考虑上游同步建设条件下沙坪一级水电站初期导流风险分析

聂 鹏，胡志根，刘 全，王哲鑫，田建海

(1.武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 430072；2.水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072;3.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

1 工程概况

沙坪一级水电站是大渡河干流22级水电梯级开发中第20个梯级的第一级，为二等大(2)型工程，位于四川省乐山市金口河区境内，距上游枕头坝二级水电站坝址9.0 km。沙坪一级水电站开发任务以发电为主，采用河床式开发方式，坝址控制流域面积73 339 km2，多年平均流量1 370 m3/s，水电站坝顶高程581 m，最大坝高63.0 m，正常蓄水位577.0 m，水电站装机容量360 MW。

这是一个很有趣味的问题.直观感觉有两种结果,也就是镜面与水平面成70°角或20°角.却不知不觉犯了与文[1]所指的同样错误.原来学习光学让我们产生了思维定势,误将问题限定在同一平面中考虑.其实,许多人都有这样的生活体验,当阳光射入室内时,用一面镜子可将光线反射向每一个角落.因此,这一问题应在三维空间中进行思考.这就需要借助处理空间线面关系的数学模型.所以,该问题是体现数学与生活及其它学科间联系,培养学生解决问题能力的好素材,有助于学生认识数学的应用价值.

综合沙坪一级水电站坝址处地形、地质、水文条件及导流建筑物布置条件等因素，施工导流采用分期拦断河床、泄洪闸导流方式，枢纽布置为坝址右岸河床式厂房、左岸5孔泄洪闸。沙坪一级水电站和枕头坝二级水电站的建设开发同属国电大渡河流域水电开发有限公司，故两个水电站在导流标准的决策过程中不仅需考虑本工程的导流布置，还应综合考虑上、下游梯级的导流特点。两电站地理位置如图1所示。

图1 梯级水电站地理位置示意

施工导流系统的正常运行影响工程的工期和投资，进行导流风险分析对导流标准的决策具有重要的意义[1-3]。随着我国梯级开发战略的实施，上下游梯级水电站同步建设的案例逐渐增加[4]，如乌东德水电站与白鹤滩水电站，瀑布沟水电站与深溪沟水电站等。在梯级水电站同步建设环境下，上游水电站导流系统改变了天然河段的水力水文参数，相邻下游水电站导流系统的施工洪水随之改变，施工导流风险因素增加。胡志根等[5]基于Monte-Carlo方法模拟施工洪水并进行施工洪水调洪演算；刘全等[6]基于上游已建梯级、区间洪水、支流汇入、上游在建梯级和下游在建梯级，建立水电工程施工导流风险测度模型；薛进平等[7]采用Couple函数构建联合分布，讨论了上游水电站同步建设对下游水电站的影响；张超等[8]构建梯级水电站施工导流系统整体的施工导流风险分析模型。上述文献从各方面详细描述了梯级施工导流系统风险，但分析下游水电站导流系统风险时未充分考虑到上游水电站导流风险和水库连溃因素，风险计算结果偏小。因此，本文为全面分析下游水电站施工导流系统风险，考虑相邻两个施工导流系统风险要素间的耦合作用，探索合理的风险度量方法。

2 梯级施工导流系统分析

枕头坝二级水电站与沙坪一级水电站相距较近，不考虑坝址间区间洪水遭遇。按照洪水演进过程，梯级施工导流系统整体描述如图2所示。

Platinum doublet chemotherapy, S1 plus CDDP, is widely used as a neoadjuvant chemotherapy for AGC with PAN metastasis. The study showed a pronounced propensity for patients with a good clinical response to have undergone a D3 dissection.

图2 梯级施工导流系统概化

图中A、B分别代表枕头坝二级水电站导流系统和沙坪一级水电站导流系统；QA(t)、qA(t)分别为枕头坝二级水电站导流系统的施工洪水过程与下泄洪水过程；QB(t)、qA(t)分别为沙坪一级水电站导流系统的入库洪水过程与下泄洪水过程。

2.1 施工导流风险定义

在确定的导流时段内，施工导流风险是指导流系统在规定条件下失效的概率。施工导流系统的主要作用为宣泄洪水，保证基坑内正常施工。因此，可以认为当围堰堰前水位高于堰顶高程时，导流系统失效。故上、下游水电站导流系统风险R定义为

R=P(Zup>Hup)

(1)

由于施工导流过程中存在许多不确定因素，无法准确计算上游围堰的堰前水位，需对施工导流风险的不确定性进行分析。其中，影响施工导流风险不确定性的主要为施工洪水的不确定性和导流建筑物泄流能力的不确定性。

2.2 不确定性分析

式中，Zup为挡水期上游围堰堰前水位；Hup为挡水期上游围堰设计高程。

根据以上计算步骤计算枕二风险、水库连溃风险、枕二级未失效时沙一风险及同步建设时沙一风险。梯级施工导流风险率如表5所示，其中单独建设时沙一风险为沙坪一级水电站遇典型洪水时施工导流风险。

3 梯级导流系统风险模型

在分析完施工导流系统的特征后，为求解梯级导流系统中各水电站的风险，需建立梯级导流系统风险模型。风险模型的整体求解思路为：基于Monte-Carlo方法模拟洪水过程，计算枕头坝二级水电站导流风险，再结合枕头坝二级的下泄洪水特征经溃堰洪水计算、河道洪水演进计算得到沙坪一级水电站的施工洪水，最后计算得到沙坪一级水电站导流风险[9]。

2.3 两组患者心室率比较 治疗前，两组患者静息状态、运动状态下心室率均异常升高；治疗后，两组心室率均明显减慢，且观察组改善程度较地高辛组更明显，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

3.1 洪水模拟

在导流标准及导流建筑物确定的情况下，根据已知的施工洪水过程线、泄洪建筑物的泄流能力曲线及水位库容关系等基本资料，模拟洪水入库到出库的全过程，最后基于调洪演算得到堰前水位分布和下泄流量过程线，便可判断是否发生风险。其中，调洪演算的核心为求解水量平衡方程为

第二，有悟性的人一切从现实、实际出发。有的解决方案之所以做不好，是因为没了解实际情况，都是套工具、模式和理论。只要一件事干不了，就想着是因为没有掌握神秘的工具，实际是不了解具体情况，不明白到底是什么造成当前的局面。只要把实际情况掌握之后，解决方案就出来了。

(2)

式中，Q1、Q2分别为计算时段Δt始、末入库流量；q1、q2分别为计算时段Δt始、末出库流量；V1、V2分别为计算时段Δt始、末的水库蓄水量。

3.2 溃堰洪水计算

11.(1)c(OH-) (2)0.17 (3)2∶16FeOOH+(NH4)2SO4+4H2O[或Fe6(OH)1 2SO4+O2==6FeOOH+H2SO4+2H2O] (4)3.03 (5)① 不变 ②H2SO4

枕头坝二级水电站和沙坪一级水电站相距仅为9.0 km，坝址间洪水演进速度很快，故梯级水库连溃风险研究对风险分析和防控有重要的指导意义[10]。枕头坝二级水电站的围堰类型为土石围堰，当堰前水位高于围堰堰顶高程(即漫顶)时，考虑风险最大情况，认为围堰瞬时全溃，且坝址出流不受下游水流影响。采用谢任之公式[11]计算最大溃堰流量Qm，则有

(3)

式中，Qm为最大溃堰流量；λ为流量参数；m为河谷断面形状指数；H0为包括流速水头的溃堰前上游最大水深；v0为溃堰前流速。

3.3 洪水演进计算

无论枕头坝二级水电站是否发生风险，其下泄洪水都会经过河道演进形成沙坪一级水电站的入库洪水。河道洪水演进计算主要有水力学和水文学两种方法，其中属于水文学方法的马斯京根法因其简单便捷被广泛应用于工程实践。本文采用马斯京根法[12]中的调蓄函数进行河道洪水演算，函数方程为

Q1=C0I2+C1I1+C2Q2

(4)

3.4 施工导流系统风险计算

枕头坝二级水电站和沙坪一级水电站都是二等大(2)型工程，根据DL/T5397—2007《水电工程施工组织设计规范》表4.4.1条，导流建筑物级别为4级，其围堰等土石结构设计洪水标准为20年～10年一遇。由于导流建筑物布置条件有限，枕头坝二级和沙坪一级的导流标准的不同主要体现在围堰高程上。为分析上游枕头坝二级导流系统对下游沙坪一级施工导流系统风险的影响，现拟定以下4种导流围堰高程组合方案进行风险分析，如表1所示。

在2018年，普通人感到自己越来越无关紧要。在TED演讲、政府智库和高科技会议中，人们兴奋传播许多神秘的术语（全球化、区块链、基因工程、人工智能、机器学习），普通人无论男女，都会认为这些术语与他们无关。

(5)

4 沙坪一级水电站初期导流风险分析

4.1 方案组合及计算参数

枕头坝二级水电站与沙坪一级水电站坝址处水头不连续，不考虑沙坪一级水电站库区回水的影响，故枕头坝二级施工导流风险仅为其导流系统失效的概率。而计算沙坪一级水电站导流系统风险时，不仅要考虑系统本身蓄泄及泄洪能力，还要考虑枕头坝二级水电站导流系统下泄洪水的影响。当枕头坝二级施工导流系统发生溃堰时，其下泄洪水特性的改变会显著增大沙坪一级施工导流系统失效的概率[13]。因此，在枕头坝二级导流建筑物规模确定的情况下，其下泄洪水需分两种情况讨论：①枕头坝二级导流系统未失效时，洪水经导流建筑物正常下泄；②枕头坝二级导流系统失效，下泄洪水转变为溃堰洪水。

表1 导流围堰高程组合方案 m

根据各电站的洪水实测资料，两个水电站的洪峰流量频率见表2，各区域设计洪水资料见表3，各水电站泄流能力参数见表4。

表2 洪峰流量频率

表3 设计洪水资料

表4 泄流能力参数

4.2 风险计算

以本文所建立梯级施工导流系统风险模型对该案例进行风险计算(枕头坝二级水电站简称为枕二，沙坪一级水电站简称为沙一)，枕二导流系统风险具体计算流程如下：①输入枕二导流系统相关水文和水力参数，确定Monte-Carlo方法的模拟总次数N。②基于调洪演算得到N组堰前水位分布及下泄流量过程线，判断导流系统是否发生风险。③统计枕二导流系统风险发生总次数λA，得到枕二导流系统的风险率P(a)=λA/N。

假定事件a为枕头坝二级导流系统失效，事件b为沙坪一级导流系统失效，根据贝叶斯公式[14]，则有

表5 梯级施工导流风险率

经过多年工程实践证明，洪水过程受多种复杂因素影响，随机变量总体分布难以确定，我国一般假定洪峰流量服从P-Ⅲ型分布。导流建筑物的泄流能力与建筑物的过水断面面积、湿周、底坡和糙率等水力参数相关，过水断面面积、湿周和底坡近似服从正态分布，糙率一般认为服从三角形分布。

4.3 成果分析

从表5可以看出：

(1) 对比方案一和方案二、方案三和方案四，在同步建设条件下，枕头坝二级水电站导流系统导流标准越高，沙坪一级水电站导流系统风险越低。

儒家追求尽心而成性，进而到达圣人之境，最终拥有理想的人格。“圣人”始终是儒家所求的理想人格的代称，由此，儒家认可的理想人格最直接的标准就是圣人所代表的概念。而胡宏对此的理解，不仅对许多先贤大儒的众多理论予以了承继，而且还进行了积极的探究，进而使其提出的圣人理论极具个人特色。

(2) 4个方案的水库连溃风险都超过80%，说明上游枕头坝二级水电站溃堰后，下游沙坪一级水电站的施工导流风险很大。

市场成交价比较法是将相同或相似的林木资源资产的现行市场成交价格作为基础，计算拟核算对象经济价值的方法。参照对象一般应选取三组以上的已成功交易的可参照案例对象。其计算公式为：

(3)方案一中单独建设时沙坪一风险率为4.61%，枕二级未失效时沙坪一风险率为3.82%，由此可知，在不考虑连溃的情况下，由于枕头坝二级水电站具有蓄泄的功能，沙坪一级水电站导流系统风险得到降低。

(4) 对比同步建设沙坪一风险率与单独建设时沙坪一风险率可知，考虑枕头坝二级梯级溃堰影响后，同步建设时的下游水电站导流风险要高于单独建设时。

(5)方案二中枕头坝二级导流风险率2.65%要低于方案三中的4.21%，下游导流风险率5.98%也低于方案三中的6.21%，由此可知，考虑水库连溃风险，提高枕头坝二级导流标准比提高沙坪一级导流标准更能有效降低两个水电站的施工导流风险，方案二要优于其他方案。

在中小学的语文、数理化等领域，时常会有鼓励学生拓展和创造的各种活动和比赛。而中小学的英语界，除了应试类型的比赛，就鲜有看到其他活动和赛事。该现象表明英语教育界对活动和赛事的激励导向意识不足，还体现了其对中小学生英语能力的信心不足，也侧面体现了其对现有体制下英语教育水平的信心不足。该现象对市场起到了对相关英语资源的催生刺激缺乏的负面效应。

5 结 论

本文基于Monte-Carlo方法建立了梯级施工导流风险模型，运用贝叶斯公式将枕头坝二级导流风险及水库连溃风险相结合，通过风险计算分析了沙坪一级电站水电站施工导流系统风险，讨论了同步建设环境下上游导流系统对下游导流系统的影响。导流风险计算结果表明，在梯级水电站同步建设环境下，枕头坝二级水电站导流系统的蓄泄能在一定程度上可降低下游水电站导流系统风险。但由于两电站相距较近，且水库连溃风险较大，沙坪一级水电站导流系统风险反而因枕头坝二级水电站的建设而变大。因此，相较于提高沙坪一级水电站导流标准，提高枕头坝二级水电站的导流标准更能有效地降低沙坪一级施工导流风险。风险计算结果符合工程实际和客观认知，证明了梯级施工导流风险模型及风险度量方法的合理性，给梯级施工导流系统的导流标准决策提供了依据。

本文旨在描述枕头坝二级水电站导流系统对沙坪一级水电站导流系统风险的影响。而两水电站相距较近，故文中对区间洪水特征及其对下游水电站风险的影响涉及较少，还需进行专门研究。且溃堰方式分瞬间溃和渐进溃，仍需针对不同情况改进文中水库连溃风险的计算方法。

致谢:本文研究过程中，得到了中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司黄维正高级工程师、任金明正高级工程师、周元高级工程师、胡小禹高级工程师、邱亚锋高级工程师等专家指导和帮助，在此表示感谢!