水利灾害“痛苦曲线”及其相关分析

梁 军

(四川省水利厅，成都，610017)

水利灾害“痛苦曲线”及其相关分析

梁 军

(四川省水利厅，成都，610017)

本文结合以往水利工程抢险救灾的成功经验，针对自然灾害发生发展直至消亡的所谓“痛苦曲线”及应对方略，提出了遵从自然规律、因地制宜、及时有效的应急抢险或非常态施工组织应采取的针对性措施，以抢险效能为最优化目标的定量评估计算方法，旨在研究以最小的代价获得最优的抢险效果。

水利灾害 痛苦曲线 抢险救灾 组织效能 评估

1 概述

近年来，在全球气候持续变化的背景下，由水利灾害引起的抢险救灾时有发生。水利灾害与自然灾害一样，具有突发性、伴生性和灾难性，突发性是指灾情的发生一般是不可预见的，使人防不胜防；伴生性是指灾情的发生可能引发多方面的损失，正所谓“祸不单行”。如工程水毁对工程本身造成损害外，还影响发电、供水、灌溉等其它方面，甚至产生洪水灾害；灾难性是指灾害一旦发生，会给人类社会带来生命与财产损失，造成痛苦，形成灾难性结果。水利灾害的发生有多种原因，既有强降雨或洪水引起的原发性水利灾害，又有因地震、泥石流或山体崩塌引发的次生性水利灾害。

1993年青海省海南藏族自治州共和县沟后水库发生垮坝事故，导致下游恰卜恰镇生命财产重大损失。据有关资料记载，8月27日中午12时，库水位升高至3277.40m(正常蓄水位3278m，防洪限制水位3276.72m)，13时，库水漏进防浪墙和面板顶部裂缝及水平缝，随后下游坡多处漏水，下游坡台阶上能听到坝内有喷气声和水跌落声；20时30分，村民见到下游坡高程3260m和3240m马道之间涌水像自来水般喷出；21时值班人员在值班室听到闷雷般巨响，出门看到坝上喷水，土石翻滚，水雾中见到石块相碰出火花；22时，溃坝口门底部高程达到3250m，溃坝总水量为268万m3，最大流量3267m3/s；23时40分，溃坝洪水到达恰卜恰镇，死亡300多人。图1所示为沟后水库溃坝灾害过程线。23时40分洪水到达恰卜恰镇时应为生命财产损失最大点。

图1 青海沟后水库溃坝灾害过程曲线(1993年)

1933年四川叠溪地震形成堰塞湖后的自然溃决。8月25日15时50分30秒，茂县叠溪镇(北纬32.0°，东经103.7°)发生震级为7.5级的大地震，震中烈度Ⅹ度，叠溪古镇被毁灭，巨大山崩使岷江、松坪沟断流，同时形成三个堰塞坝(松坪沟口大光包顺层滑坡形成松坪沟堰塞坝，现大海子堰塞坝和现小海子堰塞坝)；至10月9日19时，小海子堰塞湖崩溃，洪水倾湖溃出，霹雳震山，尘雾障天，造成下游沿江两岸严重崩岸、洪灾。据当时《国民档案》记载，“受灾奇重，实空前未有之奇祸。上起茂、理、汶川，下迄崇(宁)、郫、温、双、崇(庆)、新各县均受巨灾。十月十二日，深夜一钟大水淹至灌县，冲没韩家坝、安澜桥、新工鱼嘴、金刚堤、平水槽、飞沙堰、人字堤，与下游之天乙街、塔子坝、龙潭湾、安顺桥一带，尽成泽国。迄凌晨水退。”叠溪地震堰塞坝自然溃决后的洪水次生灾害过程曲线大致如图2所示。

图2 叠溪地震洪水次生灾害过程曲线(1933年)

2008年5月12日汶川大地震，给当地经济社会带来巨大生命财产损失。根据中国地震局的数据，地震面波震级达8.0Ms、矩震级达8.3MW(根据美国地质调查局的数据，矩震级为7.9MW)，破坏地区超过10万km2。地震烈度可能达到11度，地震波及大半个中国及亚洲多个国家和地区。地震从第20s～60s时段多次出现波峰，引发的生命、财产损失也多在此期间发生。图3为“5.12”地震灾害过程曲线。

图3 “5.12”地震灾害过程线

从以上三个实例可知，自然灾害是一个从无到有、从小到大直至消失的自然过程，其自生自灭呈如图4所示的曲线F0(即灾害曲线)。由于这种曲线十分像网络表情符号，故取名为“痛苦曲线”。显然，“痛苦曲线”具有普遍意义，亦即任何一种自然灾害给人类社会造成的损失都呈“痛苦曲线”的形态。如果人类及时采取有效措施加以控制，“痛苦曲线”所表现出的灾害程度就会小，其演变过程如图4中的F1所示。

图4 自然灾害演变过程图

自然灾害发生后，人类必须采取高效和快速的处置措施，即实施所谓应急抢险或抢险救灾等非常态施工，使自然灾害及其不利影响降低到最低限度。因此，人类有组织、有计划的抢险救灾行为十分重要，这方面已积累了大量研究成果[1，2]。无可否认，在应急抢险及非常态抢险施工过程中，人们往往只注重于尽快抢险成功，对人力物力投入、抢险物资消耗、经济成本核算考虑得很少。本文通过应急抢险各组织环节的分析，提出抢险效能的分析方法，旨在进一步降低抢险物资的消耗，提高应急抢险救灾的组织效能，希望对实际应急抢险工作有所指导。

2 抢险救灾的原则

抢险救灾是一项社会化的紧急行动，抢险救灾及其非常态施工组织应建立并完善以专家为主体的现场技术决策与风险评估机制(简称指挥决策系统C)；以项目管理单位为主体的物资采集、运输与后勤保障机制(简称后勤与物资保障G)；以施工抢险单位为主体的非常态施工作业队伍(简称非常态施工S)；以“指挥部”为主体的现场组织、管理和协调机制(简称组织协调A)与地方及有关部门组成的信息发布、报送(I)和监测预警、预报机制(F)和群众转移避险工作动员(M)等诸多应急组成单元(或工序)。为简化计，指挥协调C、后勤与物资保障G、非常态施工S等三个单元(工序)为主要单元(工序)。抢险的整体组织行动流程如图5所示。各应急单元协同作用的重要性已经多次抢险实践所证实[3]。

图5 应急抢险组织流程

各应急单元不同组合构成抢险组织效能的高低，直接影响现场救灾的效果。因此，抢险组织效能是指挥长或现场最高决策人履行监督职责、追求有效消险的主要工作，其形成过程如图6所示。

图6 抢险效能的形成过程

抢险救灾的原则是“科学、快速、安全”。按运筹学分析，应急抢险实际上就是一种关键线路施工法，它有两个基本目标，其一是所需工效最优，其二是所需时间最短，用数学表达如下：

时间最短原则:抢险工期T服从“最短线路法”，即

(1)

效能最优原则:如把应急抢险简单地划分成指挥协调C、后勤与物资保障G、非常态施工S等三个主要工序，抢险效能P为：

(2)

表明抢险效能与各工序(单元)工效的连积关系，这一关系服从“木桶理论”。

从以上分析可知，要实现抢险救灾的基本目标，其核心是非常态施工组织效能的高效运行。

3 非常态施工组织的效能分析

图4表明自然灾害通过人工抢险控制，可以改变灾害发展直止消亡的过程，同时有效减轻或提前消除对人类社会的危害，其理论上的减灾效益为：

(3)

无论灾情大小，只要F1(C1，G1，S1，t)控制到尽可能小，那么人类获得的减灾防灾效益φ(C，G，S，t)就最大。

从以上分析，抢险救灾社会化组织行动目标φ与各工序之间的函数关系如下式：

φ=f(C，G，S，A，I，F，M)

(4)

(5)

可见组织效能是每一个应急单元在应急抢险行动中所占的份额(如∂φ/∂C)与其自身工效(如∂C/∂t)乘积之和，而且随着时间而有所变化。

图7 各应急单元实施抢险过程简图

4 抢险组织效能评估计算方法与实例

目前未见有关应急抢险组织效能的评估计算方法。如前分析，将一个抢险救灾过程分解成若干应急单元(工序)并按式(5)进行计算，即每一个单元在整个应急抢险行动中所占的比例与其自身效率乘积之和，便是这一抢险过程的组织效能值。评估计算可按表格计算法进行。

下面以2010年四川省绵竹市清平乡“8.13”洪水泥石流的应急抢险为例，简述抢险救灾组织效能的评估计算过程。假定各单元的份额随日程而变且它们之和总是等于1.0，各单元的效率主要依据发挥抢险作用的高低来评估，其值一般为0.4～1.0。表1记录了各应急单元(工序)日程进展情况(主要是各自的份额)；表2记录了各单元自身效率的日程变化。这两类数据，应依据抢险时段内每一天的工作进展与效率高低经每晚严肃认真考评得出，数据填报需准确，并由指挥部负责收集和适时公布，成为总体抢险效能量化计算的基础。根据表1和表2填报的数据，计算出本次抢险过程的组织效能如表3所示。

表1 清平“8.19”洪水泥石流各工序 比重(份额)变化日程

表2 清平“8.13”洪水泥石流各工序 工效日程统计评分

表3 清平“8.13”洪水泥石流应急抢险组织 效能日程评价

由此得出，清平“8.13”洪水泥石流最初6天的应急抢险组织效能平均值为0.65，表明该项目的抢险组织效能是逐步提高的，也是十分有效的。由于目前还没有应急抢险有关量化评分系统和抢险效能的参考标准，因此所得结果也是初步的，有待于今后在应用研究中深入，逐步形成一整套在抢险救灾与非常态施工中有效的量化评价计算方法。

5 小结

5.1 应急抢险救灾是人类所必须采取的一种面对自然灾害的积极应对行为。消除“痛苦曲线”，取决于抢险救灾各应急单元(或工序)对抢险组织效能的贡献大小以及它们相互间的协同关系。非常态施工组织要求对具体抢险过程各单元进行实时或日程评价，以期使各单元的效率之和尽可能达到最优，这意味着一直要求各单元均处于最佳状态，实际上抢险效能是逐步形成的一个过程。

5.2 根据抢险救灾的组织效能评估计算方法，对清平“8.13”洪水泥石流应急抢险组织进行评价计算，最初6天的日程评价分析认为其组织效能是有效的。

5.3 在今后的抢险工作中，深入研究应急抢险有关量化评分系统和抢险效能的参考标准，对实际抢险救灾的绩效评估具有重要的指导意义，从而进一步减轻人类社会因灾害而造成的不必要损失。

〔1〕张仕超，周志东，周春清.汶川特大地震次生灾害类型与今后应急救援对策探讨[J].四川水利.2013，(04).

〔2〕王灵伟.清平“8.13”特大山洪泥石流的抢险方法.四川水力发电，2011，(30)增刊(1).

〔3〕梁 军.应急抢险及非常态施工组织.中国水利，2014，(16).

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