張國健

（淄博市萌山水庫管理處 255318）

事故樹分析法（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）是系統(tǒng)工程進行安全分析的重要方法，它能對不同種類工作系統(tǒng)的危險性、危險源進行辨識和評價，不僅能分析出造成系統(tǒng)失事的直接原因，而且能深入地揭示出潛在的危險因素。用它描述系統(tǒng)事故的因果關(guān)系直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，既可定性分析，又可定量分析。因此，把事故樹分析方法引入到萌山水庫樞紐工程防洪安全系統(tǒng)險情分析中，對水庫防汛抗洪、建立險情應(yīng)急機制、制定防洪預(yù)案、保障水庫安全具有重要意義。

1 事故樹分析法基本程序

a.熟悉系統(tǒng)。系統(tǒng)是我們研究對象的整體集合。充分了解萌山水庫水利樞紐系統(tǒng)信息，是進行事故分析的基礎(chǔ)，內(nèi)容包括系統(tǒng)組成、運行程序、各種重要參數(shù)、工作狀態(tài)。

b.確定系統(tǒng)頂端事件。頂端事件是我們所要分析的對象事件。根據(jù)水利工程特點及萌山水庫主要功能，分析水庫樞紐工程系統(tǒng)發(fā)生異常情況后，能造成的后果嚴(yán)重、損失重大、人們期望值最小的事件，作為分析的頂端事件。

c.調(diào)查事故和原因事件。在對萌山水庫樞紐工程系統(tǒng)進行歷史災(zāi)害實例、危險事故統(tǒng)計基礎(chǔ)上，廣泛調(diào)查、分析所能預(yù)想到的危險事故，不僅包括研究對象發(fā)生的事故，也包括同類工程系統(tǒng)發(fā)生的事故。調(diào)查與事故有關(guān)的所有原因事件和各種因素，包括系統(tǒng)自身隱患、外力因素、天氣因素、設(shè)備故障、操作者的失誤、管理和指揮錯誤、環(huán)境因素等，盡量詳細(xì)查清原因和影響。

d.畫出事故樹。根據(jù)調(diào)查整理的資料，從頂端事件起進行演繹分析，一級一級地找出所有直接原因事件，直到所要分析的深度，按照其邏輯關(guān)系，畫出事故樹。

e.定性分析與定量分析。定性分析要求根據(jù)事故樹結(jié)構(gòu)進行化簡，列出布爾表達(dá)式，經(jīng)計算，求出最小割集，確定各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序。定量分析是根據(jù)各基本事件的發(fā)生概率求出頂端事件的發(fā)生概率。

事故樹分析程序中重點包括了定性和定量分析兩大類。從實際應(yīng)用而言，由于萌山水庫自1958年建庫以來，水庫流域內(nèi)雨洪資料不完整，建筑物運行狀態(tài)無實測記錄數(shù)據(jù)，且目前水利行業(yè)對水工設(shè)備的事故率和操作失誤率無相關(guān)統(tǒng)計和實測資料，故給相關(guān)數(shù)學(xué)模型的建立和定量分析帶來很大困難或不可能進行，因此本文在事故樹分析中，只進行定性分析。

f.制定預(yù)防事故措施。在定性（或定量）分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)各可能導(dǎo)致事故發(fā)生的基本事件組合（最小割集)的可預(yù)防的難易程度和重要度，結(jié)合系統(tǒng)管理者的實際能力，定出具體、切實可行的預(yù)防措施，并付諸實施。

2 研究對象概況

萌山水庫坐落于淄博市周村區(qū)萌水鎮(zhèn)，是一座以防洪為主、兼顧工農(nóng)業(yè)供水的全國防洪重點中型水庫。水庫總庫容9025萬m3，控制流域面積288km2。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。水庫流域多年平均年降水量672mm，汛期降水集中，6～9月降水量占全年的73%左右。

水庫樞紐工程包括大壩、溢洪道和輸水洞三部分。大壩為粘土寬心墻壩，全長650m，最大壩高32.30m，壩頂寬7m；溢洪道位于大壩左端，建有6孔平底溢洪閘，裝有6m×4.5m平板鋼閘門，最大泄洪流量1338m3/s；輸水洞位于大壩樁號0+507處，為廊道式鋼筋混凝土內(nèi)襯夾砂玻璃鋼管，設(shè)計最大流量33.2m3/s。水庫樞紐工程地震設(shè)防烈度為7度。水庫流域內(nèi)自1956年以來先后建成小型水庫14座，總控制流域面積ll3km2，總庫容905 萬 m3。

萌山水庫壩址以下有淄博市中心城區(qū)張店、高新區(qū)和周村城區(qū)等經(jīng)濟發(fā)展重地，距離分別為18km和10km，還有膠濟鐵路、慶淄路（慶云～淄川）、309國道、濟青和濱博高速公路以及周村軍用機場等國家重要基礎(chǔ)設(shè)施和國防設(shè)施，水庫樞紐工程失事將會對下游造成災(zāi)難性后果，因此萌山水庫防洪位置十分重要，保障作用顯著，對淄博市經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃布局影響重大。

2.1 研究對象歷史事故資料統(tǒng)計

2.1.1 水庫興建以前流域內(nèi)發(fā)生的歷史災(zāi)害

水庫流域曾發(fā)生過3次大洪水，分別發(fā)生于1900年、1921年和1942年。距大壩下游河道1km處的李家營斷面洪峰流量分別為 1900年 2400m3/s、1921年1190m3/s、1942 年 608m3/s。

經(jīng)調(diào)查，水庫流域未發(fā)生地震、地質(zhì)等災(zāi)害。

2.1.2 水庫興建以來樞紐工程發(fā)生的歷史災(zāi)害及搶險等情況

a.1961年1月10日，大壩背水坡0+370～0+380處出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，滲流量達(dá)5.2L/s，壩下游滲流量達(dá)25L/s。

b.1974年4月2日，水庫水位81.67m，水庫大壩壩前護坡受西南風(fēng)襲擊遭受破壞，出現(xiàn)長500m、寬4～5m的干砌護坡石翻動塌陷下滑，有的地方形成沖坑，沖坑深0.5m，危及大壩安全。

c.1979年1月6日，水庫水位82.03m，水庫壩前護坡遭遇7級強勁西南風(fēng)，再次遭受破壞。損壞護坡長600m、寬4m，砌石翻動下滑，形成沖坑，坑深達(dá)0.6m。

d.1985年4月29日，大壩壩面高程78.85m處遭遇8級西南風(fēng)襲擊，遭受破壞，損壞坡長450m、寬10m，沖坑深0.5m。

e.1986年4月18日，壩前護坡81.16m處有長360m、寬1.5m的區(qū)域遭受7級風(fēng)浪破壞，護坡石塌動下滑，形成深0.2m的沖坑。

f.1987年9月19日，庫水位75.58m，西南風(fēng)8級，風(fēng)浪較大，壩前護坡長36m、寬2.5m的干砌石護坡翻動下滑形成沖坑，坑深達(dá)0.3m。

g.1995年5月8日，庫水位79.64m，大壩79.0～80.0m高程間迎水面護坡石被風(fēng)浪沖擊淘刷，局部護坡石被沖走，有長約600m、寬2.5m的護坡發(fā)生變形。

h.1997年8月，受11號臺風(fēng)影響，水庫壩前坡80.0～82.0m高程間，樁號0+177～0+534段4處漿砌石護坡再次遭受風(fēng)浪沖擊，損壞嚴(yán)重，總長達(dá)357m、寬5.0m，共計 1785m2。

i.1997年 9月 11～13日，萌山水庫流域降雨113mm，13日10時庫水位達(dá)83.02m，超汛限水位0.72m，為確保大壩安全，于9月13日和10月5日先后兩次自溢洪閘泄洪。泄洪結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)溢洪道0+715～0+820段右岸沖毀東干過河渠堤腳，面積達(dá)3150m2，最大深度5.5m，直接威脅大壩和東干渠的安全運行，左岸沖毀面積2625m2，沖毀最大深度6.5m。

j.1998年3月，春灌放水期間，輸水洞鋼絲繩在提升閘門過程中突然斷裂。

2.2 危險因素分析

萌山水庫是一座以防洪為主的重點中型水庫，防止水庫樞紐工程失事是水庫管理工作的第一要務(wù)，因此對其進行工程系統(tǒng)災(zāi)害事故危險辨識非常具有重要性和必要性。由于萌山水庫防洪系統(tǒng)涉及面廣、影響因素較多，因而存在的危險因素很多，有較為明顯的，也有較為隱蔽的，如：導(dǎo)致萌山水庫樞紐工程失事的風(fēng)險事件有遇洪水出現(xiàn)、大壩樞紐工程自身出現(xiàn)事故等，因此首先需要找出能造成失事的因素：洪水漫頂、管涌流土、壩坡失穩(wěn)、溢洪道垮塌、溢洪閘啟閉故障等，再根據(jù)確定的原因，分析可能的后果，如垮壩或局部結(jié)構(gòu)物失事等。在這一分析過程中，如要將所有的風(fēng)險和引發(fā)的原因全部予以考慮，將使問題過于復(fù)雜化。因此必須找出主要矛盾，從而使問題的分析得以簡化。

經(jīng)分析，可能導(dǎo)致萌山水庫水利樞紐工程出現(xiàn)重大險情的主要因素見下頁表。

3 繪制事故樹

3.1 繪制步驟

事故樹是繪制的事故發(fā)展過程的樹狀圖樣模型。從已發(fā)生或設(shè)想的事故結(jié)果即頂端事件用邏輯推理的方法尋找造成事故的原因。事故樹分析與事故形成過程方向相反，因此是逆向分析程序。事故樹編程步驟如下：

a.確定分析系統(tǒng)的頂端事件。

b.找出頂端事件的各種直接原因，并用“與門”或“或門”與頂端事件連接。

萌山水庫引起險情的主要因素與險情狀況分析表

c.把上一步找出的直接原因作為中間事件，再找出中間事件的直接原因，并用邏輯門與中間事件連接。

d.反復(fù)重復(fù)步驟c，直到找出最基本的原因事件。e.繪制事故樹圖并進行必要的整理。

3.2 事故樹圖

以萌山水庫樞紐工程失事為頂端事件，對可能造成萌山水庫樞紐工程失事的各種事件進行事故原因歸納辨析，繪制事故樹圖（見下頁圖）。

4 事故樹分析計算

4.1 求事故樹最小割集

通過計算事故樹最小割集，從而得出導(dǎo)致萌山水庫樞紐工程失事可能發(fā)生的途徑個數(shù)。

采用布爾代數(shù)法求事故樹最小割集：

經(jīng)計算可得事故樹的最小割集為47組，任何一組最小割集里的基本事件同時發(fā)生，必然導(dǎo)致頂端事件發(fā)生，因此，確定可能導(dǎo)致萌山水庫樞紐工程失事發(fā)生的途徑共有47條。

4.2 結(jié)構(gòu)重要度分析

經(jīng)計算基本事件的結(jié)構(gòu)重要度數(shù)值，按數(shù)值大小排序。

結(jié)構(gòu)重要度順序為：I(22)=I(25)=I(27)=I(26)=I(23)=I(24)＞I(18)=I(19)=I(20)=I(21)＞I(32)=I(34)=I(35)=I(36)=I(37)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(8)=I(15)=I(16)=I(17)=I(9)=I(28)=I(33)=I(1)=I(2)=I(29)=I(30)=I(31)＞I(6)=I(7)=I(5)=I(4)=I(3)，即溢洪道泄洪故障啟閉系統(tǒng)、閘門、引水渠堵塞等所屬基本事件的結(jié)構(gòu)重要度最大，其重要性在系統(tǒng)中占首位，其次為放水洞泄洪故障所屬基本事件。

5 結(jié)論與建議

從繪制的萌山水庫水利樞紐工程失事事故分析樹來看，圖中共列出37個基本事件，確定可能導(dǎo)致萌山水庫樞紐工程失事發(fā)生的途徑共有47條。經(jīng)分析計算，溢洪道泄洪故障啟閉系統(tǒng)、閘門、引水渠堵塞等所屬基本事件的結(jié)構(gòu)重要度最大，其重要性在系統(tǒng)中占首位。因此，保障溢洪閘泄洪系統(tǒng)的正常運行，是防止萌山水庫樞紐工程失事的重要措施。

萌山水庫防洪位置十分重要，對防洪安全要求高。因此，在水庫防汛管理中，建議按事故樹分析結(jié)論得出的結(jié)構(gòu)重要度高低順序，對重點設(shè)備、重要結(jié)構(gòu)部位建立重點檢查、定期檢查、經(jīng)常檢查制度，并編制搶險預(yù)案，有針對性地進行培訓(xùn)、演練。

[1]王金花.水庫大壩安全監(jiān)測鑒定評價新標(biāo)準(zhǔn)與除險加固工程技術(shù)及洪災(zāi)風(fēng)險評估預(yù)控實用手冊.寧夏大地音像出版社，2005：1261-1289.

[2]閆志銘，武建國.事故樹在分析采煤工作面瓦斯爆炸事故原因中的應(yīng)用.礦業(yè)安全與環(huán)保.2002（5）：43－44，47.