梁 軍

(四川省水利廳，成都，610017)

水利災害“痛苦曲線”及其相關(guān)分析

梁 軍

(四川省水利廳，成都，610017)

本文結(jié)合以往水利工程搶險救災的成功經(jīng)驗，針對自然災害發(fā)生發(fā)展直至消亡的所謂“痛苦曲線”及應對方略，提出了遵從自然規(guī)律、因地制宜、及時有效的應急搶險或非常態(tài)施工組織應采取的針對性措施，以搶險效能為最優(yōu)化目標的定量評估計算方法，旨在研究以最小的代價獲得最優(yōu)的搶險效果。

水利災害 痛苦曲線 搶險救災 組織效能 評估

1 概述

近年來，在全球氣候持續(xù)變化的背景下，由水利災害引起的搶險救災時有發(fā)生。水利災害與自然災害一樣，具有突發(fā)性、伴生性和災難性，突發(fā)性是指災情的發(fā)生一般是不可預見的，使人防不勝防；伴生性是指災情的發(fā)生可能引發(fā)多方面的損失，正所謂“禍不單行”。如工程水毀對工程本身造成損害外，還影響發(fā)電、供水、灌溉等其它方面，甚至產(chǎn)生洪水災害；災難性是指災害一旦發(fā)生，會給人類社會帶來生命與財產(chǎn)損失，造成痛苦，形成災難性結(jié)果。水利災害的發(fā)生有多種原因，既有強降雨或洪水引起的原發(fā)性水利災害，又有因地震、泥石流或山體崩塌引發(fā)的次生性水利災害。

1993年青海省海南藏族自治州共和縣溝后水庫發(fā)生垮壩事故，導致下游恰卜恰鎮(zhèn)生命財產(chǎn)重大損失。據(jù)有關(guān)資料記載，8月27日中午12時，庫水位升高至3277.40m(正常蓄水位3278m，防洪限制水位3276.72m)，13時，庫水漏進防浪墻和面板頂部裂縫及水平縫，隨后下游坡多處漏水，下游坡臺階上能聽到壩內(nèi)有噴氣聲和水跌落聲；20時30分，村民見到下游坡高程3260m和3240m馬道之間涌水像自來水般噴出；21時值班人員在值班室聽到悶雷般巨響，出門看到壩上噴水，土石翻滾，水霧中見到石塊相碰出火花；22時，潰壩口門底部高程達到3250m，潰壩總水量為268萬m3，最大流量3267m3/s；23時40分，潰壩洪水到達恰卜恰鎮(zhèn)，死亡300多人。圖1所示為溝后水庫潰壩災害過程線。23時40分洪水到達恰卜恰鎮(zhèn)時應為生命財產(chǎn)損失最大點。

圖1 青海溝后水庫潰壩災害過程曲線(1993年)

1933年四川疊溪地震形成堰塞湖后的自然潰決。8月25日15時50分30秒，茂縣疊溪鎮(zhèn)(北緯32.0°，東經(jīng)103.7°)發(fā)生震級為7.5級的大地震，震中烈度Ⅹ度，疊溪古鎮(zhèn)被毀滅，巨大山崩使岷江、松坪溝斷流，同時形成三個堰塞壩(松坪溝口大光包順層滑坡形成松坪溝堰塞壩，現(xiàn)大海子堰塞壩和現(xiàn)小海子堰塞壩)；至10月9日19時，小海子堰塞湖崩潰，洪水傾湖潰出，霹靂震山，塵霧障天，造成下游沿江兩岸嚴重崩岸、洪災。據(jù)當時《國民檔案》記載，“受災奇重，實空前未有之奇禍。上起茂、理、汶川，下迄崇(寧)、郫、溫、雙、崇(慶)、新各縣均受巨災。十月十二日，深夜一鐘大水淹至灌縣，沖沒韓家壩、安瀾橋、新工魚嘴、金剛堤、平水槽、飛沙堰、人字堤，與下游之天乙街、塔子壩、龍?zhí)稙?、安順橋一帶，盡成澤國。迄凌晨水退?！悲B溪地震堰塞壩自然潰決后的洪水次生災害過程曲線大致如圖2所示。

圖2 疊溪地震洪水次生災害過程曲線(1933年)

2008年5月12日汶川大地震，給當?shù)亟?jīng)濟社會帶來巨大生命財產(chǎn)損失。根據(jù)中國地震局的數(shù)據(jù)，地震面波震級達8.0Ms、矩震級達8.3MW(根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，矩震級為7.9MW)，破壞地區(qū)超過10萬km2。地震烈度可能達到11度，地震波及大半個中國及亞洲多個國家和地區(qū)。地震從第20s～60s時段多次出現(xiàn)波峰，引發(fā)的生命、財產(chǎn)損失也多在此期間發(fā)生。圖3為“5.12”地震災害過程曲線。

圖3 “5.12”地震災害過程線

從以上三個實例可知，自然災害是一個從無到有、從小到大直至消失的自然過程，其自生自滅呈如圖4所示的曲線F0(即災害曲線)。由于這種曲線十分像網(wǎng)絡表情符號，故取名為“痛苦曲線”。顯然，“痛苦曲線”具有普遍意義，亦即任何一種自然災害給人類社會造成的損失都呈“痛苦曲線”的形態(tài)。如果人類及時采取有效措施加以控制，“痛苦曲線”所表現(xiàn)出的災害程度就會小，其演變過程如圖4中的F1所示。

圖4 自然災害演變過程圖

自然災害發(fā)生后，人類必須采取高效和快速的處置措施，即實施所謂應急搶險或搶險救災等非常態(tài)施工，使自然災害及其不利影響降低到最低限度。因此，人類有組織、有計劃的搶險救災行為十分重要，這方面已積累了大量研究成果[1，2]。無可否認，在應急搶險及非常態(tài)搶險施工過程中，人們往往只注重于盡快搶險成功，對人力物力投入、搶險物資消耗、經(jīng)濟成本核算考慮得很少。本文通過應急搶險各組織環(huán)節(jié)的分析，提出搶險效能的分析方法，旨在進一步降低搶險物資的消耗，提高應急搶險救災的組織效能，希望對實際應急搶險工作有所指導。

2 搶險救災的原則

搶險救災是一項社會化的緊急行動，搶險救災及其非常態(tài)施工組織應建立并完善以專家為主體的現(xiàn)場技術(shù)決策與風險評估機制(簡稱指揮決策系統(tǒng)C)；以項目管理單位為主體的物資采集、運輸與后勤保障機制(簡稱后勤與物資保障G)；以施工搶險單位為主體的非常態(tài)施工作業(yè)隊伍(簡稱非常態(tài)施工S)；以“指揮部”為主體的現(xiàn)場組織、管理和協(xié)調(diào)機制(簡稱組織協(xié)調(diào)A)與地方及有關(guān)部門組成的信息發(fā)布、報送(I)和監(jiān)測預警、預報機制(F)和群眾轉(zhuǎn)移避險工作動員(M)等諸多應急組成單元(或工序)。為簡化計，指揮協(xié)調(diào)C、后勤與物資保障G、非常態(tài)施工S等三個單元(工序)為主要單元(工序)。搶險的整體組織行動流程如圖5所示。各應急單元協(xié)同作用的重要性已經(jīng)多次搶險實踐所證實[3]。

圖5 應急搶險組織流程

各應急單元不同組合構(gòu)成搶險組織效能的高低，直接影響現(xiàn)場救災的效果。因此，搶險組織效能是指揮長或現(xiàn)場最高決策人履行監(jiān)督職責、追求有效消險的主要工作，其形成過程如圖6所示。

圖6 搶險效能的形成過程

搶險救災的原則是“科學、快速、安全”。按運籌學分析，應急搶險實際上就是一種關(guān)鍵線路施工法，它有兩個基本目標，其一是所需工效最優(yōu)，其二是所需時間最短，用數(shù)學表達如下：

時間最短原則:搶險工期T服從“最短線路法”，即

(1)

效能最優(yōu)原則:如把應急搶險簡單地劃分成指揮協(xié)調(diào)C、后勤與物資保障G、非常態(tài)施工S等三個主要工序，搶險效能P為：

(2)

表明搶險效能與各工序(單元)工效的連積關(guān)系，這一關(guān)系服從“木桶理論”。

從以上分析可知，要實現(xiàn)搶險救災的基本目標，其核心是非常態(tài)施工組織效能的高效運行。

3 非常態(tài)施工組織的效能分析

圖4表明自然災害通過人工搶險控制，可以改變?yōu)暮Πl(fā)展直止消亡的過程，同時有效減輕或提前消除對人類社會的危害，其理論上的減災效益為：

(3)

無論災情大小，只要F1(C1，G1，S1，t)控制到盡可能小，那么人類獲得的減災防災效益φ(C，G，S，t)就最大。

從以上分析，搶險救災社會化組織行動目標φ與各工序之間的函數(shù)關(guān)系如下式：

φ=f(C，G，S，A，I，F(xiàn)，M)

(4)

(5)

可見組織效能是每一個應急單元在應急搶險行動中所占的份額(如?φ/?C)與其自身工效(如?C/?t)乘積之和，而且隨著時間而有所變化。

圖7 各應急單元實施搶險過程簡圖

4 搶險組織效能評估計算方法與實例

目前未見有關(guān)應急搶險組織效能的評估計算方法。如前分析，將一個搶險救災過程分解成若干應急單元(工序)并按式(5)進行計算，即每一個單元在整個應急搶險行動中所占的比例與其自身效率乘積之和，便是這一搶險過程的組織效能值。評估計算可按表格計算法進行。

下面以2010年四川省綿竹市清平鄉(xiāng)“8.13”洪水泥石流的應急搶險為例，簡述搶險救災組織效能的評估計算過程。假定各單元的份額隨日程而變且它們之和總是等于1.0，各單元的效率主要依據(jù)發(fā)揮搶險作用的高低來評估，其值一般為0.4～1.0。表1記錄了各應急單元(工序)日程進展情況(主要是各自的份額)；表2記錄了各單元自身效率的日程變化。這兩類數(shù)據(jù)，應依據(jù)搶險時段內(nèi)每一天的工作進展與效率高低經(jīng)每晚嚴肅認真考評得出，數(shù)據(jù)填報需準確，并由指揮部負責收集和適時公布，成為總體搶險效能量化計算的基礎(chǔ)。根據(jù)表1和表2填報的數(shù)據(jù)，計算出本次搶險過程的組織效能如表3所示。

表1 清平“8.19”洪水泥石流各工序 比重(份額)變化日程

表2 清平“8.13”洪水泥石流各工序 工效日程統(tǒng)計評分

表3 清平“8.13”洪水泥石流應急搶險組織 效能日程評價

由此得出，清平“8.13”洪水泥石流最初6天的應急搶險組織效能平均值為0.65，表明該項目的搶險組織效能是逐步提高的，也是十分有效的。由于目前還沒有應急搶險有關(guān)量化評分系統(tǒng)和搶險效能的參考標準，因此所得結(jié)果也是初步的，有待于今后在應用研究中深入，逐步形成一整套在搶險救災與非常態(tài)施工中有效的量化評價計算方法。

5 小結(jié)

5.1 應急搶險救災是人類所必須采取的一種面對自然災害的積極應對行為。消除“痛苦曲線”，取決于搶險救災各應急單元(或工序)對搶險組織效能的貢獻大小以及它們相互間的協(xié)同關(guān)系。非常態(tài)施工組織要求對具體搶險過程各單元進行實時或日程評價，以期使各單元的效率之和盡可能達到最優(yōu)，這意味著一直要求各單元均處于最佳狀態(tài)，實際上搶險效能是逐步形成的一個過程。

5.2 根據(jù)搶險救災的組織效能評估計算方法，對清平“8.13”洪水泥石流應急搶險組織進行評價計算，最初6天的日程評價分析認為其組織效能是有效的。

5.3 在今后的搶險工作中，深入研究應急搶險有關(guān)量化評分系統(tǒng)和搶險效能的參考標準，對實際搶險救災的績效評估具有重要的指導意義，從而進一步減輕人類社會因災害而造成的不必要損失。

〔1〕張仕超，周志東，周春清.汶川特大地震次生災害類型與今后應急救援對策探討[J].四川水利.2013，(04).

〔2〕王靈偉.清平“8.13”特大山洪泥石流的搶險方法.四川水力發(fā)電，2011，(30)增刊(1).

〔3〕梁 軍.應急搶險及非常態(tài)施工組織.中國水利，2014，(16).

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