防洪設計標準和大壩的防洪安全初探

王玉閣

摘 要：大壩防洪設計標準關系著大壩防洪質量。大壩防洪安全問題關系到我國公民生命財產安全，所以必須對大壩防洪問題引起高度重視。對大壩防洪設計標準明確規定，能夠提高大壩防洪安全性，從而提高資源利用效率，對我國經濟具有重要意義。水庫大壩也在水資源管理中起到重要作用，尤其是緩解旱情、進水水力發電以及防御汛期洪水等方面。對本文將對于防洪設計標準以及大壩防洪安全進行探討。

關鍵詞：防洪設計標準 防洪安全 方案設計 實施運行

目前為止我國已經建成防洪大壩將近90000座（不含港、澳、臺地區），這些大壩對我國經濟和社會發展發揮著極大推動作用。但是由于一些大壩建設年份較久，并且受到當時材料、技術以及施工質量等影響，不同程度上存在安全隱患，已經不能滿足現有防洪需求。隨著我國科技技術進步以及國民經濟不斷發展，大壩安全問題受到黨和人民群眾高度重視，并且陸續投入大量人力財力對大壩進行整修或者重建。大壩安全作為關系過國計民生重要部分，我國必須給予高度重視。

1.大壩防洪設計標準

1.1大壩防洪風險

大壩防洪風險是指在發生洪水時，洪水是否能漫越大壩頂部，從而破壞大壩。據統計，世界上很多大壩發生事故都是由洪水漫壩導致的。這就說明，洪水漫壩是影響大壩安全首要因素。

為了有效控制防洪風險需要在大壩規劃、設計、建設過程中考慮幾個標準，首先是設計洪水標準，這決定著洪水能夠通過大壩最大高度以及對洪水起到控制作用。除了大壩，水庫也能對洪水起到一定控制作用，水庫通過蓄水來緩解災情。但是水庫防洪能力有限，與水庫相比，大壩更具有抗災能力。大壩對于洪水防御通常是抵御比較合理設計洪水，但是無法抵御超標洪水。

1.2大壩防洪設計標準

在大壩設計過程中，需要對大壩進行精心設計，保證其能防御所設計洪水，從而保證大壩防洪安全程度；二是工程設計標準。工程設計標準值得是在設計洪水時，為大壩所保留的防洪安全富余。但是大壩防洪安全不僅僅受到洪水困擾，還有許多不安全因素，包括水力、水文等等，這就導致設計隨著在進行調洪演算以及泄洪建筑設計規模等決策中，都會采取保守估計方式。這樣在工程、管理等不確定作用下，都會提高大壩承受能力。所以，在大壩建設過程中，大壩本身所能承受洪水程度是受工程設計標準決定的。

1.3大壩防洪風險與大壩防洪設計標準相同點

大壩防洪風險與大壩防洪設計標準存在不同點，但是他們的共同點是都能夠通過一定方式來提高大壩防洪安全性，因此，其可統稱為“防洪設計標準”。從傳統大壩防洪安全設計角度來看，漫壩風險絕大部分是來自于超標準洪水。因此在大壩設計時僅從洪水設計出發是不對，這樣不能全面考慮到防洪安全。所以在進行設計時，需要在現有技術經濟為支撐前提下，對整個工程進行設計時進行全面考慮，這樣才可能比較準確評估到大壩風險率。

2.大壩的防洪安全估計

為了評估大壩防洪風險率，需要采用一定方法進行壩塌情況預防。通過出現事故順序以及相關后果，將整個事故演繹出來。根據每一個事件之前事件出現為標準，通過將所有概率進行乘積方式得出最后結果。

2.1洪水事故

發生洪水以大壩防洪風險為前提，將發生洪水時，洪水可能入庫流量Q劃分為若干區間，并將每個區間中洪水流量范圍與概率進行對應，將發生洪水所有機率相加之和為1。假如把Q作為一個連續函數，那么：

在此公式中，f（Q）作為洪水概率密度函數。

2.2洪水漫壩事故

大壩在發生洪水時較可能發生漫壩事故。但是這個可能性也是受各種隨機因素影響。洪水漫壩水力風險，實際上就是壩頂高程和調洪過程中最高壩前水位之間的關系，并且極限標志為：

Z=H-D>0

通過上述公式，可以得出洪水重現期和泄洪建筑設計規模在現有條件下，發生漫壩機率為Pf：

在這個公式中，f（z）表示洪水超高z的概率密度，通過確定H和D的相關統計參數，就能確定f（z），從而得出在一定洪水重現期下，發生漫壩風險率Pf。

因此，想要正確評估Pf，需要對H和D進行評估。

壩頂高程D的不確定性進行分析，發現他一般處于服從正態分布。壩前水位H的不確定與水庫調洪過程的隨機性相關聯，并且存在很多不確定因素。比如：泄洪建筑物泄流能力、入庫洪水流量過程、防洪庫容以及防洪調度運行規則等，這都對H造成影響。

2.3漫壩失事事故

當發生洪災時，有時因實際洪水超過設計洪水從而漫過壩頂時，但是卻沒有發生失事事故。這是因為壩體在建設過程中，自身設計與管理情況較好導致的。這就決定大壩本身能夠對洪水漫壩有一定承載力。混凝土壩、背水坡面都作為土石壩保護較好的，由于自身特殊性，就會允許發生小流量壩面溢流情況。但是在遇到稀遇洪水時，就必須采取搶險加高措施，從而避免大壩失事情況。

洪水漫壩事件不同于漫壩失事事件，或多或少存在相似點，但是其中界限相對模糊。通常，對這其中關系用升半正太模糊隸屬函數來表示：

3.大壩防洪安全分析

設計單位和運行單位都對大壩安全十分重視，并且大壩安全綜合評價也是社會各界廣泛關注焦點。大壩防洪安全作為大壩安全重要組成部分，為了保證大壩防洪安全程度，必須制定相關防洪安全性設計標準，通過統一檢測，來衡量大壩安全程度。歐美大國由于經濟發展比中國要領先很多，所以最早關于大壩防洪設計標準是在我國建國不久后，到了70年代后期則為第二代標準，目前已經向第三代標準發展。

第一代大壩防洪安全標準主要是在現有經驗基礎上進行考慮，到了第二代，則根據大壩規模、壩型、水庫容量等進行設定。第二代大壩防洪安全標準將大壩分為幾個程度，分別是高危害大、中危害以及低危害。根據危害程度，對設計洪水和校核洪水設定標準也發生改變。盡管如此，為了減少發生洪災時大小壩受到損害，則需要對大壩進行安全設計評估。

我國根據大壩設計規定主要采用第二代標準。但是目前對第二代標準存在很大爭議，包括：一是設計洪水標準較為保守，所以對高危害大壩進行加固，這需要投入大量資金；二是設計洪水受到多種因素印象，包括地理、道德、歷史、社會等，但是主要還是受技術因素主導；三是在進行洪水設計時，決定著壩危害程度，可以將壩危害程度分為不連續以及跳躍式等。

近幾年國外提出了第三代風險標準，詳細分析方法取代了傳統的粗獷分級方式，通過對各個方面進行精心設計，從而提出設計標準能夠更好反映各個水庫對防洪安全實際需求。第三代風險標準最大有優點就是，主要以風險分析為基礎，并且根據壩體不同要求分析設計水庫特征，能夠全面提高壩體綜合安全。能夠減少工程開支，避免發生垮壩情況，并且根據當地經濟水平與承受風險能力，對水庫進行防洪安全標準設計，通過概率方式來對大壩風險進行判斷。人們可以根據能夠承受風險標準以及大壩失事后所能承受的后果，評估大壩防洪安全。

4.結束語

水資源作為人類發展必不可少資源，決定著人類未來發展方向。洪水作為嚴重影響水資源的自然災害之一，為避免水資源遭到破壞，我們必須做好防洪工作。防洪安全標準是為了防洪保護對象達到安全指標，從而滿足避免災害的期望。洪水安全標準與我國經濟發展也密切相關，它代表著我國目前所達到的防洪安全程度。所以，提高我國防洪設計標準以及提高大壩防洪安全，是我國目前防洪水利工程建設過程中最重要工作。

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