小型水庫安全運行風險的不確定性研究

陳安玲

(新疆兵團第四師霍爾果斯河流域灌溉管理處，新疆 伊犁 835223)

小型水庫安全運行風險的不確定性研究

陳安玲

(新疆兵團第四師霍爾果斯河流域灌溉管理處，新疆 伊犁 835223)

我國目前的小型水庫數量非常多,但運行狀況堪憂,沒有合理有效的安全監測體制,安全管理能力不足,水庫運行存在很大的風險。長時間以來,對水庫安全主要是以定性評價為主,沒有定量的評價體系,不能對下游小型水庫的危害狀況和病險水庫做出準確判定。本文將以水庫運行風險的不確定性為灰色系統,建立功能函數,對小型水庫安全運行風險因素的不確定性進行分析研究。

小型水庫;正常運行;風險;不確定性

小型水庫在供水、灌溉、發電、防治洪澇災害等多方面都有非常重要的作用，是我國水利工程不可缺少的一個組成部分。我國的小型水庫數量非常多，但是大部分小型水庫存在很嚴重的管理問題，比如:沒有專門的管理機構，沒有專業的管理人員，沒有專業的維修保養費用，水庫工程老化程度嚴重等。其中一些小型水庫因為缺少足夠的配套資金，不能做好水庫加固工作，使得其安全運行風險存在多樣性、隨機性、不確定性等特征。因此，就必須通過運行風險研究，量化水庫運行風險的不確定性，以便為管理工作者提供有力的決策依據。

1 小型水庫安全運行風險分析

小型水庫安全運行風險分析，就是指水庫運行管理工作者對有可能造成大量損失的運行風險因素在整體上做出分析和權衡，進而評價估算出其運行風險的程度，水庫風險分析主要有風險識別、風險預估和風險評價3方面的內容。

(1)識別小型水庫存在的風險。對小型水庫做出風險識別就是要在相關的風險狀況發生之前，水庫安全操作人員就要運用各種方法，認真分析可能出現的風險并做出正確的判斷，指出風險存在的根本原因，它是整個水庫安全運行風險分析的最基礎過程，具體過程如圖1所示。

圖1 水庫風險識別步驟

小型水庫的風險識別有以下幾種:①水庫的防洪標準不足。小型水庫防洪標準不足的原因有:沒有規整的水庫溢洪道，有些溢流道很狹窄，無法充分地泄流，當有大洪水時，水位就會超過防洪標準，更甚地還會達到壩頂。剛開始修建水庫時，設計的防洪標準低于規定標準。水庫的這種風險很可能造成潰壩。②水庫大壩質量不合格。小型水庫施工人員技術水平不高，設備不先進，質量控制不科學，導致水庫大壩質量不合格。③水庫出現滲漏。水庫大壩滲漏主要有:壩體滲漏、圍繞大壩滲漏、壩基滲漏。它是最常出現的安全運行風險。大壩發生滲漏時，就會把壩體的浸潤線抬高，使壩體原材料的性能極大地下降，甚至會導致水庫大壩塌垮［1］。④水庫出現滑坡現象。滑坡不僅破壞了大壩結構，對大壩安全造成直接的影響，而且還有可能把水庫溢洪道堵塞，或者是形成很大的浪潮，對大壩造成嚴重沖擊。⑤水庫運行管理不足。目前，小型水庫在運行管理上存在很大的漏洞和缺陷，會帶來嚴重的安全運行風險。⑥多種自然因素。自然災害對水庫整體結構的破壞也不能忽視，會對水庫大壩的安全造成威脅。

(2)小型水庫風險預估。對于小型水庫來說，非常大的風險是潰壩。水庫的潰壩風險屬于不確定性風險，對其進行預估時，一般采用計算風險變量概率的方法，下面主要以一次二階矩陣法對小型水庫的潰壩風險進行預估。

在風險變量是正態分布的前提下，運用一次二階矩陣法算出的概率風險值是最準確的。可是水庫的安全運行受多種內外因素的影響很大，并不是所有的運行風險變量都符合正態分布［2］。因此，這里把非正態分布的風險變量轉變成等價正態分布，轉變以后，得出的分布函數C D F的值、概率密度函數P D F的值和以往不是正態分布的數值相同，計算公式如下:

(3)水庫風險評價。水庫大壩的風險評價除了水庫自身的風險因素外，還有經濟風險因素、社會環境與生命風險因素等。下面介紹我國小型水庫的風險評價標準，見表1。

表1 小型水庫安全運行風險事件發生的定性描述和概率

2 灰色-隨機風險評價方法

(1)灰色-隨機風險分析。如果把整個小型水庫看成一個灰色系統，其中變量是每一個風險因素，可以用向量 X g=(X g1，X g2，…，X g6)來表示，這幾個變量都可以用函數和密度函數表示的灰色概率分布表示，小型水庫發生事故的臨界狀態表示為g(X g)=0［3］。所以，小型水庫發生事故的風險概率就是g(X g)＜0。

g(X g)=0表示的是一個臨界面，臨界面到原點的最短距離可以用向量d=(d1，d2，…，d2n)來表示，整個水庫風險值的大小主要用距離的遠近來反映，距離越近，值也就越大;相反，距離越遠，值就越小［4］。所以，就可以用全部最短距離的最小值和最大值來表示小型水庫安全運行的風險性，也就是［m i n(d)，m a x(d)］。小型水庫發生風險的概率就可以表示為:

(2)灰色-隨機風險概率的計算。因為小型水庫的影響因素很多，結構相對簡單，并且資料經常不全，運用式(3)計算時，就會影響其準確性。因此，可以換成一次二階矩法來計算，把上式中的灰色-隨機風險概率改為正常的隨機風險概率，再根據一次二階矩法把不同風險因素導致的小型水庫潰壩的概率計算出來［5］。根據變量 X g的變化對 R g大小造成的影響，設定不同因素的一、二階矩數值的兩個組合，就可以在其中一個組合里把水庫的最小風險概率值R g計算出來，在另一個組合中計算出水庫最大風險概率值R*，那么小型水庫的風險概率可以表示為:

3 實例分析

(1)某小型水庫概述。某小型水庫在河流的中段位置，總容庫是645萬 m3，大壩是均質土壩，壩頂長155m，寬6m，壩頂高程是78m，水庫下游有大量的村鎮分布和農田。如果水庫發生安全運行風險，將會帶來非常嚴重的經濟損失［6］。

(2)該水庫風險識別。依據水庫安全運行鑒定結果，該小型水庫主要有下面幾個風險因素:防洪標準風險、水庫滲漏風險、水庫工程質量不合格風險、安全運行管理風險［7］。

(3)水庫風險分析。用 X 1，X 2，X 3，X 4表示上面4類風險因素，將該水庫的風險因素看成是一般正常發生的事件，其概率的計算公式［8］是:

接著對小型水庫的概率風險進行計算，先將非正態分布的變量轉變成等價正態分布，計算的結果見表2。

表2 該小型水庫安全運行風險因素參數值

(4)該水庫風險評價。把上述風險因素與表1進行對比分析，可以看出，該水庫出現潰壩問題的風險概率為可能發生事件。其風險因素從小到大分別為安全運行管理、防洪標準、水庫工程質量、水庫滲漏，最大的風險是水庫滲漏，最小的風險是運行管理［9］。風險程度相對而言還是很高的，應該及時采取措施進行加固。

4 結語

綜上所述，小型水庫安全運行的風險種類繁多，而且難以確定，不同的運行風險互相依賴和影響。由于小型水庫安全運行的風險具有不確定性，因此，對水庫風險分析主要從風險識別、風險預估和風險評價3方面進行，再根據具體的風險因素，運用灰色-隨機風險概率的計算方法，構建風險因素概率函數，計算出水庫安全運行的隨機風險概率。

［1］李超，劉經強，王愛福，等.小型水庫群壩風險指數排序分析方法研究［J］.山東農業大學學報(自然科學版)，2012，43(04): 564-568.

［2］曹懷園.潰壩風險分析方法研究及其在小型水庫中的應用［D］.西安理工大學，2012.

［3］李超.小型水庫潰壩風險分析研究［D］.山東農業大學，2010.

［4］李超，李天科，郭清華，等.小型水庫群壩潰壩風險分析方法研究［J］.水利經濟，2010，28(02):55-58.

［5］宋怡斌.淺析小型水庫運行管理中風險與防范措施［J］.城市建設理論研究(電子版)，2013(20):256.

［6］舒玉萍，羅江榮.小型水庫的安全問題與對策［J］.農業與技術，2013(10):40.

［7］白子昕，水庫除險加固之水閘設計探究［J］.水利技術監督，2014(02):50-51.

［8］黃曉麗.關于加強小型水庫安全管理的思考［J］.中國水利，2013(18):40-41.

［9］余海洋，加強水庫管理 提高運行能力［J］.水利規劃與設計，2015(01):44-45.

T V 697.1

B

1008-1305(2016)05-0007-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.004

2015-08-08

陳安玲(1978年—)，女，工程師。