鄱陽湖區(qū)重點堤防潰決模式及概率計算方法研究

李寧 付建國 熊芳金

摘要：研究堤防潰決模式和概率，有助于了解鄱陽湖重點提防潰決模式及其概率，通過采取有效的方法增加堤防穩(wěn)定性，并在高洪水位下有針對性的巡查，潰決后采取有效的措施減少人員、經(jīng)濟和環(huán)境損失。

關(guān)鍵詞：鄱陽湖;堤防;潰決;概率

堤防工程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它又直接受水的作用，存在于應(yīng)力和滲流禍合作用的賦存環(huán)境中，受堤身堤基地質(zhì)條件、堤防運行條件以及人為因素等內(nèi)因外因的影響，其失事破壞類型的表現(xiàn)形式是相當(dāng)復(fù)雜的;堤防失事模式分析實質(zhì)上是堤防工程風(fēng)險識別的一部分，其實質(zhì)就是要分析堤防工程失事類型及其影響各種失事類型的因素。對堤防工程來講，合理確定堤防可能失效模式是正確并有效進行堤防失事風(fēng)險分析的起點和基礎(chǔ)，也是堤防失事風(fēng)險分析結(jié)果合理有效的基礎(chǔ)。

一.潰決模式及潰決路徑識別方法

由于堤防工程歷史原因和自身特點，其在運行期間可能遇到各種各樣的險情，如散浸、裂縫、管涌、滲漏、滑坡等，由于堤防工程沿線較長，所以危及其安全的影響因素眾多，如堤身斷面形狀、堤身填土性質(zhì)、地質(zhì)因素、水文因素和施工條件等，它們既有內(nèi)因也有外因，既有自然因素也有人為因素[1]。針對堤防工程的破壞類型和破壞機理，深入分析各主要風(fēng)險因子對堤防安全的影響，是進行堤防工程風(fēng)險分析和風(fēng)險計算的基礎(chǔ)。根據(jù)江河洪水災(zāi)害和堤防失事破壞的調(diào)查資料分析，堤防的失事破壞類型很多，種類各異，歸納起來主要有以下三種形式漫頂破壞失事、滲透破壞失事和失穩(wěn)破壞失事。

二.鄱陽湖區(qū)重點堤防潰決概率計算方法

本文所探討的堤防潰決風(fēng)險概率估算方法，旨在對于潰堤風(fēng)險率的計算。就目前來講，其失事破壞的概率主要依靠經(jīng)驗來估算，對于初步分析階段，主要采用歷史資料統(tǒng)計法和專家經(jīng)驗法，歷史資料統(tǒng)計法是直接照搬歷史資料記載的堤防失事概率，如何科學(xué)地界定歷史記載堤防失事概率與現(xiàn)有堤防可能失事概率的相似性和可比性，是研究歷史資料統(tǒng)計法需要解決的問題，就目前而言，該方法實用的不是很多;專家經(jīng)驗法主要在于利用專家的理解與判斷，參照專家編制的映射表，將專家對各環(huán)節(jié)事件的定性描述定量化，該方法人的主觀因素較強;還有一類是基于詳細分析的可靠度理論方法來計算獲得事件的破壞概率，該方法需要依賴詳細的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料，一般不易收集，并且中間某些環(huán)節(jié)難以進行理論分析，因此，世界上潰壩概率分析極少采用這一類的詳細分析方法。

對于一座病險水庫而言，使用事件樹法對其進行潰堤風(fēng)險率的估算時，需要考慮若干種可能荷載作用下的破壞途徑，這里所指的“荷載”通常指水荷載以及地震荷載。“若干種可能的荷載”是指在非汛期工況下幾種可能出現(xiàn)的水位荷載以及汛期工況下的汛限水位、或汛限水位以下所遭遇的設(shè)計洪水、校核洪水和更高水位下的荷載。具體分析計算時，應(yīng)結(jié)合工程實際的運行情況，綜合考慮，選取幾種具有“代表性的水位荷載”，并確定其出現(xiàn)的概率（或頻率），然后針對具體某一水位荷載，畫出潰決事件發(fā)展的過程，形成相應(yīng)的潰決路徑，并對每個過程事件發(fā)生的可能性賦以相應(yīng)的概率值，從而得到該水位下潰決途徑的發(fā)生概率，同理求出其它水位荷載作用下的潰決途徑概率，其具體計算的步驟為[2]：

①計算每種荷載狀態(tài)下每條潰決途徑的潰堤概率，即各個環(huán)節(jié)發(fā)生的條件概率的乘積。

②同一荷載狀態(tài)下的各種破壞模式一般并不互斥，因而其潰決條件概率可采用deMorgan定律計算。設(shè)第i個荷載狀態(tài)下有n個潰決模式：其概率分別為則n個潰決模式發(fā)生的概率為：

其中，deMorgan定律就是式（4.3.2-2）中事件并集概率的上限。

即為第i種荷載下的大堤破壞概率P（i）。

③按照上述方法對可能出現(xiàn)的其它特征水位進行計算，即可得到所有可能荷載下的相應(yīng)潰堤途徑的潰決概率.由于不同荷載狀態(tài)下其條件概率一般被視為是互斥事件，因此，堤防潰決概率等于各種荷載狀態(tài)下潰決概率之和，即：

3.環(huán)節(jié)事件發(fā)生概率的求解

對于大堤潰決事件的發(fā)生是由若干個環(huán)節(jié)的失事所導(dǎo)致，因此，為了計算潰堤事件的風(fēng)險率，關(guān)鍵在于求出潰堤事件每個環(huán)節(jié)發(fā)生的概率，此時，需要借助專家的評判意見來計算得到環(huán)節(jié)事件發(fā)生概率，在多個專家對同一環(huán)節(jié)事件進行評估時，必須對多個專家進行綜合分析。為簡單起見，結(jié)合本文第三章中的五位（甲、乙、丙、丁、戊）專家，采用算術(shù)平均法來計算潰堤環(huán)節(jié)事件失事的概率，可按下式計算：

其中，n為專家個數(shù)或潰堤過程中的環(huán)節(jié)數(shù)（i，j=1…，n）。

參考文獻

[1]羅云，樊運曉，馬曉春. 風(fēng)險分析與安全評價[M]. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]施國慶，朱淮寧，荀厚平等. 水庫潰壩損失及其計算方法研究[J].災(zāi)害學(xué)1998年第04期.

作者簡介：李寧1988.3，男，漢，江西上高，研究生，講師，水利工程方向。