喻蔚然

摘要：我國(guó)小型水庫(kù)數(shù)量眾多，但安全狀況差，且缺少有效的安全監(jiān)測(cè)，管理水平落后，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大。多年來(lái)水庫(kù)安全鑒定主要以定性評(píng)價(jià)為主，對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及其對(duì)下游的危害程度缺乏定量的判斷。小型水庫(kù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)多樣，且不確定，不同風(fēng)險(xiǎn)之間往往相互影響、相互依存。以風(fēng)險(xiǎn)的不確定性作為灰色系統(tǒng)，將灰色理論和隨機(jī)概率分析方法結(jié)合，建立功能函數(shù)，應(yīng)用改進(jìn)的一次二階矩法把灰色-隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算轉(zhuǎn)化為一般隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算，較好地量化了水庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的不確定性。工程實(shí)例表明，計(jì)算結(jié)果對(duì)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固和安全運(yùn)行具有良好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；不確定性；灰色理論；改進(jìn)的一次二階矩法

中圖分類號(hào)：TV697 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-1683（2014）01-0131-04

小型水庫(kù)在水利工程中占有重要的地位，在防洪、灌溉、供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)98 002座水庫(kù)中，小型水庫(kù)為93 308座，占水庫(kù)總數(shù)的952%^[1]。而江西省10 819座水庫(kù)中，小型水庫(kù)為10 526座，比例更高達(dá)973%^[2]。但與此不相匹配的是，絕大多數(shù)小型水庫(kù)無(wú)專管機(jī)構(gòu)，無(wú)專管人員，無(wú)維養(yǎng)經(jīng)費(fèi)，工程老化，普遍存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差等安全隱患。雖然近些年國(guó)家開(kāi)展了小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固，部分水庫(kù)硬件設(shè)施得以改善，安全狀況轉(zhuǎn)好，但仍有大量水庫(kù)因配套資金不足，無(wú)法保質(zhì)保量完成加固措施，尤其在水庫(kù)管理水平、管理人員素質(zhì)方面并沒(méi)有提高。小型水庫(kù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)具有多樣性、隨機(jī)性、不確定性，因此迫切需要通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析，將其不確定性進(jìn)行量化^[3]，為管理者提供決策依據(jù)。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析

水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)分析就是指運(yùn)行管理人員對(duì)可能導(dǎo)致?lián)p失的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行系統(tǒng)分析和權(quán)衡，評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)水平和風(fēng)險(xiǎn)狀況，主要工作內(nèi)容包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)三部分。

1.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是指在風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生之前，人們運(yùn)用各種方法系統(tǒng)的、連續(xù)的認(rèn)識(shí)所面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)以及分析風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的潛在原因。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)分析的最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其具體步驟見(jiàn)圖1^[4]。

對(duì)于小型水庫(kù)，其安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，大致有以下幾類。

（1）防洪標(biāo)準(zhǔn)不足。其產(chǎn)生的原因主要是：當(dāng)初興建大壩時(shí)設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)相比現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)偏低；小型水庫(kù)溢洪道大多不規(guī)整，溢流寬度窄，泄流能力不足，以至于在遭遇較大的暴雨洪水時(shí)水位超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，甚至壩頂。這種風(fēng)險(xiǎn)很容易導(dǎo)致潰壩。

（2）大壩質(zhì)量差。大多數(shù)小型水庫(kù)興建于20世紀(jì)50-70年代，主要特點(diǎn)是技術(shù)人員少、施工隊(duì)伍參差不齊、施工設(shè)備落后、質(zhì)量控制不嚴(yán)，造成大壩的整體質(zhì)量差。甚至很多水庫(kù)剛剛完工，就顯現(xiàn)出一些病險(xiǎn)隱患。

（3）滲漏。大壩滲漏是常見(jiàn)的安全隱患，包括三個(gè)方面：壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏，以及大壩與壩下涵洞之間發(fā)生的接觸滲漏。滲漏抬高了壩體浸潤(rùn)線，降低了壩體填筑材料的物理力學(xué)性能，有可能引起壩體和壩基的滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可造成大壩垮塌。

（4）滑坡。一方面滑坡削弱了大壩結(jié)構(gòu)，直接威脅大壩安全，另一方面，滑坡可能堵塞溢洪道或者激起巨大涌浪，對(duì)大壩形成沖擊。

（5）運(yùn)行管理差。小型水庫(kù)缺乏規(guī)范有效的管理，已經(jīng)是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，由此帶來(lái)的嚴(yán)重后果也多次印證了完善的管理的重要性，一個(gè)差的運(yùn)行管理導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)往往是致命的。

（6）地震等不可抗力的自然因素。雖然這是小概率事件，但一旦發(fā)生，將對(duì)建筑物整體結(jié)構(gòu)造成破壞，對(duì)大壩的安全威脅很大。比如汶川地震時(shí)，幾千座水庫(kù)受到不同程度的破壞。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)

風(fēng)險(xiǎn)可定義為不希望事件的發(fā)生概率以及發(fā)生后果的嚴(yán)重性，因而風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)主要內(nèi)容是根據(jù)事件存在的風(fēng)險(xiǎn)因素估算出事件可能發(fā)生的概率和事件發(fā)生后的損失程度。具體地說(shuō)，對(duì)水庫(kù)而言，最大的事件就是潰壩，潰壩的風(fēng)險(xiǎn)因素有若干個(gè)，風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)就是估算每一種風(fēng)險(xiǎn)因素造成潰壩的概率和潰壩后的各項(xiàng)損失。

根據(jù)掌握信息資料的不同，風(fēng)險(xiǎn)主要有確定型、隨機(jī)型和不確定型三種^[5]。其中確定型風(fēng)險(xiǎn)是指出現(xiàn)的概率為1，后果完全可以由精確的可靠的信息資料進(jìn)行計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)；隨機(jī)型風(fēng)險(xiǎn)是指隨機(jī)出現(xiàn)但出現(xiàn)的狀態(tài)和發(fā)生的概率均已知的風(fēng)險(xiǎn)；不確定型風(fēng)險(xiǎn)是指出現(xiàn)的各種狀態(tài)及其概率均是未知的風(fēng)險(xiǎn)^[6]。顯然，水庫(kù)運(yùn)行管理風(fēng)險(xiǎn)（或者說(shuō)水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)）應(yīng)屬此種類型。不確定型風(fēng)險(xiǎn)的定量估算通常是計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)變量的概率，主要有區(qū)間法、三角分布法、極大熵確定先驗(yàn)分布法、重現(xiàn)期法、蒙特卡羅模擬法、一次二階矩法等^[5-8]。相比較而言，一次二階矩法具有概率分布要求不高、應(yīng)用不復(fù)雜、計(jì)算工作量不大等優(yōu)點(diǎn)，特別適合小型水庫(kù)的特點(diǎn)。

一次二階矩法是一種近似分析法，R.Rackwitz等提出了改進(jìn)的一次二階矩法。該法根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的因素的一、二階矩推求功能函數(shù)的一、二階矩，間接估算出風(fēng)險(xiǎn)事件的概率。具體計(jì)算方法不再贅述。運(yùn)用該法計(jì)算出的概率，在風(fēng)險(xiǎn)變量呈正態(tài)分布的情況下，風(fēng)險(xiǎn)值才是精確的，但是水庫(kù)運(yùn)行狀況受各種內(nèi)因、外因影響較大，并非所有的風(fēng)險(xiǎn)變量均服從正態(tài)分布。

4 結(jié)語(yǔ)

多年以來(lái)，小型水庫(kù)為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，但隨著時(shí)間的推移，水庫(kù)的安全狀況也不斷下降。雖然投入了大量的加固資金用以除險(xiǎn)，但是小型水庫(kù)數(shù)量眾多，分布廣、散，加固資金有限，尤其是缺乏有效的管理，因此小型水庫(kù)仍然存在較大風(fēng)險(xiǎn)。水庫(kù)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)具有隨機(jī)不確定性，表現(xiàn)形式多樣。小型水庫(kù)無(wú)技術(shù)人員，大多無(wú)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，無(wú)法定期進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，而且由于信息缺乏，難以用一般的方法進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)價(jià)。本文的研究結(jié)果表明，針對(duì)這種不確定性和灰色性，采用灰色-隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)概率的概念，建立功能函數(shù)，將灰色-隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算轉(zhuǎn)化為一般隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算，應(yīng)用改進(jìn)的一次二階矩法進(jìn)行分析計(jì)算，能夠較好地量化水庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的不確定性。

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