喻蔚然

摘要：我國小型水庫數(shù)量眾多，但安全狀況差，且缺少有效的安全監(jiān)測，管理水平落后，運行風險大。多年來水庫安全鑒定主要以定性評價為主，對病險水庫運行風險及其對下游的危害程度缺乏定量的判斷。小型水庫的運行風險多樣，且不確定，不同風險之間往往相互影響、相互依存。以風險的不確定性作為灰色系統(tǒng)，將灰色理論和隨機概率分析方法結合，建立功能函數(shù)，應用改進的一次二階矩法把灰色-隨機風險概率的計算轉化為一般隨機風險概率的計算，較好地量化了水庫運行風險的不確定性。工程實例表明，計算結果對小型水庫除險加固和安全運行具有良好的指導意義。

關鍵詞：水庫運行風險；不確定性；灰色理論；改進的一次二階矩法

中圖分類號：TV697 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2014）01-0131-04

小型水庫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，我國98 002座水庫中，小型水庫為93 308座，占水庫總數(shù)的952%^[1]。而江西省10 819座水庫中，小型水庫為10 526座，比例更高達973%^[2]。但與此不相匹配的是，絕大多數(shù)小型水庫無專管機構，無專管人員，無維養(yǎng)經費，工程老化，普遍存在防洪標準低、工程質量差等安全隱患。雖然近些年國家開展了小型水庫的除險加固，部分水庫硬件設施得以改善，安全狀況轉好，但仍有大量水庫因配套資金不足，無法保質保量完成加固措施，尤其在水庫管理水平、管理人員素質方面并沒有提高。小型水庫的運行風險具有多樣性、隨機性、不確定性，因此迫切需要通過風險分析，將其不確定性進行量化^[3]，為管理者提供決策依據(jù)。

1 風險分析

水庫風險分析就是指運行管理人員對可能導致?lián)p失的風險因素進行系統(tǒng)分析和權衡，評估其風險水平和風險狀況，主要工作內容包括風險識別、風險估計和風險評價三部分。

1.1 風險識別

風險識別是指在風險事故發(fā)生之前，人們運用各種方法系統(tǒng)的、連續(xù)的認識所面臨的各種風險以及分析風險事故發(fā)生的潛在原因。風險識別是風險分析的最基礎環(huán)節(jié)，其具體步驟見圖1^[4]。

對于小型水庫，其安全運行的風險因素很多，大致有以下幾類。

（1）防洪標準不足。其產生的原因主要是：當初興建大壩時設計的防洪標準相比現(xiàn)在的標準偏低；小型水庫溢洪道大多不規(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水位超過標準，甚至壩頂。這種風險很容易導致潰壩。

（2）大壩質量差。大多數(shù)小型水庫興建于20世紀50-70年代，主要特點是技術人員少、施工隊伍參差不齊、施工設備落后、質量控制不嚴，造成大壩的整體質量差。甚至很多水庫剛剛完工，就顯現(xiàn)出一些病險隱患。

（3）滲漏。大壩滲漏是常見的安全隱患，包括三個方面：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線，降低了壩體填筑材料的物理力學性能，有可能引起壩體和壩基的滑動，嚴重時可造成大壩垮塌。

（4）滑坡。一方面滑坡削弱了大壩結構，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，對大壩形成沖擊。

（5）運行管理差。小型水庫缺乏規(guī)范有效的管理，已經是一個不爭的事實，由此帶來的嚴重后果也多次印證了完善的管理的重要性，一個差的運行管理導致的風險往往是致命的。

（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，將對建筑物整體結構造成破壞，對大壩的安全威脅很大。比如汶川地震時，幾千座水庫受到不同程度的破壞。

1.2 風險估計

風險可定義為不希望事件的發(fā)生概率以及發(fā)生后果的嚴重性，因而風險估計主要內容是根據(jù)事件存在的風險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，對水庫而言，最大的事件就是潰壩，潰壩的風險因素有若干個，風險估計就是估算每一種風險因素造成潰壩的概率和潰壩后的各項損失。

根據(jù)掌握信息資料的不同，風險主要有確定型、隨機型和不確定型三種^[5]。其中確定型風險是指出現(xiàn)的概率為1，后果完全可以由精確的可靠的信息資料進行計算的風險；隨機型風險是指隨機出現(xiàn)但出現(xiàn)的狀態(tài)和發(fā)生的概率均已知的風險；不確定型風險是指出現(xiàn)的各種狀態(tài)及其概率均是未知的風險^[6]。顯然，水庫運行管理風險（或者說水庫潰壩風險）應屬此種類型。不確定型風險的定量估算通常是計算風險變量的概率，主要有區(qū)間法、三角分布法、極大熵確定先驗分布法、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、應用不復雜、計算工作量不大等優(yōu)點，特別適合小型水庫的特點。

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

4 結語

多年以來，小型水庫為經濟社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻，但隨著時間的推移，水庫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，但是小型水庫數(shù)量眾多，分布廣、散，加固資金有限，尤其是缺乏有效的管理，因此小型水庫仍然存在較大風險。水庫運行的風險具有隨機不確定性，表現(xiàn)形式多樣。小型水庫無技術人員，大多無安全監(jiān)測設施，無法定期進行安全監(jiān)測和評價，而且由于信息缺乏，難以用一般的方法進行安全風險的定量評價。本文的研究結果表明，針對這種不確定性和灰色性，采用灰色-隨機風險概率的概念，建立功能函數(shù)，將灰色-隨機風險概率的計算轉化為一般隨機風險概率的計算，應用改進的一次二階矩法進行分析計算，能夠較好地量化水庫運行風險的不確定性。

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