南水北调中线交叉建筑物洪水风险估算模型研究.pdf

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1、第41卷第8期人民长江V01．41．No．82010年4月YangtzeRiverApr．，2010文章编号：1001—4179(2010)O7～0074—04南水北调中线交叉建筑物洪水风险估算模型研究刘恒1,2，宋轩r，耿雷华，钟华平，徐澎波'2(1．南京水利科学研究院水文水资源研究所，江苏南京210098；2．水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098)摘要：南水北调中线工程运行阶段的风险是工程管理者关注的焦点之一。以往的研究只单纯考虑水文不确定性或工程结构不确定性，研究结果也只提供交叉建筑物在其设计基准期内的

2、风险概率，不能给出不同洪水条件下的工程风险，对运行阶段的风险管理意义不大。通过综合考虑水文不确定性和工程结构不确定性，提出适用于交叉建筑物在各种洪水条件下的失效风险计算模型，该模型可以给出交叉建筑物在各种洪水条件下的失效风险。以河南省境内湍河梁式渡槽为例，建立渡槽失效故障树以及各种失效模式的极限状态，给出了一套可适用于渡槽水毁失效风险估算的方法。关键词：交叉建筑物；渡槽；洪水；风险；南水北调中线工程中图法分类号：TV67文献标志码：A南水北调中线工程尚处于建设阶段，但工程运行两种方法均存在不足，前者忽略了交叉建筑物结构对期所面临的各

3、种风险已经成为水行政主管部门，以及超标洪水的抵抗能力，计算结果偏大；后者只计算工程国内专家学者们关注和讨论的焦点。根据南水北调中结构可靠度，没有突出致险因子，计算结果偏小，且对线工程的构成特点及建筑物的功能，将中线工程系统运行期的风险管理意义不大。本文利用结构可靠度的分解成四大子系统：交叉建筑物系统、输水干渠工程系基本思想，将洪水荷载和结构抗力均作为随机变量处统、穿黄穿漳工程系统、控制物系统。交叉建筑物有很理。通过计算不同重现期洪水荷载下，交叉建筑物各多形式，本文交叉建筑物系统主要指河渠交叉建筑物，种失效模式发生的概率，考虑了风险因

4、子和建筑物对主要包括渡槽、倒虹吸、涵洞三大类。交叉建筑物受到风险因子作用的响应两方面的不确定性，从而对交叉洪水冲击失效是中线工程运行期的主要风险之一，国建筑物洪水风险率做出合理估计。内关于水利工程风险分析的研究多见于大坝和堤防的1洪水风险计算模型风险分析，而关于长距离输水交叉建筑物的风险分析尚处于起步阶段。目前对交叉建筑物风险的研究方法在水工建筑物设计中，通常按某一重现期的洪水大体可分为两类：①从工程水文条件出发，认为一旦遭来确定水工建筑物的防洪安全，若发生超过设计标准受超过设计标准的洪水，工程失效。这类研究的重点的洪水，则不能保证

5、建筑物安全，这并不是说工程遭遇在于分析河流水文极值的分布以及多条河流水文极值超标洪水就一定会失事。同样，遭遇设计标准以下的的联合分布，具有代表性的有朱元牲_】J、冯平J、王仲洪水也不能保证工程的绝对安全。20世纪70年代，珏等。②从工程结构本身出发，将工程结构领域的结构可靠度理论在土木工程设计中开始应用J。失结构可靠度理论应用于交叉建筑物结构的风险分析，效概率P，是结构强度R和荷载效应s两个随机变量具有代表性的有贾超_4J、王剑国。冯平等。但上述的函数，可用下式表示：收稿日期：2009—09—29基金项目：国家“十一五”科技支撑计划

6、资助项目(2006BAB04A09)作者简介：刘恒，男，教授级高级工程师，主要从事水资源规划、可持续发展方略等方面的研究。E—mail：xsong@nhri．cn第8期刘恒，等：南水北调中线交叉建筑物洪水风险估算模型研究75P，=P(Z=R，S)<0)(1)期内水毁失效的风险，即：式中，z称为结构的安全裕度。可见工程是否失效受工程荷载S和结构抗力尺两方面的影响。在洪水风险Pf：(Q)f(Q)dQ=∑i=l(AQ)P(AQ)O计算中，荷载的不确定性来自于水文条件的不确定性，(4)比如洪水流量、水位、水力坡度等，而抗力的不确定性来自于构

7、件的几何尺寸、材料强度等。因此，在水工2渡槽洪水风险识别建筑物的洪水风险分析中应考虑水文因子不确定性和风险识别的主要目的在于寻求风险的所在和引起工程结构因子不确定性两方面。风险的主要因素，并对其后果做出定性估计和描述。1．1水文因子不确定性风险因子识别的方法有很多，大致可以分为：专家调查在洪水风险分析中，洪水事件是工程失效的致险法、核查表法、幕景分析法、图解法和事故树分析法等。因子。P—III型分布与我国大部分河流水文资料拟合本次研究的交叉建筑物有渡槽、倒虹吸、涵洞3类，本得较好，可将其当作洪水概率密度函数。将洪水流量文仅从交叉建筑

8、物的一类一渡槽人手，研究其失效模Q视为随机变量，并将其离散化，任取一AQ，其对应式，建立渡槽失效事故树，见图1。的发生概率为P(AQ)，可表示为：二Q)dQ：P(AQ)=1(2)i1符号说明洪水荷载是流量、流速、水位等的函数，对同一‘