歐正蜂，李 寧，張 穎，熊芳金

(江西水利職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330013)

0 引 言

鄱陽(yáng)湖是長(zhǎng)江流域的重要通江湖泊之一，與長(zhǎng)江進(jìn)行著復(fù)雜的水文和水動(dòng)力交互作用，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。而位于鄱陽(yáng)湖區(qū)的重點(diǎn)堤防工程受長(zhǎng)江來(lái)水、五河入湖流量、全球氣候變化以及湖區(qū)人為活動(dòng)等因素的影響，大大增加了堤防潰決的不確定性。

目前，我國(guó)針對(duì)堤防工程的安全評(píng)價(jià)體系主要基于堤防工程本身結(jié)構(gòu)安全，未充分考慮堤防工程與所在區(qū)域、流域環(huán)境的相互作用密切、涉及風(fēng)險(xiǎn)因素較多、失事后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，因此，現(xiàn)行工程安全評(píng)價(jià)方法體系不能全面的評(píng)價(jià)鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程的潰決風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)理論的引入，對(duì)研究湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)的基本內(nèi)涵，提出風(fēng)險(xiǎn)分析步驟和流程，分析堤防工程的潰決模式，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，均具有重要的實(shí)踐意義。

1 引入風(fēng)險(xiǎn)理論的必要性分析

1.1 研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)80年代，風(fēng)險(xiǎn)分析理論首次被美國(guó)引進(jìn)到堤壩安全管理領(lǐng)域中[1]。此后，風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)得到了快速發(fā)展，美國(guó)、澳大利亞、加拿大、英國(guó)、瑞士、挪威等國(guó)提出了各具特色的堤壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論方法[2-5]，被成功地應(yīng)用于堤壩安全管理、河流開(kāi)發(fā)等方面。

我國(guó)對(duì)堤壩的風(fēng)險(xiǎn)分析研究起步較晚，近年來(lái)取得了一定的研究成果。王仁鐘、李雷[6]等在工程安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了風(fēng)險(xiǎn)分析的概念及技術(shù)，構(gòu)建了我國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)判別標(biāo)準(zhǔn)體系；在此基礎(chǔ)上，王昭升、盛金保(2011)[7]建立了以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為主、工程安全評(píng)價(jià)為輔的評(píng)價(jià)體系；王亞軍等[8，9]在層次分析法及模糊一致理論的基礎(chǔ)上，建立了堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)堤防工程的安全綜合評(píng)判；蔣衛(wèi)國(guó)等[10]構(gòu)建了洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，剖析了洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)估的方法及過(guò)程；劉亞蓮、周翠英[11]通過(guò)對(duì)堤壩潰決模式和影響因素分析，確定了堤壩失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將該方法應(yīng)用于工程堤段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；李紹飛等[12]從系統(tǒng)論角度構(gòu)建了洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用突變理論對(duì)蓄滯洪區(qū)的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，王澤洋、韓瑋[13]提出了堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建原則和構(gòu)建堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)體系的四級(jí)劃分法。但上述研究主要集中在防洪堤及防洪系統(tǒng)的水文風(fēng)險(xiǎn)研究方面，偏重于工程本身的結(jié)構(gòu)安全性分析，側(cè)重典型剖面的力學(xué)和滲透穩(wěn)定性的驗(yàn)算，對(duì)堤防風(fēng)險(xiǎn)分析方面的研究較少，對(duì)堤防保護(hù)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和量化估計(jì)以及動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)研究滯后。在汛期防洪決策過(guò)程中，往往處于被動(dòng)的狀態(tài)，依舊采用“哪里有險(xiǎn)情就去哪里救”的搶險(xiǎn)模式，以“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)為手段，有針對(duì)性的預(yù)防”的模式還未形成，歸根結(jié)底在于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系尚未形成。

1.2 引入風(fēng)險(xiǎn)理論的必要性

《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL/Z679-2015)的發(fā)布實(shí)施填補(bǔ)了我國(guó)在堤防工程安全評(píng)價(jià)工作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的空白，對(duì)強(qiáng)化我國(guó)堤防安全管理、規(guī)范堤防安全評(píng)價(jià)工作、掌握堤防安全狀況、保障堤防安全運(yùn)行具有極大的指導(dǎo)和實(shí)踐意義。但我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于堤防工程安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容大多基于對(duì)堤防工程的巡查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析階段，未充分考慮堤防工程在周圍復(fù)雜環(huán)境中諸多不確定性因素影響下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)以及發(fā)生潰決事件的后果，具有一定的局限性。

(1)現(xiàn)行堤防工程安全評(píng)價(jià)分為現(xiàn)狀調(diào)查分析、復(fù)核計(jì)算和綜合評(píng)價(jià)3個(gè)階段，僅著重于對(duì)工程本身的安全評(píng)價(jià)，通過(guò)安全評(píng)價(jià)可以得出工程的安全等級(jí)，并按照安全等級(jí)的高低來(lái)確定除險(xiǎn)加固順序。但事實(shí)上，并非安全等級(jí)低的堤防工程潰決概率就一定大，也并非安全等級(jí)低的堤防工程潰決后所造成的危害就一定小。

因此，有必要在現(xiàn)行堤防評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上引入風(fēng)險(xiǎn)理論，建立完善的風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)體系和實(shí)用模型，對(duì)在相同或不同安全等級(jí)下的堤防工程的潰決概率進(jìn)行量化計(jì)算，同時(shí)對(duì)堤防工程潰決后對(duì)周邊和下游造成的生命財(cái)產(chǎn)安全損失的嚴(yán)重性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而確定堤防工程的風(fēng)險(xiǎn)程度，并作為制定除險(xiǎn)加固順序的依據(jù)，達(dá)到最大化的優(yōu)化資金使用和最大程度保障周邊及下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全的目的。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)堤防工程潰決事故后果進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而改變堤防管理，特別是汛期搶險(xiǎn)工作，從緊急被動(dòng)向主動(dòng)預(yù)防的轉(zhuǎn)變。

引入風(fēng)險(xiǎn)理論對(duì)堤防工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，充分考慮影響因子的變異性，將多種參數(shù)作為隨機(jī)變量，通過(guò)較為合理的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型和風(fēng)險(xiǎn)分析方法找出潛在危險(xiǎn)點(diǎn)和事故生成途徑，以便更好地掌握堤防存在的險(xiǎn)情類別和失事規(guī)律，并對(duì)事故后果進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)堤防工程的加固處理決策，以及堤防的管理、維護(hù)和安全運(yùn)行均具有十分重要的意義。

2 潰決模式分析

堤防工程的風(fēng)險(xiǎn)因素即引起堤防各種風(fēng)險(xiǎn)的原因，分析堤防存在的風(fēng)險(xiǎn)因素是進(jìn)行堤防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的前期準(zhǔn)備工作。由于堤防工程風(fēng)險(xiǎn)因素較多，如要將所有風(fēng)險(xiǎn)和引發(fā)的原因全部予以考慮將使問(wèn)題過(guò)于復(fù)雜化，因此必須找出主要矛盾，從而使問(wèn)題的分析得以簡(jiǎn)化。

堤防潰決模式首先要分析堤防潰決侵蝕機(jī)理以及堤防可能的失事模式，然后從堤防風(fēng)險(xiǎn)存在的各種環(huán)節(jié)入手，挖掘堤防系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素，再?gòu)牡谭赖牡湫褪履Ｊ匠霭l(fā)，深入挖掘能反映堤防風(fēng)險(xiǎn)水平的各種風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因子，為構(gòu)建堤防的風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)體系奠定基礎(chǔ)。

鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程處于復(fù)雜的不確定性環(huán)境中，該環(huán)境中的降水、水系分布、地形、水利工程分布、過(guò)境洪水、歷史潰決數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素的不確定性，構(gòu)成了堤防工程的孕險(xiǎn)環(huán)境。

圖1 鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生機(jī)理

處于孕險(xiǎn)環(huán)境中的堤防工程，受水文地質(zhì)條件、堤身堤基特性、岸坡穩(wěn)定條件、加固處理工藝、穿堤建筑分布情況以及保護(hù)管理情況等諸多因素的共同作用，存在諸多風(fēng)險(xiǎn)。堤防工程一旦受到不確定性風(fēng)險(xiǎn)因子的誘導(dǎo)，就有可能引發(fā)漫頂、滲透、失穩(wěn)、沉降、淘刷、液化等潰決風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生，潰決風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生必將對(duì)堤防自身產(chǎn)生破壞，同時(shí)會(huì)對(duì)堤防工程所在湖區(qū)的周邊環(huán)境、下游環(huán)境以及位于湖區(qū)的社會(huì)群眾和自然環(huán)境產(chǎn)生破壞和影響，同時(shí)會(huì)造成生命、經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)環(huán)境影響。

總而言之，潰決的侵蝕過(guò)程是多方面因素共同作用的結(jié)果，潰決侵蝕是一個(gè)多學(xué)科交叉的問(wèn)題，各影響因素的作用是隨機(jī)的，所以采取隨機(jī)概率模型對(duì)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算模擬更適合，但無(wú)論什么計(jì)算模型，能否經(jīng)受得風(fēng)險(xiǎn)的反復(fù)考驗(yàn)才是關(guān)鍵。鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生機(jī)理見(jiàn)圖1。根據(jù)已有堤防風(fēng)險(xiǎn)研究成果，結(jié)合鄱陽(yáng)湖歷年出現(xiàn)的汛期險(xiǎn)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防出現(xiàn)潰決主要有漫頂、滲透破壞和失穩(wěn)破壞3種典型的形式，見(jiàn)表1。

表1 鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防出現(xiàn)潰決模式

3 重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的步驟及流程

3.1 重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要任務(wù)和步驟

重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要任務(wù)是將風(fēng)險(xiǎn)理論和風(fēng)險(xiǎn)分析方法應(yīng)用于堤防工程，對(duì)堤防工程現(xiàn)有的安全評(píng)價(jià)理論體系和應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行補(bǔ)充和完善，以保障鄱陽(yáng)湖區(qū)堤防工程安全運(yùn)行和正常發(fā)揮效用，保護(hù)湖區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的步驟歸納如下：

(1)對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程進(jìn)行潰決風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并獲取風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果，分析結(jié)果并編制風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別報(bào)告；

(2)根據(jù)識(shí)別結(jié)果，對(duì)潰決事件發(fā)生的可能性以及發(fā)生潰決后產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性和影響程度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)，獲取風(fēng)險(xiǎn)分析所需且可操作的有用數(shù)據(jù)和信息，使用合適的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行量化處理；

(3)選取適用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)分析方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并獲取結(jié)果；

(4)對(duì)數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果，按照一定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷風(fēng)險(xiǎn)大小，并以此作為下一步風(fēng)險(xiǎn)決策和措施制定的依據(jù)。

3.2 重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本流程

堤防工程安全性應(yīng)包括堤防結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、堤防系統(tǒng)失效標(biāo)準(zhǔn)、防洪標(biāo)準(zhǔn)以及安全性標(biāo)準(zhǔn)和堤防的等級(jí)劃分等，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要任務(wù)和步驟，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)基本理論和堤防工程的實(shí)際特點(diǎn)，提出堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本流程，包括：風(fēng)險(xiǎn)定義、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)處理、風(fēng)險(xiǎn)決策和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控7個(gè)部分，見(jiàn)圖2。

圖2 堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本流程

4 鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

在堤防工程安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，引入風(fēng)險(xiǎn)分析理論，采用風(fēng)險(xiǎn)分析方法和技術(shù)，構(gòu)建以“工程安全評(píng)價(jià)為輔，風(fēng)險(xiǎn)分析為主”的鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，見(jiàn)圖3。該體系包括堤防工程安全評(píng)價(jià)、堤防工程風(fēng)險(xiǎn)分析、堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及風(fēng)險(xiǎn)判別與風(fēng)險(xiǎn)決策4個(gè)部分內(nèi)容。

堤防工程安全評(píng)價(jià)階段從堤防工程本身安全出發(fā)，引入系統(tǒng)工程理論和模糊理論，構(gòu)建堤防工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而獲取堤防工程安全等級(jí)。

堤防工程風(fēng)險(xiǎn)分析是該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的核心內(nèi)容，通過(guò)資料收集，采取數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真模擬，從而識(shí)別潰決模式和潰決路徑，并計(jì)算潰決概率；采取適用的評(píng)估方法對(duì)潰決洪水進(jìn)行分析，從而獲取潰決后果；通過(guò)得到的潰決概率和潰決后果，對(duì)生命損失、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)環(huán)境損失進(jìn)行計(jì)算，從而求得潰決綜合損失。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)階段根據(jù)已計(jì)算和分析得到的堤防工程在不同荷載作用和潰決模式下的潰決損失及對(duì)應(yīng)的潰決概率，估計(jì)當(dāng)前堤防工程存在的風(fēng)險(xiǎn)，制訂堤防工程風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則，從而實(shí)現(xiàn)堤防工程當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的判別。

風(fēng)險(xiǎn)判別與風(fēng)險(xiǎn)決策階段根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)階段所判斷堤防工程風(fēng)險(xiǎn)程度，為后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)處理和決策以及建立基于風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化管理模式提供依據(jù)。

圖3 鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

5 結(jié) 語(yǔ)

本次研究闡述了當(dāng)前我國(guó)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀以及現(xiàn)行堤防工程安全評(píng)價(jià)體系的局限性，為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的引入奠定了基礎(chǔ)；研究了鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防工程潰決的主要模式，即由漫頂、滲透破壞和失穩(wěn)破壞引發(fā)的潰決模式，歸納了重點(diǎn)堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要任務(wù)和步驟；對(duì)引發(fā)堤防潰決風(fēng)險(xiǎn)因子及風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，在堤防安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，引入風(fēng)險(xiǎn)分析理論，構(gòu)建了以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為主、工程安全評(píng)價(jià)為輔的堤防潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

研究表明，基于風(fēng)險(xiǎn)分析理論，以“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為主、工程安全評(píng)價(jià)為輔”的鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系構(gòu)建，對(duì)促進(jìn)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型的堤防安全評(píng)價(jià)和管理方法向預(yù)測(cè)型的風(fēng)險(xiǎn)管理體系的轉(zhuǎn)變，分析堤防工程潛在風(fēng)險(xiǎn)、險(xiǎn)情類別和失事規(guī)律，識(shí)別潰決路徑，妥善處理風(fēng)險(xiǎn)事件造成的不利后果，降低堤防潰決災(zāi)害的生命、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)環(huán)境影響，提出堤防運(yùn)行管理與洪水風(fēng)險(xiǎn)決策，具有重要的實(shí)踐意義。