谷春雨

(遼寧西北發(fā)電有限責(zé)任公司東源電廠，遼寧 本溪 117200)

1 工程概況

碧流河水庫(kù)是遼寧南部地區(qū)最大的水庫(kù)，位于遼東半島中部大連市和營(yíng)口市的交界處，距離大連市約175km[1]。水庫(kù)始建于20世紀(jì)70年代，集水面積1785km2，最大庫(kù)容9.34億m3。碧流河水庫(kù)是一座以城市供水為主，兼具防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)、灌溉、旅游等多種功能的多年調(diào)節(jié)大(Ⅱ)型水利樞紐工程[2]。水庫(kù)主體工程由1座主壩、3座副壩、3處泄水建筑物(溢洪道、輸水洞、放水底孔)以及壩后式水電站組成。碧流河水庫(kù)是大連市的重要供水水源，自建成投入運(yùn)行以來(lái)，已經(jīng)累計(jì)向大連市供水25億m3。由于大壩建成時(shí)間較長(zhǎng)，大壩的日常維護(hù)和管理任務(wù)艱巨[3]。因此，對(duì)碧流河水庫(kù)大壩的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估具有重要意義和價(jià)值。

2 基于脆弱度的大壩風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模型

2.1 大壩脆弱度

脆弱度即水庫(kù)大壩的脆弱程度，指大壩的安全缺陷程度或發(fā)生事故的程度[4]。與大壩潰決可能性不同，脆弱度關(guān)注的是大壩安全檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的隱患，并整理為大壩的脆弱程度。由于大壩的安全隱患或可以誘發(fā)安全隱患的因素是復(fù)雜的和多維度的，所以首先需要對(duì)大壩單個(gè)缺陷的脆弱度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)彭雪輝等人的研究成果[5]，其計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Vi—單個(gè)缺陷脆弱度；C—不安全等級(jí)系數(shù)，實(shí)際缺陷取10，潛在缺陷取5；S1—大壩現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)之間差別，取值為0～1之間；S2—特征關(guān)聯(lián)度，通常默認(rèn)為1；S3—臨時(shí)措施無(wú)效程度，通常默認(rèn)為1；AEF—年超越率。

基于計(jì)算獲得的單一缺陷脆弱度，通過(guò)加權(quán)計(jì)算，即可獲得大壩系統(tǒng)破壞的脆弱度綜合指數(shù)，其計(jì)算公式如下：

(2)

2.2 后果系數(shù)和等級(jí)劃分

潰壩后果是大壩風(fēng)險(xiǎn)研究的重要內(nèi)容。一般而言，潰壩后造成的損失主要有生命損失、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)和環(huán)境損失三方面。在本次研究中，生命損失的計(jì)算利用我國(guó)學(xué)者李雷、周克等人提出的李-周法[6]；經(jīng)濟(jì)損失中的直接損失用分類(lèi)損失法計(jì)算，間接損失利用系數(shù)折算法進(jìn)行計(jì)算，折算系數(shù)取0.65[7]；社會(huì)和環(huán)境影響計(jì)算根據(jù)王仁鐘等人的研究成果進(jìn)行[8]。

根據(jù)彭雪輝、李雷等人的研究成果，將潰壩后的損失進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)王仁鐘的研究成果，將生命損失、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)和環(huán)境損失的權(quán)重設(shè)定為0.737、0.105和0.158，并由此獲得潰壩后果系數(shù)以及綜合級(jí)別，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 后果綜合分級(jí)與后果系數(shù)

2.3 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表示方法

基于水庫(kù)的脆弱度綜合系數(shù)和潰壩后果綜合指數(shù)，計(jì)算獲取大壩風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其計(jì)算公式如下：

F=V總×10SJ

(3)

式中，F(xiàn)—大壩風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；V總—脆弱度綜合指數(shù)；SJ—潰壩后果綜合指數(shù)。

3 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.1 大壩缺陷脆弱度綜合指數(shù)計(jì)算

鑒于碧流河水庫(kù)設(shè)施工、運(yùn)行方面的具體資料十分有限，研究中主要依據(jù)大壩的安全鑒定報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)巡查記錄，通過(guò)和相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行討論，獲得大壩的實(shí)際缺陷和潛在缺陷，然后依照模型中的脆弱度計(jì)算方法進(jìn)行碧流河水庫(kù)大壩的脆弱度計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

3.2 后果系數(shù)確定

參照該領(lǐng)域的研究成果和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，以碧流河水庫(kù)管理局提供的安全鑒定報(bào)告、除險(xiǎn)加固報(bào)告等資料，對(duì)水庫(kù)的后果系數(shù)進(jìn)行粗略計(jì)算。

對(duì)于生命損失，利用我國(guó)學(xué)者李雷、周克等人提出的李-周法，對(duì)碧流河水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)人口、洪水強(qiáng)度以及預(yù)警時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，計(jì)算出水庫(kù)的生命損失，具體計(jì)算步驟如下：首先，根據(jù)碧流河水庫(kù)的安全鑒定報(bào)告，以及碧流河水庫(kù)管理局所提供的資料確定水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)人口，并將其作為水庫(kù)生命損失的主要依據(jù)之一；其次碧流河水庫(kù)屬于山區(qū)水庫(kù)，壩高在30～70m之間，屬于中壩，本次研究中以水庫(kù)庫(kù)容作為洪水強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)，并利用內(nèi)插法計(jì)算獲取洪水強(qiáng)度[9]；再次，關(guān)于洪水警報(bào)，相關(guān)學(xué)者的研究成果認(rèn)為[10]，在預(yù)警時(shí)間小于15min時(shí)為無(wú)預(yù)警；預(yù)警時(shí)間在15～60min之間時(shí)為部分預(yù)警；在預(yù)警時(shí)間大于60min時(shí)，可以得到充分預(yù)警。本次研究選擇預(yù)警時(shí)間為15min和60min兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生命損失計(jì)算，并將其均值作為生命損失的依據(jù)。按照上述步驟，碧流河水庫(kù)生命損失的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由于生命損失為165人，屬于特別重大級(jí)別。

表2 碧流河水庫(kù)大壩的脆弱度計(jì)算結(jié)果

表3 水庫(kù)生命損失計(jì)算結(jié)果

關(guān)于經(jīng)濟(jì)損失的計(jì)算，碧流河水庫(kù)管理局提供了所涉及的下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算的農(nóng)作物面積，重要交通基礎(chǔ)設(shè)施以及居民點(diǎn)房屋損失面積等數(shù)據(jù)。根據(jù)當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)居民家庭的經(jīng)濟(jì)特征以及當(dāng)?shù)仡?lèi)似災(zāi)害造成的損失調(diào)查資料，綜合后取每人9000元作為人均損失的指標(biāo)，按照上述思路，計(jì)算獲得碧流河水庫(kù)的財(cái)產(chǎn)損失在3.21億元，為特別重大級(jí)別。

在社會(huì)與環(huán)境影響方面，碧流河水庫(kù)保護(hù)下游人口近11萬(wàn)人，農(nóng)作物面積將近13萬(wàn)畝，周邊還有眾多交通干線和設(shè)施。利用王仁鐘等人的研究成果，計(jì)算出碧流河水庫(kù)的社會(huì)和環(huán)境影響指數(shù)為28.56，屬于特別重大級(jí)別。

按照生命損失、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)和環(huán)境損失的權(quán)重設(shè)定為0.737、0.105和0.158，獲得潰壩后果系數(shù)以及綜合級(jí)別為3級(jí)。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算

在確定了脆弱指數(shù)和后果系數(shù)之后，利用式(3)即可計(jì)算出碧流河水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表4。由表格中的結(jié)果可知，碧流河水庫(kù)脆弱指數(shù)為5.16，說(shuō)明其工程現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較接近，因此其發(fā)生潰壩的可能性不大，但是其潰壩后果系數(shù)為3，屬于特別重大級(jí)別，說(shuō)明一旦發(fā)生潰壩，將會(huì)對(duì)下游的生命、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及環(huán)境造成巨大的影響。從風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果來(lái)看，其風(fēng)險(xiǎn)水平為中等，加以加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)的日常維護(hù)和管理。

表4 碧流河水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算成果

4 結(jié)語(yǔ)

本文以遼寧省碧流河水庫(kù)大壩為例，提出了基于脆弱度的大壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。該模型減少了大壩風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程中的不確定性，與以往的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法相比更具有操作性和實(shí)用性，可以將每次現(xiàn)場(chǎng)檢查轉(zhuǎn)化為一次大壩脆弱性分析，使大壩的管理維護(hù)效果和運(yùn)行狀態(tài)得到及時(shí)反饋，因此研究成果本身有助于水庫(kù)管理者有針對(duì)性的進(jìn)行水庫(kù)大壩管理。當(dāng)然，影響大壩系統(tǒng)的破壞因子錯(cuò)綜復(fù)雜，特別是潰壩后果中的生命損失、財(cái)產(chǎn)損失以及社會(huì)環(huán)境影響三方面的統(tǒng)計(jì)計(jì)算十分復(fù)雜。本文研究?jī)H依靠專(zhuān)家學(xué)者推薦的方法對(duì)其進(jìn)行粗略計(jì)算，在后續(xù)研究中需要對(duì)潰壩后果分析方法進(jìn)行深入研究和完善，以進(jìn)一步提高工程應(yīng)用價(jià)值。