我国溃坝生命损失估算方法探讨

2010-10-25吴欢强傅琼华董建良

中国水利 2010年8期

吴欢强，傅琼华，董建良

(1.广东珠荣工程设计有限公司，510635，广州；2.江西省水利科学研究院，330029，南昌)

随着经济社会的发展和科技水平的提高，以及公众自我保护意识的增强，以工程管理为核心的水库大坝管理理念正逐步被近年发展起来的大坝风险管理理念所取代。而溃坝生命损失的估算又是在进行大坝风险管理中溃坝后果评价的最重要内容之一。

一、国内外经验公式的局限性

国外在溃坝生命损失评估方面取得的研究成果较多，而国内目前还处于起步阶段，尚没有学者做出系统的研究。美国垦务局（USBR）Brown&Graham 法 (1988)、Dekay&Mc-Clelland 法(1993)、Graham 法(1999)都是基于溃坝历史记录数据进行经验统计与回归分析得出的估算溃坝生命损失方法，其在很大程度上依赖于历史记录数据资料是否详尽。其对各个参数的量化处理是否得当，也是关系到溃坝生命损失估算结果的重要因素之一。Assaf法和Utah州立大学法(M&B法)点出了三种方法的不足。

二、溃坝风险人口死亡率分析

本文在已有研究的基础上对溃坝生命损失估算公式中的风险人口死亡率作了如下调整：式中，f0为我国风险人口死亡率取值参考文献；α为灾害严重性程度系数；m1为生命损失直接影响因素的灾难程度影响因子，m1＜1；m2为生命损失间接影响因素的灾难程度影响因子，m2＜1；k 为权重系数，0.5＜k＜1；β 为修正系数，β=1.4。

1.权重系数

因受到各方面限制，针对我国历史上已发生的溃坝事件中生命损失直接和间接影响因素对造成溃坝灾害严重性程度的影响数据匮乏，历史记录不详。采用Saaty建议的1～9标度法（AHP法）来分析计算溃坝生命损失直接与间接影响因素对溃坝事件灾害严重性程度系数的影响权重系数。

建议给出如下权重系数的一个判断矩阵：

式中，b1、b2分别代表生命损失直接与间接影响因素对溃坝事件可能造成的灾害严重性程度系数的影响权重系数。

由该矩阵通过方根法计算出b1=0.75、b2=0.25，即式（2）中 k 值为 0.75。

2.灾难严重性程度影响因子m2的定量分析

生命损失间接影响因素的灾难严重性程度影响因子m2，其计算公式如下：

式中，ni，（i=1，2，…，10）为间接影响因素对 f的影响程度，ni≤1；ti（i=1，2，…，10）为间接影响因素对f的影响程度权重系数，其中Σti=1。

（1）影响程度 ni值

考虑到人体会因大量热量损耗而出现低温麻醉现象，本文增加了一个生命损失间接影响因素，即溃坝发生季节与水温环境。具体的十个生命损失间接影响因素见表1。

（2）权重系数的分析计算

结合分析我国历史上一些已溃水库大坝的各个间接影响因素产生的特点，采用AHP法分析计算。对表1中的十个间接影响因素，建议给出如下权重系数的一个10×10判断矩阵：

通过方根法求解出以上十个生命损失间接影响因素对应的影响程度权重系数 ti（i=1，2，…，n）值，详见表 2。

3.修正系数β的确定

根据国内已溃八座水库大坝统计资料，结合已有的研究成果，通过试算与数理统计分析数据，在风险人口死亡率值的确定中考虑了一个修正系数β，建议取值β=1.4。

三、社会生命损失

根据我国国情，考虑到居民家庭分布及人口信息获取难度较大,建议使用风险人群积分算法,根据人口聚居特点结合行政区划将淹没区划分为若干子区域，社会生命损失计算采用离散计算公式如下：

式中，PAR为第i个子区域中第j组风险人群的数量；fi，j为第 i个子区域中第j组风险人群的死亡率；n为划分的风险子区域总数；m为风险人口分组数量。

四、生命损失估算模型验证

根据上述，分别采用Graham法和公式估算了我国八座已溃水库的生命损失，并与实际发生情况进行比较，详见表3所示。

五、工程应用

油罗口水库位于章江上游大余县城以西10 km处，是一座以防洪为主，结合发电、养鱼、改善灌溉用水等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。计算工况，在5000年一遇～10000年一遇洪水情况下，水位为校核洪水位223.7 m时，副坝在高程为212 m高程处发生管涌导致溃坝。

（1）灾难严重性程度系数α的计算

通过式（2）来计算α值，其中k=0.75，计算如下：

①m1的取值计算

在m1的计算中，si的取值见表4。

②m2的取值计算

根据表1、表2分别确定各个溃坝生命损失间接影响因素对风险人口死亡率的影响程度ni（取值详见表5）及其对风险人口死亡率的影响程度权重系数ti。通过公式（3）计算，分别得到白天溃坝和夜间溃坝情况下的 m2=0.525和 m2=0.602。

（2）风险人口死亡率f取值计算

根据油罗口水库大坝实际情况，通过公式（1）计算风险人口死亡率f值。

（3）生命损失估算结果

本文应用Graham法和公式（4）分别估算该工况下溃坝造成的生命损失（LOL），估算结果见表6所示。当警报时间小于或等于5 h，生命社会风险均是不可容忍的，采用本文方法计算，当警报时间小于或等于0.5 h，生命社会风险均是不可容忍的，当警报时间大于0.5 h，社会风险是可容忍的，根据工程及城市所在位置来说，本文公式（4）的计算结果比采用Graham法计算结果较符合客观实际。

表1 间接影响因素对风险人口死亡率的影响程度建议表

表2 间接影响因素对风险人口死亡率的影响程度权重系数建议表

表3 国外经验公式复核比较表

表4 各个溃坝生命损失直接影响因素对风险人口死亡率的影响程度赋值

六、结语

考虑我国人口数量、人口分布特征、人口密度等均与国外有着较大的差别，若直接应用国外经验公式来分析我国溃坝生命损失，将存在一定的不合理性。国外的资料只能作为参考，我们应当通过详细调查已溃水库的历史资料，充分发掘出溃坝事件中生命损失的实际情况，诸如发生时间、数量、人数分布、居住条件、死亡原因等，建立适合我国实际情况的经验公式。结合工程实际应用，与国外经验公式计算对比分析，本文所提出的调整公式具有一定的实用意义，希望能抛砖引玉。