大坝运行安全风险分析方法研究

【摘要】受建坝条件复杂、设计及施工质量不高、极端气候条件频繁、运行管理不到位等因素影响，大坝在不同程度上均存在着病险隐患和失事风险。因此，大坝安全风险分析与风险防控越来越受到业界的普遍关注。开展此方面的研究工作，对保障我国大坝安全及实现和谐社会有着重要的意义和实践价值。基于此，本文主要对大坝运行安全风险分析方法进行分析探讨。

【关键词】大坝运行；安全风险；分析方法

1、前言

近些年来，随着我国经济社会的大力发展和公众自我保护意识的不断提高，大坝安全问题已经由原来的仅水行政主管部门关心的工程安全问题，上升到公众关注的社会公共安全问题。因此，构建大坝运行安全风险分析体系，研究大坝运行安全风险分析方法，对大坝安全管理与区域可持续发展具有重要的理论意义和社会价值。

2、大坝安全风险识别方法

2.1概述

风险识别又称风险辨识，是描述事件对系统的潜在的负面作用或影响，包括对风险事件引发的因素、事件发生方式和范围的确定，其主要任务是找出风险所在及风险影响因子（即因素），并对后果做出定性的分析。对于大坝系统来说，不同的风险因素造成的大坝失事模式、失事路径以及失事概率是不尽相同的，大坝安全风险识别就是针对大坝安全潜在的风险问题进行深入分析与研究，确定出大坝安全风险的主要影响因素及潜在失事模式、失事路径，为接下来大坝安全风险估计提供基础。

大坝安全风险识别的关键问题之一是如何科学合理地确定影响大坝失事模式和失事路径的主要风险因素以及这些风险因素的权重。权重确定的恰当与否，直接影响大坝安全风险分析的结果，影响风险决策的制定及风险管理的实施。因此，大坝安全风险识别是一个难度大，但需要迫切解决和完善的应用性研究新课题，具有重要的研究价值和实际意义。

2.2大坝失事机理及模式的统计分析

2.2.1大坝失事机理及模式分析

大坝失事的原因是多方面的，概况起来可分为自然和人为两大类因素。自然因素包括超标洪水、冰凌、地震、库区山体滑坡、地基缺陷等致使大坝溃决的；人为因素包括设计缺陷、施工质量不良、管理不善、恐怖袭击、战争等导致大坝溃决的。大坝事故最为严重的表现形式是大坝失事溃决，并形成溃坝洪水向下游演进，给下游地区带来巨大灾难。

为提高大坝的安全性，尽可能避免或消除大坝失事，世界各国都非常重视对已失事工程的溃决机理、模式进行分析，取得了一定的成果。大坝失事机理、模式因水库库容与形状、坝型、坝体材料及外部荷载等不同而有很大差别，但通过对已失事工程的分析，得到了一些共识。坝体溃决按溃口形式变化可分为全部溃和局部溃；从溃口发展历时可分为瞬时溃和逐渐溃；其最终形成的溃口大小和溃决历时与上述几个因素有很大关系。刚性坝，主要指混凝土材料坝，通常发生瞬时溃决，且多为局部溃决。散粒体材料坝，由于坝体耐冲蚀能力差，在洪水漫顶或坝体内部发生管涌后，先是坝体上出现小规模冲坑，接着冲坑迅速扩大，坝体力学性能减弱以致结构失稳，坝体出现局部溃口并逐渐扩大。对于后者，受水流冲蚀破坏虽然有个时间过程，但在溃口发展到一定规模后，坝体便因失稳而迅速全溃，几乎在短时间内溃口发展到稳定断面或一溃到底。可见，大坝失事是在外部荷载与内部薄弱环节共同作用下发生的，可能的方式有很多。

2.2.2大坝失事路径分析

在对国内外失事工程统计分析的基础上，总结大坝的主要失事模式、失事路径及其影响因素后，便可采用数学方法对大坝主要的失事模式及路径进行挖掘分析。总结我国大坝的主要失事模式及路径，

其中：

（1）土石坝（包括堆石坝）失事模式主要有漫坝、结构破坏、渗透破坏及及其它形式的破坏4大类，失事路径主要包括由洪水、强降雨、地震、管理不当、战争等不同原因而引起的21种潜在的最可能的大坝失事路径。

（2）重力坝失事模式主要有坝体破坏、坝基破坏、漫坝破坏及其它形式的破坏4大类，失事路径主要包括由降雨引发洪水、近坝岸坡失稳或上游溃坝引发洪水、地震及设计、施工不足等原因引起的14种潜在的最可能的大坝失事路径。

（3）拱坝失事模式主要有坝体破坏、坝基破坏、拱端破坏、拱座破坏及漫坝破坏5大类，失事路径主要包括由降雨引发洪水、近坝岸坡失稳或上游溃坝引发洪水、地震及设计、施工不足等原因引起的20种潜在的最可能的大坝失事路径。

3、结论与建议

为提高中国大坝管理水平，促使传统安全管理向风险管理转变，在今后的学术研究与实际操作中，应重视以下几方面的分析与应用。

（1）准确计算风险概率应重视大坝安全等级划分结论与概率风险指标相统一方面的研究，以便在风险管理中可有效借鉴安全管理方面的成功经验。已有的研究受统计资料及计算方法的限制，对影响大坝安全的许多因素进行了简化甚至暂时忽略。当前应借着相关数学方法和计算机模拟技术发展、统计资料不断完善等有利条件，对表征不确定性的入库洪水、风、过流结构尺寸、流量系数、水位—库容关系等随机变量进行更为深入的研究，在充分识别风险因子相互作用的基础上，提高风险概率定量计算的准确性。

（2）定量研究风险后果随着国家流域防洪规划的编制，应对事故洪水演进、人口、财产分布、应急处理等影响事故后果的关键因素进行针对性分析，以此为基础进行风险后果定量研究。同时应积极引入中国在山洪、泥石流等灾害生命、经济损失定量分析方面的研究成果，并借鉴国家环评方面相关法律法规对于社会、环境影响的分析方法，作为大坝事故造成社会、环境影响定量估计的参照。风险后果与风险概率相结合，可使大坝风险评价结果更全面，风险管控措施更有针对性。

（3）科学采用管理手段在当前主要采用工程措施且安全管理效果显著的基础上，重视洪水预警、应急管理等非工程措施在大坝评价与管理中的重要作用。二者结合，可有效降低事故损失，也可更为科学地判定大坝风险程度，合理确定病险大坝在除险加固中的排序，使有限的大坝管理资金更好地发挥作用。在合理进行风险识别、估计和评价的基础上，综合运用风险回避、风险转移等主动风险控制方法和应急预案等被动风险控制方法，建立完善的大坝风险管理体系，可达到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]何海峰.大坝运行风险及辅助分析系统研究[D].南京：河海大学，2008.

[2]金永强.水库大坝溃坝险情的分析方法研究[博士学位论文].南京：河海大学，2008.