FTA在萌山水库工况险情分析中的应用

张国健

（淄博市萌山水库管理处 255318）

事故树分析法（Fault Tree Analysis，简称FTA）是系统工程进行安全分析的重要方法，它能对不同种类工作系统的危险性、危险源进行辨识和评价，不仅能分析出造成系统失事的直接原因，而且能深入地揭示出潜在的危险因素。用它描述系统事故的因果关系直观、明了，思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。因此，把事故树分析方法引入到萌山水库枢纽工程防洪安全系统险情分析中，对水库防汛抗洪、建立险情应急机制、制定防洪预案、保障水库安全具有重要意义。

1 事故树分析法基本程序

a.熟悉系统。系统是我们研究对象的整体集合。充分了解萌山水库水利枢纽系统信息，是进行事故分析的基础，内容包括系统组成、运行程序、各种重要参数、工作状态。

b.确定系统顶端事件。顶端事件是我们所要分析的对象事件。根据水利工程特点及萌山水库主要功能，分析水库枢纽工程系统发生异常情况后，能造成的后果严重、损失重大、人们期望值最小的事件，作为分析的顶端事件。

c.调查事故和原因事件。在对萌山水库枢纽工程系统进行历史灾害实例、危险事故统计基础上，广泛调查、分析所能预想到的危险事故，不仅包括研究对象发生的事故，也包括同类工程系统发生的事故。调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，包括系统自身隐患、外力因素、天气因素、设备故障、操作者的失误、管理和指挥错误、环境因素等，尽量详细查清原因和影响。

d.画出事故树。根据调查整理的资料，从顶端事件起进行演绎分析，一级一级地找出所有直接原因事件，直到所要分析的深度，按照其逻辑关系，画出事故树。

e.定性分析与定量分析。定性分析要求根据事故树结构进行化简，列出布尔表达式，经计算，求出最小割集，确定各基本事件的结构重要度排序。定量分析是根据各基本事件的发生概率求出顶端事件的发生概率。

事故树分析程序中重点包括了定性和定量分析两大类。从实际应用而言，由于萌山水库自1958年建库以来，水库流域内雨洪资料不完整，建筑物运行状态无实测记录数据，且目前水利行业对水工设备的事故率和操作失误率无相关统计和实测资料，故给相关数学模型的建立和定量分析带来很大困难或不可能进行，因此本文在事故树分析中，只进行定性分析。

f.制定预防事故措施。在定性（或定量）分析的基础上，根据各可能导致事故发生的基本事件组合（最小割集)的可预防的难易程度和重要度，结合系统管理者的实际能力，定出具体、切实可行的预防措施，并付诸实施。

2 研究对象概况

萌山水库坐落于淄博市周村区萌水镇，是一座以防洪为主、兼顾工农业供水的全国防洪重点中型水库。水库总库容9025万m3，控制流域面积288km2。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。水库流域多年平均年降水量672mm，汛期降水集中，6～9月降水量占全年的73%左右。

水库枢纽工程包括大坝、溢洪道和输水洞三部分。大坝为粘土宽心墙坝，全长650m，最大坝高32.30m，坝顶宽7m；溢洪道位于大坝左端，建有6孔平底溢洪闸，装有6m×4.5m平板钢闸门，最大泄洪流量1338m3/s；输水洞位于大坝桩号0+507处，为廊道式钢筋混凝土内衬夹砂玻璃钢管，设计最大流量33.2m3/s。水库枢纽工程地震设防烈度为7度。水库流域内自1956年以来先后建成小型水库14座，总控制流域面积ll3km2，总库容905 万 m3。

萌山水库坝址以下有淄博市中心城区张店、高新区和周村城区等经济发展重地，距离分别为18km和10km，还有胶济铁路、庆淄路（庆云～淄川）、309国道、济青和滨博高速公路以及周村军用机场等国家重要基础设施和国防设施，水库枢纽工程失事将会对下游造成灾难性后果，因此萌山水库防洪位置十分重要，保障作用显著，对淄博市经济发展规划布局影响重大。

2.1 研究对象历史事故资料统计

2.1.1 水库兴建以前流域内发生的历史灾害

水库流域曾发生过3次大洪水，分别发生于1900年、1921年和1942年。距大坝下游河道1km处的李家营断面洪峰流量分别为 1900年 2400m3/s、1921年1190m3/s、1942 年 608m3/s。

经调查，水库流域未发生地震、地质等灾害。

2.1.2 水库兴建以来枢纽工程发生的历史灾害及抢险等情况

a.1961年1月10日，大坝背水坡0+370～0+380处出现管涌现象，渗流量达5.2L/s，坝下游渗流量达25L/s。

b.1974年4月2日，水库水位81.67m，水库大坝坝前护坡受西南风袭击遭受破坏，出现长500m、宽4～5m的干砌护坡石翻动塌陷下滑，有的地方形成冲坑，冲坑深0.5m，危及大坝安全。

c.1979年1月6日，水库水位82.03m，水库坝前护坡遭遇7级强劲西南风，再次遭受破坏。损坏护坡长600m、宽4m，砌石翻动下滑，形成冲坑，坑深达0.6m。

d.1985年4月29日，大坝坝面高程78.85m处遭遇8级西南风袭击，遭受破坏，损坏坡长450m、宽10m，冲坑深0.5m。

e.1986年4月18日，坝前护坡81.16m处有长360m、宽1.5m的区域遭受7级风浪破坏，护坡石塌动下滑，形成深0.2m的冲坑。

f.1987年9月19日，库水位75.58m，西南风8级，风浪较大，坝前护坡长36m、宽2.5m的干砌石护坡翻动下滑形成冲坑，坑深达0.3m。

g.1995年5月8日，库水位79.64m，大坝79.0～80.0m高程间迎水面护坡石被风浪冲击淘刷，局部护坡石被冲走，有长约600m、宽2.5m的护坡发生变形。

h.1997年8月，受11号台风影响，水库坝前坡80.0～82.0m高程间，桩号0+177～0+534段4处浆砌石护坡再次遭受风浪冲击，损坏严重，总长达357m、宽5.0m，共计 1785m2。

i.1997年 9月 11～13日，萌山水库流域降雨113mm，13日10时库水位达83.02m，超汛限水位0.72m，为确保大坝安全，于9月13日和10月5日先后两次自溢洪闸泄洪。泄洪结束后，发现溢洪道0+715～0+820段右岸冲毁东干过河渠堤脚，面积达3150m2，最大深度5.5m，直接威胁大坝和东干渠的安全运行，左岸冲毁面积2625m2，冲毁最大深度6.5m。

j.1998年3月，春灌放水期间，输水洞钢丝绳在提升闸门过程中突然断裂。

2.2 危险因素分析

萌山水库是一座以防洪为主的重点中型水库，防止水库枢纽工程失事是水库管理工作的第一要务，因此对其进行工程系统灾害事故危险辨识非常具有重要性和必要性。由于萌山水库防洪系统涉及面广、影响因素较多，因而存在的危险因素很多，有较为明显的，也有较为隐蔽的，如：导致萌山水库枢纽工程失事的风险事件有遇洪水出现、大坝枢纽工程自身出现事故等，因此首先需要找出能造成失事的因素：洪水漫顶、管涌流土、坝坡失稳、溢洪道垮塌、溢洪闸启闭故障等，再根据确定的原因，分析可能的后果，如垮坝或局部结构物失事等。在这一分析过程中，如要将所有的风险和引发的原因全部予以考虑，将使问题过于复杂化。因此必须找出主要矛盾，从而使问题的分析得以简化。

经分析，可能导致萌山水库水利枢纽工程出现重大险情的主要因素见下页表。

3 绘制事故树

3.1 绘制步骤

事故树是绘制的事故发展过程的树状图样模型。从已发生或设想的事故结果即顶端事件用逻辑推理的方法寻找造成事故的原因。事故树分析与事故形成过程方向相反，因此是逆向分析程序。事故树编程步骤如下：

a.确定分析系统的顶端事件。

b.找出顶端事件的各种直接原因，并用“与门”或“或门”与顶端事件连接。

萌山水库引起险情的主要因素与险情状况分析表

c.把上一步找出的直接原因作为中间事件，再找出中间事件的直接原因，并用逻辑门与中间事件连接。

d.反复重复步骤c，直到找出最基本的原因事件。e.绘制事故树图并进行必要的整理。

3.2 事故树图

以萌山水库枢纽工程失事为顶端事件，对可能造成萌山水库枢纽工程失事的各种事件进行事故原因归纳辨析，绘制事故树图（见下页图）。

4 事故树分析计算

4.1 求事故树最小割集

通过计算事故树最小割集，从而得出导致萌山水库枢纽工程失事可能发生的途径个数。

采用布尔代数法求事故树最小割集：

经计算可得事故树的最小割集为47组，任何一组最小割集里的基本事件同时发生，必然导致顶端事件发生，因此，确定可能导致萌山水库枢纽工程失事发生的途径共有47条。

4.2 结构重要度分析

经计算基本事件的结构重要度数值，按数值大小排序。

结构重要度顺序为：I(22)=I(25)=I(27)=I(26)=I(23)=I(24)＞I(18)=I(19)=I(20)=I(21)＞I(32)=I(34)=I(35)=I(36)=I(37)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(8)=I(15)=I(16)=I(17)=I(9)=I(28)=I(33)=I(1)=I(2)=I(29)=I(30)=I(31)＞I(6)=I(7)=I(5)=I(4)=I(3)，即溢洪道泄洪故障启闭系统、闸门、引水渠堵塞等所属基本事件的结构重要度最大，其重要性在系统中占首位，其次为放水洞泄洪故障所属基本事件。

5 结论与建议

从绘制的萌山水库水利枢纽工程失事事故分析树来看，图中共列出37个基本事件，确定可能导致萌山水库枢纽工程失事发生的途径共有47条。经分析计算，溢洪道泄洪故障启闭系统、闸门、引水渠堵塞等所属基本事件的结构重要度最大，其重要性在系统中占首位。因此，保障溢洪闸泄洪系统的正常运行，是防止萌山水库枢纽工程失事的重要措施。

萌山水库防洪位置十分重要，对防洪安全要求高。因此，在水库防汛管理中，建议按事故树分析结论得出的结构重要度高低顺序，对重点设备、重要结构部位建立重点检查、定期检查、经常检查制度，并编制抢险预案，有针对性地进行培训、演练。

[1]王金花.水库大坝安全监测鉴定评价新标准与除险加固工程技术及洪灾风险评估预控实用手册.宁夏大地音像出版社，2005：1261-1289.

[2]闫志铭，武建国.事故树在分析采煤工作面瓦斯爆炸事故原因中的应用.矿业安全与环保.2002（5）：43－44，47.