大坝防洪安全的评估和校核

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1、大坝防洪安全的评估和校核摘要：洪水漫坝风险失事，是影响大坝安全的主要原因之一。本文寻求一种既能反映大坝防洪系统随机性和模糊性，又能合理描述大坝防洪能力的风险模型，以实现对大坝防洪能力的定量化，进而为已建大坝和待建大坝的防洪安全评估和校核创造条件.关键词：大坝防洪安全洪水漫坝失事随机微分方程风险分析　　目前我国和世界上约三分之一的大坝失事，是洪水漫坝所造成的.因此，正确地对大坝防洪安全进行评估和校核，具有十分重要的意义.洪水漫坝风险是和大坝洪水设计标准紧密联系的.按我国现行的洪水设计标准对大坝的防洪安全进行分析，从水文角

2、度估算的理论漫坝风险率远大于实际漫坝失事率.这说明现有大坝通常具有一定的抗洪潜力.这一抗洪潜力主要来源于两个方面：由于水文、水力等随机不确定性的影响，导致了设计者在调洪演算过程和泄洪建筑物设计规模、坝顶高程的决策中，留有一定的安全系数；由于工程、管理等模糊不确定性的影响，导致了洪水漫坝风险失事临界限值的模糊化，常使洪水位略超坝顶高程而不发生失事事故。　　目前，国内外对大坝防洪安全的分析主要从洪水设计标准的选择出发，仅能考察大坝防洪的水文风险，带有一定的片面性和局限性.诸多随机不确定性和模糊不确定性因素均未能定量引入对大

3、坝防洪安全的分析中，致使这一问题迄今未能解决。１现有大坝防洪安全分析　　1.1　已建大坝防洪安全水准评估　通过分析国内外大坝洪水漫坝风险失事的统计资料，可以了解已建大坝的总体防洪安全水准及趋势。　　据九十年代初统计［１］我国共建有大坝83000余座，其中土坝占90%以上，运行多达30—40年.表1我国各类大坝的漫顶失事率类型座数n漫坝失事座数np漫坝失事率Rp(N=30～40年)漫坝失事率(预测)Rp(N=50年)大型3582中型2480110.46%0.66%小型8001011341.42%2.02%总计828481

4、1471.38%1.97%在这些大坝的运行期中，发生漫坝风险失事的共有1147座，约占失事总数的46.6%.各类大坝的漫顶失事座数及风险率见表1.这一统计表明，我国大中型坝的实际漫顶风险率Rp约在0.46%；小型坝的Rp偏高些，达1.42%；总的Rp可达1.38%.八十年代是我国大坝失事最少的年代.据２.漫坝失事的随机风险分析　　2.1随机不确定性的作用大坝的洪水漫顶风险率是与水库的整个调洪过程联系着的.在整个调洪过程中，存在着许多人们难以预料和控制的随机不确定性因素，如：入库洪水过程Q(t)的水文条件，出库泄洪过程q

5、(h,m)的水力条件、库容和水位关系)为均值泄洪过程线G(H)=dμ)和.3漫顶失事的模糊风险分析　　3.1模糊不确定性的作用　洪水漫顶失事并没有绝对分明的界限，而具有着从量变到质变的中介过渡过程.这一模糊的过渡过程是与大坝的工程和管理条件紧密相关的，如：坝体的工程情况决定着大坝对洪水超越事件z的承受能力，混凝土坝、下游植被和防渗条件较好的土石坝，都可允许洪水位略超坝顶而不致失事破坏；在大洪水来临时，采取抢险加高坝顶等措施，亦可免除可能发生的失事事故.所以，z与漫坝失事事件A′是相关而不相同的，它可以表示为一个模糊子集

6、A′(z).显然，A′(z)的模糊性也直接影响着P′f。.L.编辑。　　经典数学无法研究和处理模糊现象.所以，在大坝防洪安全的分析中，只能忽略模糊不确定性的影响，简单地以精确数学方法处理，即认为z发生时，A一定发生，从而造成Pf计算结果的片面性和局限性.由此可见，从工程和管理的角度出发，大坝的实际漫顶失事率P′f并不会象理论上估计的那么大.　　3.2模糊隶属函数的确定　隶属函数是描述模糊性的关键.为了考察模糊失事率P′f，必须首先分析特征因子z对A′的隶属函数μA′(z).它既要体现工程设计、管理人员的主观意识对A′的

7、判定和信度，又要受客观条件的制约，成为客观性的一种量度.　　显然，z越大，A′的可能性就越大，对“洪水超高z大”这一模糊概念，可采用升半正态的模糊分布［8］来描述：　　　　　　　　　　　　　　　　　(11)亦可以升半梯形分布粗略给出这一隶属函数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(12)式中，Z为超高临界限值，需依实际工程和管理的情况，经验地确定.坝体允许漫溢条件好的、抗洪抢险条件好的，都可采用较大的Z值.　　3.3拓展的漫坝失事模糊风险表述　为了研究和处理漫坝失事过程中的模糊现象，必须将前述Pf定义拓展为

8、：“发生H超过D事件，并在某种程度上造成大坝失事破坏的机率”.即认为，z仅是A′的一个模糊子集A′(z)，其模糊集合记为　　　　　　　　　　　　{z＞0}　　　(13)　　在“漫坝风险失事率”定义模糊拓展的基础上，根据模糊事件的概率计算方法，对式(10)修正，得到随机模糊风险率P′f：　　　　　　　　　　　　　　(14)　　若考虑