基于风险分析的龙潭水库除险加固方案优化技术研究

林 枫

(北票市大板水利服务站， 辽宁 北票 122114)



基于风险分析的龙潭水库除险加固方案优化技术研究

林 枫

(北票市大板水利服务站， 辽宁 北票 122114)

现如今，在进行病险水库治理过程中，重点突出了治理效果，对于常住居民生活、当地环境、社会环境等都没有涉及，因此研究基于风险分析的除险加固优化技术是非常必要的。本文结合中国病险水库治理现状，以龙潭水库病险加固为例，构建了事件树法决策模型，对龙潭水库修筑前后产生的风险进行了评估，评选出了风险小、投资少、花费少的修筑方案，提出了基于风险分析的病险水库除险加固方案设计方法，对今后病险水库修筑具有理论指导意义。

病险水库； 除险加固； 风险分析； 方案优化

1 概 述

病险水库的治理受很多条件的制约与影响，例如：水文、地形、地貌、气候、社会发展等，并且对于以后工程的治理、库区的改建等都会产生相互限制。在这些相关联的制约条件中，存在很多条件只能进行定量分析或者定性分析。在方案优化的过程中，如果选取相对保守的策略，也就是只对方案的长处和短处进行定性研究，将会很大程度上受人为因素的影响，不能很好地解决问题[1-2]。所以，合理客观地制定优选方案，既可以满足制定者的要求，又能综合考虑多方面的因素，而且能够定量和定性地对各种问题进行评价，定量做出备选的优劣次序。

2 除险加固方案与大坝风险的关联分析与决策

2.1 制约条件集

用M表示制约治理方案的条件，主要包括制约病险水库加固的条件：

式中j——制约条件的个数。

其中，第一个制约条件m1为大坝风险，是必要条件；m2～mn为非必要条件，包括：施工机械、施工人员、修筑范围等，并且负责人可以自己决定非必要条件。

2.2 加固方案集

加固方案集主要是指制定的加固方案的集合，记为集合N：

2.3 关联矩阵

利用线性代数的知识，关联制约条件集M和加固方案集N，并推导出两者的关联矩阵X，即关联集Xi=NTM。

2.4 关联分析与决策

修补方案与大坝风险的关联解决步骤详细如下：

a.关联系数集E是由比较序列Xi(i=1，2，…，n)中各序列与参考序列X0关联系数组成：

式中 ξnm——第n种加固方案中第m项因素的关联系数。

b.决策权重一般用权重数据集W表示：

在风险修补方案中，占权重比值最高的是大坝风险，所以在W集合中，最大值是w1。

c.通过分析各种加固方案，对比各种方案的优缺点，比较影响因素在各个方案中所占的比重，综合比较分析，选取最优加固方案，关联度表示为

R=WET{r1,r2,…,rn}=ri

d.利用关联分析法，选择rmax代表的加固方案为最终实施方案。

3 基于事件树法的除险加固方案优化

通过对水库大坝加固方案分析评选，目的在于分析方案中存在的风险，并估算修补前后存在风险的差异及影响程度，从而分析出影响大坝稳定的最关键因素，为以后修补施工提供理论基础。通过事件树法评估风险的途径，综合对比分析，制定合适的修补方案，主要是估算大坝加固前后出现溃坝的概率[3-5]。

步骤实施如下所示：

a.根据已有的修补方案，分析按照设计方案施工前后大坝存在的风险，尤其是分析大坝加固后，容易出现的垮塌破坏模式及路径。

b.计算大坝出现的概率以及出现垮塌后引起破坏的风险率。根据a中做出的破坏路径，组建溃坝事件树，然后运用此方法估算水库加固前后的溃坝风险。

c.综合分析比较大坝加固方案，并寻找出大坝风险的关键区域范围，并根据关键区域位置，选取能够明显降低风险概率的方案，对于修补后仍存在很大问题的技术方案，需要技术人员对方案进行调整，选取加固后风险明显降低的方案，而加固后风险仍比较大的加固方案应调整优化，将有限的时间、资金投入到对主要风险事件的处理上，以求得最好的资金效益[6-7]。

4 工程实例分析

龙潭水库位于辽宁省朝阳市哈尔脑乡，该水库是以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养鱼等综合利用的中型水库。大坝防洪设计标准为100年一遇，校核标准为1000年一遇。大坝坝基坐落在风化岩层上，基础渗漏严重，下游坝脚出现明显渗漏点；溢洪道无消能设施；输水洞阀门损坏，无法正常运行；水库无管理设施。根据大坝安全分类标准，认定该坝为三类坝，设计的实际抗洪能力要比标准规定的50年一遇低，并且在进行水库大坝加固前，制定了大量的加固方案，通过综合分析比较，选取了以下四种方案进行分析[8-9]：

方案1：保持现有大坝泄洪能力，按照100年一遇洪水加高混凝土大坝，对于周围的土坝按照200年一遇加固。

方案2：校核时，按照1000年一遇洪水对混凝土加固方案进行复核，按照1000年一遇洪水对土坝进行复核，并在混凝土坝间设计一座泄洪闸(增加泄洪闸方案)。

方案3：保持现有大坝泄洪能力不变的条件下，按照1000年一遇洪水加固大坝。

方案4：采用爆溃方式形成爆溃溢洪道(爆溃式非常溢洪道方案)，设计防洪标准同方案1、2。

表1为各加固方案的投资，表2为四种方案综合评价方案。其中大坝风险与加固规模属于成本型指标，加固效果和安全程度属于效益性指标。

表1 各加固方案建筑工程直接投资

表2 各加固方案的综合评价

按照花费少、施工效果好的原则，分析得到每个指标的理想值，并构成参考系列：X0={0.10，11155，1.00，0.90}。

比较序列为由表2得出的各方案的评价数据集：

由参考序列和比较序列构成的矩阵为

对矩阵Ti进行规范化处理，得出规范矩阵：

规范矩阵中比较序列Yi(i=1，2，3，4)与参考序列X0中各点的关联系数矩阵如下：

通过对以上数据的分析，可以得到大坝风险、加固规模、加固效果、安全程度四个指标所占的权重，如表3所示。

表3 4个指标所占权重及关联度

表4 加固方案参考指标的关联度

分析表3可知，大坝风险占有的权重为0.35，大于其他三个指标，因此大坝风险是风险指标中的关键指标；从表4可以看出，方案三的关联度为0.85，且大于其他三种方案，因此选择方案三作为龙潭水库的加固方案。所以龙潭水库在进行病险水库加固方案时，要注重选取花费少、风险小、施工效果好的加固方案。

5 结 语

本文以辽宁省朝阳市北票市龙潭水库加固为例，基于灰色关联分析理论，设立了包括制约条件集合和病险水库修筑措施方案集合在内的决策模型，分析了两者之间的关系，根据事件树法对龙潭水库修筑前后产生的风险进行了评估，找到了加固方案的缺点，评选出了风险小、投资少、花费少的加固施工方案，并提出了基于风险的病险水库除险加固方案设计方法，从而为龙潭水库除险加固工程前期设计提供了详实的数据和理论依据，为该水库工程后期除险加固奠定了坚实基础，为今后水库除险加固设计方案指明了设计方向，提供了参考和借鉴作用。

[1] 杨杰,郑成成,江德军,等.病险水库理论分析研究进展[J].水科学进展,2014(1):148-154.

[2] 杨杰,江德军,郑成成,等.病险水库除险加固方案决策研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2014(11):213-219.

[3] 袁剑军.土石坝防渗墙黏土混凝土材料的工程应用初探[J].水利建设与管理,2013(2):33-35.

[4] 严祖文,魏迎奇,张国栋.病险水库除险加固现状分析及对策[J].水利水电技术,2010(10):76-79.

[5] 胡江,苏怀智.基于生命质量指数的病险水库除险加固效应评价方法[J].水利学报,2012(7):852-859,868.

[6] 孙东亚,游文荪,姚秋玲.病险水库除险加固排序方法初探[J].水利水电技术,2009(7):132-137,140.

Technology research based on risk analysis of Longtan Reservoir reinforcement plan optimization

LIN Feng

(Beipiao Daban Water Resources Service Station, Beipiao 122114, China)

Currently, governance effect is mainly emphasized in the process of diseased reservoir management. It is not related to permanent resident life, local environment, social environment, etc. Therefore, it is very necessary to study reinforcement optimization technology based on risk analysis. Governance status of diseased reservoirs in China is combined, and risky reinforcement of Longtan Reservoir is adopted as an example for constructing event tree method decision-making model to evaluate risks produced before and after Longtan Reservoir construction. Construction plans with low risk, investment and spending are selected. Diseased reservoir reinforcement plan design method based on risk analysis is proposed, which has theoritical instruction significance for diseased reservoir construction in the future.

diseased reservoir; reinforcement; risk analysis; plan optimization

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.07.023

TV52

A

2096- 0131(2016)07- 0081- 04