淺談水庫(kù)設(shè)計(jì)中洪水技術(shù)的處理方法

[摘要]現(xiàn)階段我國(guó)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程體現(xiàn)了一種風(fēng)險(xiǎn)水平，設(shè)計(jì)洪水具有風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)容但不等同于風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)所體現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)水平仍然是極度不確定的，尤其是低頻率洪水事件，目前的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法給出的結(jié)果甚至只能作為制定應(yīng)急預(yù)案的參考，不能作為工程運(yùn)行的確定性標(biāo)準(zhǔn)。因此，從風(fēng)險(xiǎn)角度考慮，我國(guó)現(xiàn)階段水庫(kù)工程管理實(shí)踐中把設(shè)計(jì)洪水所確定的水庫(kù)運(yùn)行參數(shù)作為一種長(zhǎng)期固定的運(yùn)行依據(jù)是不合適的。

[關(guān)鍵詞]技術(shù)處理方法；水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水；水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)管理

1 設(shè)計(jì)洪水的技術(shù)處理方法

目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用的兩種設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法是可能最大降雨和水文頻率法，這兩種方法充分體現(xiàn)了人們對(duì)洪水隨機(jī)性的認(rèn)識(shí)。可能最大降雨代表了一種從洪水成因方面計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的思想。水文頻率法則是從水文事件的概率特征來(lái)考慮。兩種方法不管出發(fā)點(diǎn)及具體處理有什么差別，有一點(diǎn)認(rèn)識(shí)是共同的，即最終成果只是在特定條件下的一種事件的可能性，由此作出的設(shè)計(jì)決策仍然具有風(fēng)險(xiǎn)特征。我國(guó)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“多種途徑、綜合分析、合理選定”的基本精神貫穿于我國(guó)現(xiàn)行的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工作中。從設(shè)計(jì)洪水的具體計(jì)算方法上，我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定采用的主要方法是年最大方法，這其中實(shí)際上也是體現(xiàn)了一種對(duì)自然現(xiàn)象概率特征的認(rèn)可，與現(xiàn)代風(fēng)險(xiǎn)管理理念的基本內(nèi)涵是一致的。

2 設(shè)計(jì)洪水的一般風(fēng)險(xiǎn)意義

2.1設(shè)計(jì)洪水與風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)洪水作為水庫(kù)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的基本技術(shù)依據(jù)，是水庫(kù)設(shè)計(jì)者、管理者都十分關(guān)心的重要技術(shù)問(wèn)題。我國(guó)目前通常采用的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法有兩類(lèi)，一類(lèi)是通過(guò)流量資料推求設(shè)計(jì)洪水即所謂“直接法”。一類(lèi)是通過(guò)雨量資料推求設(shè)計(jì)洪水即“間接法”，由于前者所依據(jù)的基本資料為實(shí)測(cè)流量過(guò)程，中間環(huán)節(jié)相對(duì)較少，工程設(shè)計(jì)計(jì)算中大多采用這類(lèi)方法，因此這里僅討論直接法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的風(fēng)險(xiǎn)。分兩種情況考慮：一方面是設(shè)計(jì)洪水頻率的風(fēng)險(xiǎn)意義。另一方面是設(shè)計(jì)洪水本身可靠性所體現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)特征，即“風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)”。

一個(gè)設(shè)計(jì)洪水相應(yīng)的水庫(kù)安全綜合風(fēng)險(xiǎn)包括多個(gè)方面的影響因素，如由于降雨引起的暴雨洪水，工程質(zhì)量的可靠性，其他自然或非自然因素等。暴雨洪水的出現(xiàn)是由許多因素共同作用的結(jié)果，這許多因素都可以看作是隨機(jī)變量，可以用頻率分析方法去計(jì)算它。在水庫(kù)設(shè)計(jì)中，人們通過(guò)不同的安全標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)自然現(xiàn)象的不確定性，根據(jù)給定區(qū)域的水文特性和不同的安全要求采用不同的設(shè)計(jì)洪水，所謂水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水就是在給定工程安全標(biāo)準(zhǔn)情況下某個(gè)典型洪水過(guò)程。顯然，實(shí)際的工程運(yùn)行中與這種設(shè)計(jì)洪水完全一致的洪水過(guò)程幾乎是不可能出現(xiàn)的，它體現(xiàn)的只是其風(fēng)險(xiǎn)思想的內(nèi)涵，因此，設(shè)計(jì)洪水的頻率特征表現(xiàn)的就是其水文風(fēng)險(xiǎn)。

2.2設(shè)計(jì)洪水的不確定性。從一般意義上講，由于水文事件發(fā)生、發(fā)展的各個(gè)方面都存在不確定性，設(shè)計(jì)洪水過(guò)程也必然存在不確定性，在計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的現(xiàn)有方法中，采用的資料、參數(shù)等都存在大量不確定性因素，如降雨強(qiáng)度的分布參數(shù)、下墊面的透水特性參數(shù)、流域的匯流特性、歷史資料的可靠性等。出現(xiàn)這樣的不確定性主要是由于：資料的不完整性，人們對(duì)水文規(guī)律認(rèn)識(shí)的缺陷，自然水文過(guò)程本身的不確定性。因此，其實(shí)際的水文過(guò)程幾乎不可能用物理的、分析的、數(shù)值的方法精確地描述，工程設(shè)計(jì)中所采用的設(shè)計(jì)值只是實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)水平的一種表征，體現(xiàn)工程運(yùn)用的一種風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境和人們準(zhǔn)備冒險(xiǎn)到何種程度，這就是設(shè)計(jì)洪水的基本概念。

設(shè)計(jì)階段按照發(fā)生頻率的洪水對(duì)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，代表了人們通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到工程標(biāo)準(zhǔn)不可能無(wú)限制地提高，人類(lèi)應(yīng)該適度承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)這樣一種思想，設(shè)計(jì)洪水的概念就代表了這樣一種風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)代社會(huì)的實(shí)踐中效益與風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系逐漸得到人們的重視，對(duì)于適度承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，或者通過(guò)認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，有意識(shí)地提出抗風(fēng)險(xiǎn)措施。

3 水庫(kù)運(yùn)行管理與設(shè)計(jì)洪水的關(guān)系

既然設(shè)計(jì)洪水體現(xiàn)的仍然是一種風(fēng)險(xiǎn)概念，因此也就不能過(guò)分依賴(lài)設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算成果，因此水庫(kù)的運(yùn)行管理也應(yīng)該是一種風(fēng)險(xiǎn)管理，總的目標(biāo)是降低或者分散風(fēng)險(xiǎn)，提高工程運(yùn)行效率。科學(xué)合理的運(yùn)行管理不能籠統(tǒng)地把設(shè)計(jì)洪水作為唯一依據(jù)，尤其是對(duì)于稀遇洪水事件的處理。低頻率設(shè)計(jì)洪水產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的原因在于：(1)自然現(xiàn)象本身的非確定性特征和掌握資料的有限性。(2)人們對(duì)于自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)還不充分。因此，設(shè)計(jì)洪水過(guò)程只是設(shè)計(jì)階段根據(jù)已有的資料和對(duì)水文現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)水平，就水文過(guò)程這個(gè)隨機(jī)現(xiàn)象所作的一個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)。對(duì)于根據(jù)設(shè)計(jì)洪水所確定的一些水庫(kù)控制參數(shù)，實(shí)際上只是一種工程安全范疇的標(biāo)準(zhǔn)框架，工程運(yùn)行中就是要在這樣的安全標(biāo)準(zhǔn)框架下實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的高效綜合利用。實(shí)際的運(yùn)行管理必須根據(jù)具體情況，以設(shè)計(jì)洪水為基礎(chǔ)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

4 水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)管理

設(shè)計(jì)洪水本身的風(fēng)險(xiǎn)特征，決定了我們的水庫(kù)管理中對(duì)設(shè)計(jì)洪水相關(guān)管理只能是建立在風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)上。這種管理體現(xiàn)在認(rèn)識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)存在的條件下，通過(guò)必要的管理手段，降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，提高工程抗風(fēng)險(xiǎn)能力，有效地提高工程使用效率。區(qū)分稀遇洪水與普通洪水的性質(zhì)差別，正確處理這兩者之間的關(guān)系是水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)管理的核心。

4.1針對(duì)稀遇設(shè)計(jì)洪水事件的抗風(fēng)險(xiǎn)措施，在稀遇洪水事件發(fā)生時(shí)如何釋放風(fēng)險(xiǎn)，防止水庫(kù)潰壩，減輕非常規(guī)泄洪造成的災(zāi)害損失是水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)管理的首要問(wèn)題。由于分析數(shù)據(jù)的有限性，設(shè)計(jì)洪水成果具有很大的不確定性，尤其是對(duì)于稀遇洪水，其具體的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)往往只具有參考價(jià)值，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)洪水的風(fēng)險(xiǎn)意義和它的不確定性，采取多種工程或非工程措施降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)。在水庫(kù)調(diào)度過(guò)程中，主要考慮設(shè)計(jì)洪水的應(yīng)急管理措施，關(guān)鍵是搞好極限事件的預(yù)警預(yù)報(bào)和相應(yīng)的應(yīng)急泄洪，保證水庫(kù)工程安全，避免潰壩災(zāi)害發(fā)生。

4.2高、中頻率洪水事件的水庫(kù)特征水位動(dòng)態(tài)控制高、中頻率洪水事件是平常水庫(kù)調(diào)度中經(jīng)常遇到的情況，也是充分發(fā)揮水庫(kù)效益的關(guān)鍵部分，由于長(zhǎng)期的資料積累，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段對(duì)高、中頻率洪水事件的認(rèn)識(shí)相對(duì)較為準(zhǔn)確，傳統(tǒng)頻率方法得到的數(shù)據(jù)結(jié)論可以作為調(diào)度的依據(jù)。同時(shí)，在水庫(kù)的運(yùn)行管理中，任何一個(gè)控制條件都是隨著具體情況變化的，設(shè)計(jì)階段所采用的某種定值只是一種假定狀態(tài)下的控制條件，實(shí)際的運(yùn)行應(yīng)該是根據(jù)具體情況動(dòng)態(tài)控制。如汛限水位、正常運(yùn)用水位、防洪高水位等。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)管理達(dá)到控制風(fēng)險(xiǎn)、提高工程運(yùn)行效益是高、中頻率洪水事件管理的主要任務(wù)。

4.3風(fēng)險(xiǎn)分析在水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水中的應(yīng)用水庫(kù)的設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想就是如何在保證安全的前提下，最大限度地發(fā)揮水庫(kù)工程效益，這恰好體現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)的基本概念，因此，采用風(fēng)險(xiǎn)分析的方法確定水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水是完全可能的。現(xiàn)階段，在工程運(yùn)用中完全采用風(fēng)險(xiǎn)分析的方法可能還不太現(xiàn)實(shí)，但通過(guò)現(xiàn)有資料，對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)洪水成果，采用風(fēng)險(xiǎn)分析理論對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行校核是有必要的，通過(guò)不斷實(shí)踐，探討合適的工程風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)方法，逐步提高水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平是可能的。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)低頻率洪水情況下的工程安全問(wèn)題，應(yīng)在風(fēng)險(xiǎn)管理的大背景下，承認(rèn)工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的不確定性，實(shí)際工程的運(yùn)行應(yīng)著重于工程的應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)管理，包括采用工程與非工程措施，目標(biāo)在于低頻率事件發(fā)生時(shí)的有效減災(zāi)和降低風(fēng)險(xiǎn)，如提高水庫(kù)工程的洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平，制定完備的應(yīng)急預(yù)案，提高社會(huì)安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)等；對(duì)于高、中頻洪水問(wèn)題主要考慮在保證工程及防洪保護(hù)對(duì)象安全的前提下科學(xué)調(diào)度和水資源的高效利用。