（新疆克孜爾水庫(kù)管理局，新疆 阿克蘇 842300）

近年來(lái)，隨著國(guó)家社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)能源的需求迅速增長(zhǎng)，新建了一批大型水利水電工程，其中一部分為土石壩。隨著土石壩設(shè)計(jì)水平和筑壩機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平的不斷發(fā)展，一批高土石壩和超高土石壩相繼開(kāi)工建設(shè)或建成。

土石壩施工環(huán)境較為復(fù)雜，易受地形、氣象、材料和管理等影響，面臨多種風(fēng)險(xiǎn)，甚至發(fā)生潰壩等事故。目前，土石壩的運(yùn)行管理目標(biāo)主要保證大壩自身安全和潛在損失在可接受范圍。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)土石壩潰決數(shù)量占大壩潰決的近98%，因此評(píng)價(jià)土石壩運(yùn)行期的風(fēng)險(xiǎn)具有十分重要的作用。

分析土石壩運(yùn)行期事故概率和后果，并與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)相比較，可判斷出運(yùn)行期的風(fēng)險(xiǎn)水平。土石壩根據(jù)洪水標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定水工建筑物的等級(jí)和相應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮滲流、變形和穩(wěn)定方面的風(fēng)險(xiǎn)，可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)主要有漫頂或結(jié)構(gòu)破壞。目前，國(guó)內(nèi)無(wú)專(zhuān)門(mén)用于土石壩事故的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外在20世紀(jì)80年代末開(kāi)始潰壩損失方面的研究，我國(guó)引入后尚處于初步與我國(guó)潰壩事故結(jié)合階段，未形成符合我國(guó)實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況及風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 工程概況

某水庫(kù)控制流域面積110km2，主要為下游某城市供水，兼具灌溉和防洪等功能的中型水庫(kù)。大壩下游有人口15萬(wàn)，還有重要的鐵路、電廠(chǎng)、水廠(chǎng)、高新區(qū)等，防洪十分重要。

水庫(kù)有大壩、溢洪道、泄洪洞、輸水管、副壩、節(jié)制閘等建筑物組成。大壩為均質(zhì)土壩，以輕粉質(zhì)壤土為主，夾少量砂壤土和中粉質(zhì)壤土。大壩下游壩基淤泥清基不徹底、壩頭橫向貫穿裂縫、泄洪洞下游出口漏水、壩體填筑不合格等問(wèn)題。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

水庫(kù)大壩失事主要造成生命和經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)社會(huì)和環(huán)境造成影響。生命損失是大壩失事后，庫(kù)水沖擊、淹沒(méi)等造成淹沒(méi)區(qū)域內(nèi)人員死亡；經(jīng)濟(jì)損失是大壩失事后，因淹沒(méi)對(duì)房屋、物資、耕地、樹(shù)木、廠(chǎng)礦、交通等方面造成的直接或間接損失；社會(huì)影響是指對(duì)人們生活和精神方面的影響和改變；環(huán)境影響是指失事導(dǎo)致河道形態(tài)、沿河水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境和土壤等方面的改變。

人員生命損失可根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中 IR為人員生命風(fēng)險(xiǎn)；Pi為i個(gè)大壩失事形成洪水的概率；Pd/i為i個(gè)大壩失事形成的洪水中人員死亡概率。

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)均可按式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中 Pf（x）、P（N＞x）為年死亡人數(shù)或年經(jīng)濟(jì)損失大于x的概率；fN（x）為年死亡人數(shù)或年經(jīng)濟(jì)損失N的概率密度函數(shù)。

目前在國(guó)際上被廣泛采用的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)為ALARP準(zhǔn)則，即最低合理可行準(zhǔn)則。風(fēng)險(xiǎn)是否可以接受，是由獲得的利益能補(bǔ)償所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)決定的，因此對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)不是無(wú)條件接受的，而是需要決策的問(wèn)題。

ALARP準(zhǔn)則將風(fēng)險(xiǎn)劃分為不可容忍區(qū)域、最低合理可行區(qū)域和廣泛可接受區(qū)域，如圖1。

圖1 ALARP準(zhǔn)則風(fēng)險(xiǎn)劃分及等級(jí)

當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處于不可容忍區(qū)域時(shí)，必須采取降低風(fēng)險(xiǎn)的控制措施；當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處于廣泛可接受區(qū)域時(shí)，可不采取措施；當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處于最低合理可行區(qū)域時(shí)，可根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)能否降低或收益與風(fēng)險(xiǎn)控制成本是否對(duì)等來(lái)決定是否采取措施。因此如何確定3個(gè)區(qū)域的界線(xiàn)，即如何確定可容忍風(fēng)險(xiǎn)水平和可接受風(fēng)險(xiǎn)水平是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵之處。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 風(fēng)險(xiǎn)概率及后果

采用事故樹(shù)方法分別計(jì)算該水庫(kù)除險(xiǎn)加固前、后在5000年～PMF、1000～5000年、100～1000年、1～100年等不同洪水標(biāo)準(zhǔn)下的風(fēng)險(xiǎn)概率，如圖2和圖3。

圖2 除險(xiǎn)加固前各洪水標(biāo)準(zhǔn)下事故概率

圖3 除險(xiǎn)加固后各洪水標(biāo)準(zhǔn)下事故概率

根據(jù)圖2和圖3中除險(xiǎn)加固前后各洪水標(biāo)準(zhǔn)下的事故概率，采用美國(guó)的Dekay M L與Mcclelland G H兩人根據(jù)大量洪水資料和水庫(kù)資料，并考慮洪水的破壞力大小而建立的下列公式計(jì)算潛在生命損失數(shù)：

可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為式（4）：

式中 LOL為潛在生命損失數(shù)；PAR為位于風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的人口總數(shù)；WT為自潰壩警報(bào)發(fā)出到洪水到達(dá)的時(shí)間；FC為洪水風(fēng)險(xiǎn)特征，在高水力風(fēng)險(xiǎn)、水深流急時(shí)取1，在低水力風(fēng)險(xiǎn)、水淺流緩時(shí)取0。

考慮不同洪水標(biāo)準(zhǔn)和不同的預(yù)警時(shí)間，其中PMF洪水時(shí)FC為0.5，5000年洪水時(shí)FC為0.3，1000年洪水時(shí)FC為0.1，100年洪水時(shí)FC為0，預(yù)警時(shí)間為0，0.2，0.5，1h，分別計(jì)算上述條件下的生命損失，結(jié)果如表1。

表1 社會(huì)生命風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)圖2，圖3及表1中計(jì)算結(jié)果和ALARP準(zhǔn)則，繪制水庫(kù)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，如圖4。

圖4 水庫(kù)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)圖

由圖4可知，在該水庫(kù)除險(xiǎn)加固前，在發(fā)生PMF、5000年、1000年、100年等不同洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，無(wú)論預(yù)警時(shí)間為0，0.2，0.5h，還是預(yù)警時(shí)間達(dá)1h，大壩運(yùn)行期的事故概率和超過(guò)概率均處于不可容忍區(qū)域，表明此時(shí)大壩的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可容忍的風(fēng)險(xiǎn)水平；在水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，在發(fā)生PMF、5000年、1000年、100年等不同洪水標(biāo)準(zhǔn)且預(yù)警時(shí)間分別為0，0.2，0.5，1h時(shí)，大壩運(yùn)行期的事故概率和超過(guò)概率均較除險(xiǎn)加固前有了大幅降低，可降低10倍以上，個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)下甚至可降低數(shù)百倍，預(yù)警時(shí)間為1h的不同洪水標(biāo)準(zhǔn)下的事故概率和超過(guò)概率處于ALARP區(qū)域（最低合理可行區(qū)域），而預(yù)警時(shí)間為0，0.2，0.5h的事故概率和超過(guò)概率除有個(gè)別位于ALARP區(qū)域，其他均位于不可容忍區(qū)域，但與出險(xiǎn)加固前相比更接近于ALARP區(qū)域，表明在預(yù)警時(shí)間為1h時(shí)，大壩的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)處于可容忍的風(fēng)險(xiǎn)水平，而預(yù)警時(shí)間為0，0.2，0.5h時(shí)，大壩的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高于可容忍的風(fēng)險(xiǎn)水平有一定程度。

綜上，采用ALARP準(zhǔn)則比傳統(tǒng)的大壩運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)更能科學(xué)和全面的評(píng)價(jià)大壩安全狀態(tài)，該水庫(kù)在除險(xiǎn)加固后風(fēng)險(xiǎn)水平仍然較高，表明該準(zhǔn)則還存在一定不足：對(duì)大型、中型和小型等不同類(lèi)型水庫(kù)應(yīng)采用有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)；評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)充分調(diào)查下游影響區(qū)域人口密度，充分考慮對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響；本次采用的生命損失計(jì)算公式是引用國(guó)外的，可能與我國(guó)有一定差異。這些不足在今后類(lèi)似的工程需進(jìn)一步研究并改進(jìn)。

3 結(jié)語(yǔ)

采用ALARP準(zhǔn)則對(duì)某土石壩運(yùn)行期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，除險(xiǎn)加固前，在發(fā)生PMF、5000年、1000年、100年等不同洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，大壩運(yùn)行期的事故概率和超過(guò)概率均處于不可容忍區(qū)域，大壩的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可容忍的風(fēng)險(xiǎn)水平；除險(xiǎn)加固后，大壩運(yùn)行期的事故概率和超過(guò)概率均較除險(xiǎn)加固前有了大幅的降低，預(yù)警時(shí)間為1h的不同洪水標(biāo)準(zhǔn)下的事故概率和超過(guò)概率處于ALARP區(qū)域，大壩的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)處于可容忍的風(fēng)險(xiǎn)水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］王廣月.土建工程綜合評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2011.

［2］龐毅.土石壩安全監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)技術(shù)與工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2011.

［3］李宗坤，葛巍，王娟，等.中國(guó)大壩安全管理與風(fēng)險(xiǎn)管理的戰(zhàn)略思考［J］.水科學(xué)進(jìn)展， 2015（4）.

［4］何金平.大壩安全監(jiān)測(cè)理論與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2010.

［5］李雷，王仁鐘，盛金保，等.大壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［6］麻榮永.土石壩風(fēng)險(xiǎn)分析方法及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.