小型震損水庫潰壩風險分析研究

王麗學　趙寧

摘要：為研究小型震損水庫潰壩風險，對水庫的潰壩路徑、潰壩概率、潰壩后果進行分析，建立風險評價模型，最終確定其風險指數。在簡單介紹此模型的基礎上，通過實例說明其在水庫風險分析中的應用，確定模型的實用性及便捷性。

關鍵詞：事件數法；潰壩后果綜合評價函數；潰壩概率；潰壩后果；風險指數

中圖分類號：TV698.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0055-04

風險最早于19世紀末在西方經濟學領域提出，現以廣泛應用于自然災害、社會學、建筑學、經濟學等領域。風險分析是辨別并分析潛在損失發生的可能性以及后果嚴重性的一種過程，其目的在于事先給出分析對象的風險預報。潰壩風險分析的一般步驟為：識別潰壩風險-計算潰壩概率-分析潰壩后果-確定風險系數-提出建議。

1 識別潰壩風險

對震損水庫進行風險分析，首先要把可能引起水庫大壩破壞的所有危險找出來，然后確定哪些危險有可能發生，哪些危險較嚴重。從對歷史潰壩資料的分析中得出大壩潰壩的主要原因，從而分析大壩的潰壩模式和潰壩路徑，為下一步進行的潰壩概率和潰壩后果分析提供方向。

2 計算潰壩概率

根據小型震損水庫壩體的特點，在確定潰壩模式與潰壩路徑后，依據大壩安全鑒定、現場檢查結果及專家的經驗，由專家對潰壩路徑中每個環節的事件發生概率進行賦值，潰壩路徑下每一個環節發生概率的乘積即為此潰壩模式下的潰壩概率Pm。因此，小型震損水庫總概率Pf，可近似采用不同模式下的潰壩概率之和來表示，即：

Pf=Pm （1）

3 分析潰壩后果

小型震損水庫大壩的潰壩后果影響主要包括3個方面：生命損失、經濟損失、社會及環境影響。潰壩后果的綜合評價主要依靠綜合評價函數L來確定。這個函數體現了潰壩生命損失、經濟損失、社會及環境影響的綜合影響，即：

L=W1C1=W1C1+W2C2+W3C3 （2）

式中：W1，W2，W3分別為生命損失、經濟損失和社會與環境影響的權重系數，根據Saaty建議的1～9標度法（AHP法），結合小型震損水庫的自身特點，最終確定生命損失、經濟損失、社會及環境影響的嚴重程度系數分別為0.737，0.105，0.158；C1，C2，C3分別為生命損失、經濟損失和社會環境影響的嚴重程度系數，根據函數y=（lgx）a計算。

3.1 生命損失及生命損失嚴重程度系數

3.1.1 生命損失的確定 潰壩損失最嚴重的是生命損失，除導致死者無辜的失去生命外，還造成幸存者心理恐慌、社會不安定等，其影響難以用經濟指標來度量。結合小型水庫壩體的特點，小型震損水庫的生命損失可采用如下公式計算：

LI=0.075PAR0.56exp（-0.759Wr+3.790Fc-

2.223Wr×Fc） （3）

式中：LI為潛在生命損失；WT為警報時間，指從接到撤離通知至洪水到達前的時間段；PAR為風險人口，根據各種潰決條件下潰壩洪水所導致的淹沒區中的人口確定；Fc為洪水強度，高壩、山區等高洪水風險區Fc=1，低壩、平原地區等低洪水風險區Fc=0。

3.1.2 生命損失嚴重程度系數的確定 生命損失的上限為100 000人，可分為5檔：1～10，10～100，100～1 000，

1 000～10 000，10 000～100 000。函數y=（lgx）a賦值如表1所示。

從表1中可以看出，a=0.1與a=0.2均滿足要求，為了強調生命損失的重要性，判定a=0.1因子，即小型震損水庫生命損失嚴重程度系數Z1：

Z1=y1=（lgx）0.1 （4）

3.2 經濟損失及經濟損失嚴重程度系數

3.2.1 經濟損失的確定 潰壩經濟損失包括直接經濟損失和間接經濟損失。直接經濟損失包括水庫工程損失所造成的經濟損失和潰壩洪水直接淹沒造成的可用貨幣計量的各類損失；間接經濟損失指直接經濟損失以外的可用貨幣計量的損失，主要包括由于采取各種措施而增加的費用。根據我國的經濟模式，可以確定經濟損失=直接經濟損失+間接經濟損失=1.63×直接經濟損失。

3.2.2 經濟損失嚴重程度系數的確定 經濟損失的上限可以定為100億元人民幣，分為10萬元、100萬元、1 000萬元、10 000萬元、100 000萬元、1000 000萬元5檔。將函數稍做變化，得

y=

lga （5）

根據不同地區經濟損失重要性，模型中a的取值應有所區別。以四川安縣小型震損水庫為例，四川省位于我國西部，結合其經濟結構模式，判定a=0.4因子，即小型震損水庫經濟損失嚴重程度系數Z2為：

Z2=y2=

lg0.4 （6）

3.3 社會與環境影響及其嚴重程度系數

社會環境影響是一個非常廣泛的概念，往往只能依據專家判斷給出一個模糊的判斷。如表2所示，將大壩潰決所造成的社會環境影響進行分類，從8個方面去定量分析。

社會與環境影響系數Z可采用等權乘積法表示：

Z=R×C×S×X×H×Q×I×W （7）

社會影響嚴重程度系數Z3可表示為：

Z3=y3=（lgz）a （8）

4 確定風險系數

潰壩對生命、經濟、社會與環境造成的風險R為潰壩概率Pf與相應潰壩后果L的乘積，即：

R=PfL （9）

式中：Pf為潰壩概率，一般是很小的數；L為潰壩后果綜合評價函數，其值小于1。為直觀起見，式（9）中乘以放大倍數1 000后，求得小型震損水庫的潰壩總概率和潰壩后果嚴重程度系數。可按下式計算水庫的風險指數R0：

R0=1 000PfL （10）

1） 當R0<0.1時，潰壩概率小于10-4，風險很低，無需采取除險措施。

2） 當R0>1.0時，水庫風險極高，不可容忍，需立即采取除險措施降低風險。

3） 當0.1≤R0≤1.0時，風險不可忽視，需根據潰壩風險大小依次進行風險處理。

5 工程實例

豐收水庫位于東經104.17°、北緯31.30°，地處安縣秀水鎮紅桂村境內，水庫大壩位于老罐窩，屬凱江水系雎水左岸一分支流，距安縣縣城20 km。壩址海拔高程615～650 m，水庫來水一部分為壩址以上集雨面積0.8 km2的當地徑流，另一部分通過二大渠從雎水河引水，設計總庫容196.0萬m3，為年調節水庫，是一座以灌溉為主、兼有養魚綜合效益的水庫工程。豐收水庫30年一遇洪峰流量20.4 m3/s，洪水總量20.1萬m3，500年一遇洪峰流量29.9 m3/s，洪水總量33.0萬m3。

“5·12”地震時，豐收水庫處于正常蓄水位運行狀態，“5·12”地震發生后，壩體產生了一系列震生裂縫，平行于壩軸方向最大的縱裂縫貫通長度166 m，縫寬50～60 cm，可見深度3.3～3.9 m，其余的縱縫均呈斷續狀延伸至與最長縱縫相近的范圍；在壩頂及上、下游壩坡產生了一系列的橫裂縫；壩頂砼砌塊碎裂，壩頂最大沉陷變形量為0.69 m。

5.1 識別潰壩路徑

根據初始事件、破壞模式和破壞原因或機理，建立正常事件、洪水事件和地震事件破壞路徑（見表3），進而構成事件樹。

5.2 計算潰壩概率

估算加固前潰壩總概率Pf=0.000 916（見表4）。

5.3 分析潰壩后果

首先，確定風險人口PAR。水庫位于秀水鎮鎮內，秀水鎮人口約4.5萬人。

根據前面的理論公式與賦值原則，得出潰壩后果各項指數，詳細數據見表5。

5.4 計算風險指數

確定豐收水庫的風險指數R=PfL=0.000 916×0.770 8=0.000 741 509 6，放大1 000倍以后R0=1 000×PfL=0.741 509 6∈（0.1，1.0），風險較小，可暫緩加固。

6 結論

通過分析小型震損水庫潰壩概率及潰壩后果，提出小型震損水庫潰壩風險評價模型，并依據此模型分析四川安縣豐收水庫的潰壩風險，經計算分析，其風險較小，可以延緩加固。

參考文獻

[1] 何曉燕，孫丹丹，黃金池.大壩潰決社會及環境影響評價[J].巖土工程學報，2008，11（11）：1 752-1 757.

[2] 李雷，王仁鐘，盛金保.潰壩后果嚴重程度評價模型研究[J].安全與環境學報，2006，6（1）：1-4.

[3] 嚴磊.大壩運行安全風險分析方法研究[D].天津：天津大學，2011.

R0=1 000PfL （10）

1） 當R0<0.1時，潰壩概率小于10-4，風險很低，無需采取除險措施。

2） 當R0>1.0時，水庫風險極高，不可容忍，需立即采取除險措施降低風險。

3） 當0.1≤R0≤1.0時，風險不可忽視，需根據潰壩風險大小依次進行風險處理。

5 工程實例

豐收水庫位于東經104.17°、北緯31.30°，地處安縣秀水鎮紅桂村境內，水庫大壩位于老罐窩，屬凱江水系雎水左岸一分支流，距安縣縣城20 km。壩址海拔高程615～650 m，水庫來水一部分為壩址以上集雨面積0.8 km2的當地徑流，另一部分通過二大渠從雎水河引水，設計總庫容196.0萬m3，為年調節水庫，是一座以灌溉為主、兼有養魚綜合效益的水庫工程。豐收水庫30年一遇洪峰流量20.4 m3/s，洪水總量20.1萬m3，500年一遇洪峰流量29.9 m3/s，洪水總量33.0萬m3。

“5·12”地震時，豐收水庫處于正常蓄水位運行狀態，“5·12”地震發生后，壩體產生了一系列震生裂縫，平行于壩軸方向最大的縱裂縫貫通長度166 m，縫寬50～60 cm，可見深度3.3～3.9 m，其余的縱縫均呈斷續狀延伸至與最長縱縫相近的范圍；在壩頂及上、下游壩坡產生了一系列的橫裂縫；壩頂砼砌塊碎裂，壩頂最大沉陷變形量為0.69 m。

5.1 識別潰壩路徑

根據初始事件、破壞模式和破壞原因或機理，建立正常事件、洪水事件和地震事件破壞路徑（見表3），進而構成事件樹。

5.2 計算潰壩概率

估算加固前潰壩總概率Pf=0.000 916（見表4）。

5.3 分析潰壩后果

首先，確定風險人口PAR。水庫位于秀水鎮鎮內，秀水鎮人口約4.5萬人。

根據前面的理論公式與賦值原則，得出潰壩后果各項指數，詳細數據見表5。

5.4 計算風險指數

確定豐收水庫的風險指數R=PfL=0.000 916×0.770 8=0.000 741 509 6，放大1 000倍以后R0=1 000×PfL=0.741 509 6∈（0.1，1.0），風險較小，可暫緩加固。

6 結論

通過分析小型震損水庫潰壩概率及潰壩后果，提出小型震損水庫潰壩風險評價模型，并依據此模型分析四川安縣豐收水庫的潰壩風險，經計算分析，其風險較小，可以延緩加固。

參考文獻

[1] 何曉燕，孫丹丹，黃金池.大壩潰決社會及環境影響評價[J].巖土工程學報，2008，11（11）：1 752-1 757.

[2] 李雷，王仁鐘，盛金保.潰壩后果嚴重程度評價模型研究[J].安全與環境學報，2006，6（1）：1-4.

[3] 嚴磊.大壩運行安全風險分析方法研究[D].天津：天津大學，2011.

R0=1 000PfL （10）

1） 當R0<0.1時，潰壩概率小于10-4，風險很低，無需采取除險措施。

2） 當R0>1.0時，水庫風險極高，不可容忍，需立即采取除險措施降低風險。

3） 當0.1≤R0≤1.0時，風險不可忽視，需根據潰壩風險大小依次進行風險處理。

5 工程實例

豐收水庫位于東經104.17°、北緯31.30°，地處安縣秀水鎮紅桂村境內，水庫大壩位于老罐窩，屬凱江水系雎水左岸一分支流，距安縣縣城20 km。壩址海拔高程615～650 m，水庫來水一部分為壩址以上集雨面積0.8 km2的當地徑流，另一部分通過二大渠從雎水河引水，設計總庫容196.0萬m3，為年調節水庫，是一座以灌溉為主、兼有養魚綜合效益的水庫工程。豐收水庫30年一遇洪峰流量20.4 m3/s，洪水總量20.1萬m3，500年一遇洪峰流量29.9 m3/s，洪水總量33.0萬m3。

“5·12”地震時，豐收水庫處于正常蓄水位運行狀態，“5·12”地震發生后，壩體產生了一系列震生裂縫，平行于壩軸方向最大的縱裂縫貫通長度166 m，縫寬50～60 cm，可見深度3.3～3.9 m，其余的縱縫均呈斷續狀延伸至與最長縱縫相近的范圍；在壩頂及上、下游壩坡產生了一系列的橫裂縫；壩頂砼砌塊碎裂，壩頂最大沉陷變形量為0.69 m。

5.1 識別潰壩路徑

根據初始事件、破壞模式和破壞原因或機理，建立正常事件、洪水事件和地震事件破壞路徑（見表3），進而構成事件樹。

5.2 計算潰壩概率

估算加固前潰壩總概率Pf=0.000 916（見表4）。

5.3 分析潰壩后果

首先，確定風險人口PAR。水庫位于秀水鎮鎮內，秀水鎮人口約4.5萬人。

根據前面的理論公式與賦值原則，得出潰壩后果各項指數，詳細數據見表5。

5.4 計算風險指數

確定豐收水庫的風險指數R=PfL=0.000 916×0.770 8=0.000 741 509 6，放大1 000倍以后R0=1 000×PfL=0.741 509 6∈（0.1，1.0），風險較小，可暫緩加固。

6 結論

通過分析小型震損水庫潰壩概率及潰壩后果，提出小型震損水庫潰壩風險評價模型，并依據此模型分析四川安縣豐收水庫的潰壩風險，經計算分析，其風險較小，可以延緩加固。

參考文獻

[1] 何曉燕，孫丹丹，黃金池.大壩潰決社會及環境影響評價[J].巖土工程學報，2008，11（11）：1 752-1 757.

[2] 李雷，王仁鐘，盛金保.潰壩后果嚴重程度評價模型研究[J].安全與環境學報，2006，6（1）：1-4.

[3] 嚴磊.大壩運行安全風險分析方法研究[D].天津：天津大學，2011.