朱隈水库大坝风险评价

刘昭阳

(大连宏岩水利工程有限公司，辽宁 庄河 116400)

1 工程概况

朱隈水库位于庄河西支流上，工程始建于1958年3月，同年7月建成蓄水。水库控制面积260.1km2，占全流域的42.1%，多年平均入库径流量9886万m3，校核和设计洪水分别为2000a一遇、100a一遇，校核和兴利库容分别为16562万m3、11166万m3。水利工程由主坝一座、副坝四座、输水洞两座、溢洪道一座组成，两座输水洞最大泄水量22.2m3/s，承担着灌区水田输水任务，同时兼具泄洪作用，溢洪闸最大泄量为610m3/s。该水库是一座集供水、排涝、灌溉、水产养殖、发电和旅游等功能于一体的大(2)型水利工程，为大连、庄河等地区重要的饮用水源地。截止2018年现已服役运行近60a，在特殊的历史背景下兴建的水利枢纽，其勘测、设计及施工方面均存在较多缺陷，加之维修管理不善和建设期资金的缺乏，给水库大坝留下了许多安全隐患。因此，有必要采取科学的方法量化评估朱隈水库大坝风险状况[1-6]。

2 水库大坝风险指数模型

2.1 大坝脆弱度

水库大坝运行受多种不确定性因素的综合影响，因此对其风险评价属于一种综合分析[7]。近年来，诸多学者在大坝风险分析方面做了许多研究，提出了脆弱度法、全概率法、随机模拟法、极限状态法、微分方程法等理论。其中，脆弱度是指水库大坝发生事故或存在安全缺陷的程度，其概念较溃坝概率存在较大差异，水利工程检查时存在的隐患为脆弱度关注的重点内容，经整理统计后确定脆弱程度。考虑到影响水库安全的因素较多、且各要素间关联复杂等特征，应先计算分析单个要素的脆弱度，结合彭雪辉等[8]相关文献提出大坝脆弱度计算式为：

(1)

式中：AEF、C为年超越率和大坝不安全系数，潜在和实际缺陷取5、10；Vi为单要素脆弱度；S1、S2、S3为评价标准与大坝现状的差别、特征关联度和临时措施无效程度，其中S1值位于0-1范围、S2和S3一般取1。

采用加权运算法和单要素脆弱度评价结果，利用式(2)确定水库大坝的综合脆弱度指数，计算式为：

(2)

2.2 风险等级划分

水库风险评价种应考虑溃坝后果，其中环境破坏、生命损失、社会和经济损失为溃坝后造成的主要损失，文章依据周克、李雷[9]等研究成果确定溃坝后的生命损失；采用分类损失法、系数折减法确定直接和间接经济损失，折减系数为0.65；参考王仁钟等[10]提出的方法确定环境破坏和社会影响等。

将溃坝后的损失标准依据李雷、彭雪辉等文献资料分级，并对环境和社会、经济、生命损失权重利用王仁钟等有关资料设定为0.157、0.105、0.738，最终确定的综合分级和溃坝后果系数见表1。

表1 朱隈水库溃坝后果系数和综合分级

2.3 风险评价模型

根据溃坝后果综合指数和水库脆弱度综合系数，利用下式确定大坝风险指数，即：

F=V总×10SJ

(3)

式中：SJ、F为溃坝后果综合指数和水库大坝风险指数；V总为脆弱度指数；

3 水库大坝风险评价

3.1 缺陷脆弱度综合指数

考虑到朱隈水库运行管理、维修养护等数据较少的实际情况，文中所用相关数据主要来源于现场巡查记录和大坝安全鉴定报告等资料，结合专家意见和水库运行情况确定潜在和实际缺陷，然后对朱隈水库的脆弱度利用上述计算方法进行分析，结果见表2。

表2 朱隈水库大坝的脆弱度综合指数

3.2 后果系数确定

根据朱隈水库除险加固验收报告、安全鉴定报告、相关工程检验和现有研究资料，粗略估算水库大坝的后果系数。参考周克、李雷等研究成果确定生命损失，设定朱隈水库预警时间、洪水强度和风险人口，从而确定其生命损失，详细流程为：①结合朱隈水库管理单位提供的有关资料和安全鉴定报告，获取水库风险入口位置，并作为生命损失估算的重压依据；②依据朱隈水库位于低山丘陵地形的轻，其坝高处于25-68m范围，为中型坝体，因此洪水强度计算依据以水库库容为主，洪水强度采用内插法确定；③参考现有成果和工程防洪要求，将洪水警报分为充分、部分和无预警3个等级，所对应的预警时间为超过60min、60-15min、低于15min。对于生命损失的计算选取60min、15min两个预警时间节点，最终的生命损失为其平均值。根据以上计算流程和方法，预测评估朱隈水库的生命损失风险，见表3。从表3可知，该水库若发生溃坝将造成158人生命损失的重大安全事故[11-15]。

表3 朱隈水库生命损失预测

根据朱隈水库管理局提供的下游地区居民点房屋损失面积、重要交通基础设施、农作物面积等计算数据，综合确定水库溃坝后的经济损失。结合当地类似灾害造成的损失调查资料和城镇居民家庭的经济特征，设定人均综合损失指标为每人9200元。依据以上资料和计算思路，获取朱隈水库发生溃坝风险造成的财产损失为3.18亿元，经济损失为特别重大等级。

在生态环境和社会影响方面，朱隈水库承担着下游地区约8333hm2农作物和沿河9.5万人的安全，对水库周边基础设施和交通干线正常运行发挥着重要作用。水库大坝的生态环境和社会经济影响指数利用王仁钟等研究成果计算，结果为27.52，达到特别重大等级。根据环境和社会、经济、生命损失权重为计算结果提取相应的溃坝后果系数，确定朱隈水库大坝最终的风险等级为3级。

3.3 风险指数计算

根据溃坝后果系数和脆弱指数计算结果，对朱隈水库的风险指数采用公式(3)求解，见表4。根据表4可以看出，朱隈水库的脆弱度综合指数为5.12，可见工程设计标准和运行现状较为接近，水库大坝发生溃坝的概率较低，但溃坝后果系数处于特别重大等级，即达到3级水平。研究表明，水库大坝若发生溃坝将严重威胁着下游生态环境、社会经济和生命安全。根据风险指数计算结果，该水库大坝为中等风险，为进一步提升水库的安全性能应加强日常管理和维修养护。研究成果可为消除水库安全隐患，完善水库管理体系和加固效果评价方法提供科学的依据。

表4 朱隈水库风险指数值

4 结 论

选取庄河西支朱隈水库为研究对象，结合脆弱度理论和现有研究成果提出水库大坝风险评估模型，在实用性和可行性方面该评估方法具有明显的优势，可在一定程度上降低不确定因素对风险评估的影响。同时，该模型能够将大坝脆弱性分析与每次现场检查相对应，及时有效的反馈水库运行状况和管理维护效果，可为管理者制定有效的管理对策和方法提供科学的指导。评价过程中各影响因子具有模糊不确定性特征，尤其是社会环境影响、财产损失和生命计算等方面的计算较为复杂。文章结合相关研究资料尝试性改进了以往的方法，为进一步提升其应用价值还要不断的完善和深入研究溃坝后果评价方法。