大壩運行安全風險分析方法研究

【摘要】受建壩條件復雜、設(shè)計及施工質(zhì)量不高、極端氣候條件頻繁、運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隱患和失事風險。因此，大壩安全風險分析與風險防控越來越受到業(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現(xiàn)和諧社會有著重要的意義和實踐價值。基于此，本文主要對大壩運行安全風險分析方法進行分析探討。

【關(guān)鍵詞】大壩運行；安全風險；分析方法

1、前言

近些年來，隨著我國經(jīng)濟社會的大力發(fā)展和公眾自我保護意識的不斷提高，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)建大壩運行安全風險分析體系，研究大壩運行安全風險分析方法，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值。

2、大壩安全風險識別方法

2.1概述

風險識別又稱風險辨識，是描述事件對系統(tǒng)的潛在的負面作用或影響，包括對風險事件引發(fā)的因素、事件發(fā)生方式和范圍的確定，其主要任務是找出風險所在及風險影響因子（即因素），并對后果做出定性的分析。對于大壩系統(tǒng)來說，不同的風險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，大壩安全風險識別就是針對大壩安全潛在的風險問題進行深入分析與研究，確定出大壩安全風險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險估計提供基礎(chǔ)。

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

2.2大壩失事機理及模式的統(tǒng)計分析

2.2.1大壩失事機理及模式分析

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)計缺陷、施工質(zhì)量不良、管理不善、恐怖襲擊、戰(zhàn)爭等導致大壩潰決的。大壩事故最為嚴重的表現(xiàn)形式是大壩失事潰決，并形成潰壩洪水向下游演進，給下游地區(qū)帶來巨大災難。

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理、模式進行分析，取得了一定的成果。大壩失事機理、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)展歷時可分為瞬時潰和逐漸潰；其最終形成的潰口大小和潰決歷時與上述幾個因素有很大關(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，接著沖坑迅速擴大，壩體力學性能減弱以致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，壩體出現(xiàn)局部潰口并逐漸擴大。對于后者，受水流沖蝕破壞雖然有個時間過程，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，幾乎在短時間內(nèi)潰口發(fā)展到穩(wěn)定斷面或一潰到底。可見，大壩失事是在外部荷載與內(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)學方法對大壩主要的失事模式及路徑進行挖掘分析。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、強降雨、地震、管理不當、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、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、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)安全管理向風險管理轉(zhuǎn)變，在今后的學術(shù)研究與實際操作中，應重視以下幾方面的分析與應用。

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

（2）定量研究風險后果隨著國家流域防洪規(guī)劃的編制，應對事故洪水演進、人口、財產(chǎn)分布、應急處理等影響事故后果的關(guān)鍵因素進行針對性分析，以此為基礎(chǔ)進行風險后果定量研究。同時應積極引入中國在山洪、泥石流等災害生命、經(jīng)濟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)境影響定量估計的參照。風險后果與風險概率相結(jié)合，可使大壩風險評價結(jié)果更全面，風險管控措施更有針對性。

（3）科學采用管理手段在當前主要采用工程措施且安全管理效果顯著的基礎(chǔ)上，重視洪水預警、應急管理等非工程措施在大壩評價與管理中的重要作用。二者結(jié)合，可有效降低事故損失，也可更為科學地判定大壩風險程度，合理確定病險大壩在除險加固中的排序，使有限的大壩管理資金更好地發(fā)揮作用。在合理進行風險識別、估計和評價的基礎(chǔ)上，綜合運用風險回避、風險轉(zhuǎn)移等主動風險控制方法和應急預案等被動風險控制方法，建立完善的大壩風險管理體系，可達到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]何海峰.大壩運行風險及輔助分析系統(tǒng)研究[D].南京：河海大學，2008.

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