張佩，姜暑芳，李富濱

(1.河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南鄭州 450000;2.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司一分局，四川彭山 620860)

1 概述

目前我國(guó)已建成水庫(kù)85000多座，病險(xiǎn)水庫(kù)約占水庫(kù)總數(shù)的36%，數(shù)量大，除險(xiǎn)加固資金有限，不可能同時(shí)對(duì)這些水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。過(guò)去對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行的安全評(píng)價(jià)，一般均按照設(shè)計(jì)規(guī)范分別對(duì)防洪、抗滑、抗震、抗?jié)B、抗裂等功能分項(xiàng)進(jìn)行安全計(jì)算，按規(guī)范要求的安全系數(shù)作為安全與否的衡量標(biāo)準(zhǔn)，僅從安全狀況對(duì)水庫(kù)潰壩進(jìn)行了分析論證。事實(shí)上，不同水庫(kù)在安全狀況、對(duì)下游的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防洪保護(hù)對(duì)象等條件有不盡相同的要求，對(duì)下游形成的風(fēng)險(xiǎn)上有巨大差異，在決策時(shí)需全面考慮這些因素的影響。因此，需要用一種新的方法對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即根據(jù)大壩風(fēng)險(xiǎn)程度排序的決策方法來(lái)進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)的加固，確保將有限的除險(xiǎn)加固經(jīng)費(fèi)用到最需要的地方。

2 風(fēng)險(xiǎn)的定義

狹義的風(fēng)險(xiǎn)僅僅定義為“失事”概率。該定義可以衡量風(fēng)險(xiǎn)事件出現(xiàn)的概率，但不能反映該事件造成損失的程度。廣義的風(fēng)險(xiǎn)定義為:事件發(fā)生的后果與預(yù)期后果背離的程度及其發(fā)生的概率。該定義較為全面地衡量了風(fēng)險(xiǎn)事件的兩大要素:風(fēng)險(xiǎn)率和風(fēng)險(xiǎn)后果。我們通常所說(shuō)的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指在各種可能的條件和一定的防洪措施情況下發(fā)生洪災(zāi)造成社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和人員損失的可能性，即洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)R由風(fēng)險(xiǎn)率P與洪水災(zāi)害造成的損失L的乘積。

3 潰壩后果綜合評(píng)價(jià)法

綜合評(píng)價(jià)是利用數(shù)學(xué)方法對(duì)一個(gè)復(fù)雜的多指標(biāo)信息進(jìn)行加工和提煉，以求優(yōu)劣等級(jí)的評(píng)價(jià)方法。目前，國(guó)內(nèi)外已提出眾多評(píng)價(jià)方法，筆者在此主要介紹層次分析法對(duì)潰壩后果的分析。

根據(jù)王仁鐘、李雷［1］、［2］等的研究，潰壩后果綜合系數(shù)L體現(xiàn)了潰壩生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)與環(huán)境的綜合影響。

式中 S1、S2、S3分別為生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù);F1、F2、F3分別為生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)環(huán)境影響的嚴(yán)重程度系數(shù)。

由于文中的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算采用該方法，在此簡(jiǎn)要介紹一下其計(jì)算過(guò)程。

3.1 權(quán)重系數(shù)的確定

將生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)與環(huán)境影響3個(gè)方面作為潰壩后果綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的子因素，采用AHP法確定各子層因素對(duì)母層因素的權(quán)重系數(shù)。AHP［3］、［4］法采用 1 ～9 及其倒數(shù)作為兩個(gè)元素重要性比較定量化的標(biāo)度。標(biāo)度1、3、5、7、9分別表示一個(gè)元素比另一個(gè)元素同等、稍微、明顯、強(qiáng)烈、極端的重要程度，標(biāo)度2、4、6、8分別表示上述相鄰程度的中值。以U表示總目標(biāo)，ui表示評(píng)價(jià)元素，ui∈U(i=1，2，…，)。根據(jù)上述各符號(hào)的意義可得到n×n階判斷矩陣［P］。u1u2…un

式中 n為子層中相應(yīng)因素的個(gè)數(shù);uij為各因素兩兩比較，對(duì)實(shí)際目標(biāo)貢獻(xiàn)大小的賦值，且uij=1/uji，uii=1。

總目標(biāo)層潰壩后果的各影響因素包括潰壩生命損失(以S1表示)、經(jīng)濟(jì)損失(以S2表示)和社會(huì)與環(huán)境影響(S3表示)。借鑒國(guó)內(nèi)外潰壩后果嚴(yán)重程度系數(shù)研究，結(jié)合工程所在地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，將生命損失與經(jīng)濟(jì)損失相比，重要程度視為強(qiáng)烈重要，定為7和1的關(guān)系;社會(huì)與環(huán)境影響與經(jīng)濟(jì)損失相比，重視程度視為稍微重要與明顯重要之間，定為4和3的關(guān)系。由此可得到下面的判斷矩陣:

由此求得潰壩生命損失的權(quán)重為0.75，經(jīng)濟(jì)損失的權(quán)重為0.107，社會(huì)與環(huán)境影響的權(quán)重為0.143。從所計(jì)算的權(quán)重系數(shù)上看，比較符合工程所在地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況。潰壩后果綜合系數(shù)L為:

3.2 潰壩后果嚴(yán)重程度系數(shù)的確定

潰壩后果嚴(yán)重程度系數(shù)可取用歸一化系數(shù)，李雷［1］、［2］、［5］等人對(duì)生命損失嚴(yán)重程度系數(shù) F1、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重程度系數(shù)F2、社會(huì)與環(huán)境影響嚴(yán)重程度系數(shù)F3進(jìn)行了分析，并建立了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。

(1)生命損失嚴(yán)重程度系數(shù)F1。

影響生命損失的因素很多，如洪水風(fēng)險(xiǎn)特征、洪水預(yù)警預(yù)報(bào)狀況、人員緊急撤離逃生條件、洪泛區(qū)地理?xiàng)l件、洪泛區(qū)土地利用情況、洪泛區(qū)內(nèi)人口分布以及其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)法規(guī)和規(guī)定，根據(jù)重大事故生命損失的定義，對(duì)死亡3人、10人、30人和50人幾個(gè)分界進(jìn)行控制，生命損失嚴(yán)重程度系數(shù)采用對(duì)數(shù)非線性模型:

(2)經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重程度系數(shù)F2。

根據(jù)重大事故經(jīng)濟(jì)損失的定義，控制住30萬(wàn)元、100萬(wàn)元、300萬(wàn)元和1000萬(wàn)元幾個(gè)分界，得到經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重程度系數(shù)計(jì)算公式如下:

式中 x為經(jīng)濟(jì)損失，單位萬(wàn)元。

(3)社會(huì)環(huán)境影響嚴(yán)重程度系數(shù)F3。

先確定社會(huì)與環(huán)境影響指數(shù)，社會(huì)與環(huán)境影響指數(shù)定義為所考慮的社會(huì)與環(huán)境要素的乘積:

式中 N為風(fēng)險(xiǎn)人口系數(shù);C為重要城市系數(shù);I為重要設(shè)施系數(shù);h為文物古跡等系數(shù);R為河道生態(tài)系數(shù);l為生物環(huán)境系數(shù);j為人文景觀系數(shù);P為污染工業(yè)系數(shù)。

f最小值為1，最大值為10000，社會(huì)影響系數(shù)的上限和下限之間可以分為4檔:1～10、10～100、100～1000、1000 ～10000。社會(huì)環(huán)境影響嚴(yán)重程度系數(shù)計(jì)算公式如下:

根據(jù)上述控制指標(biāo)，將這些點(diǎn)的綜合判斷值作為定量轉(zhuǎn)化為定性的指標(biāo)，可得潰壩事件綜合評(píng)價(jià)定性控制表(表1)。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

某中型水利樞紐A，大壩以上流域面積760 km2，多年平均入庫(kù)徑流量2.51億m3，水庫(kù)總庫(kù)容9439萬(wàn)m3，電站裝機(jī)容量1000kW。對(duì)下游的影響主要有:下游距大壩較近的有田州鎮(zhèn)(15 km)、南昆鐵路(3km)、南百二級(jí)公路(7km)等。水庫(kù)一旦失事，將會(huì)使兩縣四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受淹，受洪災(zāi)影響人口達(dá)10萬(wàn)以上，受淹耕地9.74萬(wàn)畝，潰壩造成總損失將達(dá)幾十億元人民幣。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258－2000)，該中型水利樞紐A水庫(kù)大壩安全綜合評(píng)價(jià)定為三類壩。根據(jù)以上分析，水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)人口為10萬(wàn)人，根據(jù)工程重要性假設(shè)預(yù)警時(shí)間為1h，洪水風(fēng)險(xiǎn)Fc取0.5;計(jì)算結(jié)果見表2、3。

表1 潰壩事件綜合評(píng)價(jià)定性控制表

表2 社會(huì)與環(huán)境影響因素賦值表

表3 潰壩后果綜合評(píng)價(jià)系數(shù)表

某大型水利樞紐B，水庫(kù)校核洪水位高程為189.85m，水庫(kù)總庫(kù)容11.5億 m3。大壩下游 1 km和4km分別為324國(guó)道(二級(jí)路)和南寧至昆明鐵路，下游7km為百色市、百色地區(qū)行署所在地。百色下游32km和62km尚有田陽(yáng)縣城、田東縣城以及右江礦務(wù)局，影響人口約27萬(wàn)人，耕地10萬(wàn)畝。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258－2000)，該大型水利樞紐B水庫(kù)大壩安全綜合評(píng)價(jià)定為三類壩。根據(jù)以上分析，水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)人口為27萬(wàn)人，根據(jù)工程的重要性假設(shè)預(yù)警時(shí)間為1.5h，洪水風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Fc取1。計(jì)算結(jié)果見表 2、3。

由表1可知:當(dāng)0.67L＜0.74時(shí)，屬于重大事故;當(dāng)0.74L ＜0.79 時(shí)，屬于特別重大事故;當(dāng)為0.79L時(shí)，應(yīng)立即向國(guó)務(wù)院報(bào)告。兩樞紐水庫(kù)大壩綜合評(píng)價(jià)系數(shù)均大于0.79，潰壩后果十分嚴(yán)重，與兩水利樞紐大壩的安全鑒定結(jié)果相符合。但由于水利樞紐B的潰壩后果綜合評(píng)價(jià)系數(shù)為0.8836，大于水利樞紐A的潰壩后果綜合評(píng)價(jià)系數(shù)0.879，建議優(yōu)先對(duì)水利樞紐B進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在大壩安全鑒定技術(shù)方面的發(fā)展較為成熟，但為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的迅速發(fā)展以及公眾對(duì)大壩風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)，結(jié)合我國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)多而除險(xiǎn)資金有限的實(shí)際情況，我們需要把工程安全逐步轉(zhuǎn)化到工程風(fēng)險(xiǎn)上來(lái)，以此判斷病險(xiǎn)水庫(kù)的病險(xiǎn)程度。盡管潰壩后果綜合評(píng)價(jià)法在生命損失和社會(huì)與環(huán)境影響方面存在不確定因素，但仍可為病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固排序決策提供參考依據(jù)。

［1］趙煥臣，等.層次分析法—一種簡(jiǎn)易的新決策方法［M］.北京:科學(xué)出版社，1986.

［2］姜樹海，范子武.洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和防洪安全決策［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.