表現(xiàn)為應(yīng)用功能未實(shí)現(xiàn)多樣化，管理決策未實(shí)現(xiàn)科學(xué)化，未形成良好的人性化服務(wù)平臺(tái)。只有加大堤防工程信息化管理力度，才能建立新型的堤防險(xiǎn)情管控機(jī)制，更好地為堤防工程管控服務(wù)。②現(xiàn)有的堤防工程標(biāo)準(zhǔn)化管控研究仍處于初期發(fā)展階段，未融入堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相關(guān)內(nèi)容，具體表現(xiàn)為沒(méi)有將堤防管涌、崩岸等破壞模式與潰決概率以及潰決造成的后果損失納入到堤防工程標(biāo)準(zhǔn)化管控研究中，較少與生命損失、經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)與生態(tài)環(huán)境損失評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)堤防工程汛期安全性進(jìn)行準(zhǔn)確分析和預(yù)測(cè)，造成在抗洪搶險(xiǎn)時(shí)處于被動(dòng)局面，可能出現(xiàn)對(duì)堤防工程險(xiǎn)情后果判斷不準(zhǔn)等一系列問(wèn)題。

為有效提高堤防工程信息化管控系統(tǒng)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性，未來(lái)在堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控方面應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展以下2個(gè)方面的研究：①緊扣未來(lái)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控的發(fā)展趨勢(shì)，不斷完善信息化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及形成采集網(wǎng)絡(luò)，建立多目標(biāo)應(yīng)用層，加強(qiáng)堤防工程日常管理和數(shù)據(jù)收集，構(gòu)建科學(xué)的決策系統(tǒng)和可靠良好的人性化服務(wù)平臺(tái)；②需要結(jié)合目前正在全國(guó)范圍內(nèi)推行的水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管控要求，引入風(fēng)險(xiǎn)概念，構(gòu)建基于風(fēng)險(xiǎn)的堤防工程標(biāo)準(zhǔn)化管控評(píng)價(jià)體系［70］，在堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上判斷該標(biāo)準(zhǔn)化管控是否達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)堤防工程失事后果的準(zhǔn)確定量評(píng)價(jià)，提高堤防險(xiǎn)情管控水平，快速將堤防險(xiǎn)情管控模式從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型轉(zhuǎn)變?yōu)槎款A(yù)測(cè)型。

2結(jié)論

針對(duì)堤防工程險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控研究難題，本文從堤防險(xiǎn)情賦存環(huán)境識(shí)別和表征、堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程、堤防險(xiǎn)情后果分析、堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)管控5個(gè)方面分別綜述了當(dāng)前的研究進(jìn)展，并指出了目前研究存在的不足以及未來(lái)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

a）目前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)不確定性研究薄弱，較少定量表征堤防工程中堤基/堤身材料非均質(zhì)性和參數(shù)空間變異性，并忽略了其對(duì)堤防工程險(xiǎn)情類別、失事模式和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響；同時(shí)地震、極端降雨等外荷載的不確定性對(duì)堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制不夠明確。因此，準(zhǔn)確表征堤身材料參數(shù)空間變異性及水位波動(dòng)、地震與強(qiáng)降雨等影響因素的不確定性，并闡明其對(duì)堤防險(xiǎn)情災(zāi)變機(jī)制的影響機(jī)制需要進(jìn)一步深入研究。

b）物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬手段已成為研究堤防工程災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程的主要技術(shù)手段，但是受限于物理模型試驗(yàn)的尺度效應(yīng)和數(shù)值模擬手段無(wú)法模擬堤防工程失事大變形全過(guò)程演化階段，致使難以厘清堤防工程災(zāi)變機(jī)制與演變過(guò)程，并且在實(shí)際工程中應(yīng)用效果不佳。因此，需要發(fā)展一套能模擬堤防工程從失事啟動(dòng)至結(jié)構(gòu)失效的全過(guò)程模擬方法，并與物理模型試驗(yàn)結(jié)果和工程實(shí)際相互驗(yàn)證，進(jìn)而指導(dǎo)堤防工程排除險(xiǎn)情和降低險(xiǎn)情后果損失。

c）因?yàn)閲?guó)內(nèi)在堤防險(xiǎn)情后果評(píng)估方面的研究起步較晚，使得堤防工程失事潰決洪水演進(jìn)過(guò)程研究薄弱，并缺少一套比較完整、科學(xué)的、可操作性強(qiáng)的堤防險(xiǎn)情后果綜合評(píng)價(jià)方法和衡量標(biāo)準(zhǔn)。因此，亟需提出一套切合實(shí)際的堤防險(xiǎn)情損失綜合定量評(píng)價(jià)方法，并形成統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論依據(jù)。

d）由于堤防工程系統(tǒng)復(fù)雜，涉及范圍較廣，而傳統(tǒng)的模糊與灰色關(guān)聯(lián)分析模型難以處理堤防工程中復(fù)雜的多因素信息和不確定性，故當(dāng)前堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法仍以半定性半定量評(píng)價(jià)方法為主，缺少對(duì)堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)化定量評(píng)價(jià)方法。因此，亟需深入研究基于數(shù)字孿生、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法建立堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，開(kāi)發(fā)考慮多種破壞模式并存的堤防險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估技術(shù)。

e）現(xiàn)有堤防工程信息化管理理念和模式不能適應(yīng)水利信息化、數(shù)字化發(fā)展的步伐，堤防工程標(biāo)準(zhǔn)化管控研究也未融入風(fēng)險(xiǎn)概念。因此，需要將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與堤防工程實(shí)際有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建基于風(fēng)險(xiǎn)的堤防工程信息化和標(biāo)準(zhǔn)化管控體系，促使傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型險(xiǎn)情管控模式向預(yù)測(cè)型風(fēng)險(xiǎn)管控模式轉(zhuǎn)變。