陳安玲

(新疆兵團(tuán)第四師霍爾果斯河流域灌溉管理處，新疆 伊犁 835223)

小型水庫安全運行風(fēng)險的不確定性研究

陳安玲

(新疆兵團(tuán)第四師霍爾果斯河流域灌溉管理處，新疆 伊犁 835223)

我國目前的小型水庫數(shù)量非常多,但運行狀況堪憂,沒有合理有效的安全監(jiān)測體制,安全管理能力不足,水庫運行存在很大的風(fēng)險。長時間以來,對水庫安全主要是以定性評價為主,沒有定量的評價體系,不能對下游小型水庫的危害狀況和病險水庫做出準(zhǔn)確判定。本文將以水庫運行風(fēng)險的不確定性為灰色系統(tǒng),建立功能函數(shù),對小型水庫安全運行風(fēng)險因素的不確定性進(jìn)行分析研究。

小型水庫;正常運行;風(fēng)險;不確定性

小型水庫在供水、灌溉、發(fā)電、防治洪澇災(zāi)害等多方面都有非常重要的作用，是我國水利工程不可缺少的一個組成部分。我國的小型水庫數(shù)量非常多，但是大部分小型水庫存在很嚴(yán)重的管理問題，比如:沒有專門的管理機(jī)構(gòu)，沒有專業(yè)的管理人員，沒有專業(yè)的維修保養(yǎng)費用，水庫工程老化程度嚴(yán)重等。其中一些小型水庫因為缺少足夠的配套資金，不能做好水庫加固工作，使得其安全運行風(fēng)險存在多樣性、隨機(jī)性、不確定性等特征。因此，就必須通過運行風(fēng)險研究，量化水庫運行風(fēng)險的不確定性，以便為管理工作者提供有力的決策依據(jù)。

1 小型水庫安全運行風(fēng)險分析

小型水庫安全運行風(fēng)險分析，就是指水庫運行管理工作者對有可能造成大量損失的運行風(fēng)險因素在整體上做出分析和權(quán)衡，進(jìn)而評價估算出其運行風(fēng)險的程度，水庫風(fēng)險分析主要有風(fēng)險識別、風(fēng)險預(yù)估和風(fēng)險評價3方面的內(nèi)容。

(1)識別小型水庫存在的風(fēng)險。對小型水庫做出風(fēng)險識別就是要在相關(guān)的風(fēng)險狀況發(fā)生之前，水庫安全操作人員就要運用各種方法，認(rèn)真分析可能出現(xiàn)的風(fēng)險并做出正確的判斷，指出風(fēng)險存在的根本原因，它是整個水庫安全運行風(fēng)險分析的最基礎(chǔ)過程，具體過程如圖1所示。

圖1 水庫風(fēng)險識別步驟

小型水庫的風(fēng)險識別有以下幾種:①水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)不足。小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)不足的原因有:沒有規(guī)整的水庫溢洪道，有些溢流道很狹窄，無法充分地泄流，當(dāng)有大洪水時，水位就會超過防洪標(biāo)準(zhǔn)，更甚地還會達(dá)到壩頂。剛開始修建水庫時，設(shè)計的防洪標(biāo)準(zhǔn)低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。水庫的這種風(fēng)險很可能造成潰壩。②水庫大壩質(zhì)量不合格。小型水庫施工人員技術(shù)水平不高，設(shè)備不先進(jìn)，質(zhì)量控制不科學(xué)，導(dǎo)致水庫大壩質(zhì)量不合格。③水庫出現(xiàn)滲漏。水庫大壩滲漏主要有:壩體滲漏、圍繞大壩滲漏、壩基滲漏。它是最常出現(xiàn)的安全運行風(fēng)險。大壩發(fā)生滲漏時，就會把壩體的浸潤線抬高，使壩體原材料的性能極大地下降，甚至?xí)?dǎo)致水庫大壩塌垮［1］。④水庫出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象?；虏粌H破壞了大壩結(jié)構(gòu)，對大壩安全造成直接的影響，而且還有可能把水庫溢洪道堵塞，或者是形成很大的浪潮，對大壩造成嚴(yán)重沖擊。⑤水庫運行管理不足。目前，小型水庫在運行管理上存在很大的漏洞和缺陷，會帶來嚴(yán)重的安全運行風(fēng)險。⑥多種自然因素。自然災(zāi)害對水庫整體結(jié)構(gòu)的破壞也不能忽視，會對水庫大壩的安全造成威脅。

(2)小型水庫風(fēng)險預(yù)估。對于小型水庫來說，非常大的風(fēng)險是潰壩。水庫的潰壩風(fēng)險屬于不確定性風(fēng)險，對其進(jìn)行預(yù)估時，一般采用計算風(fēng)險變量概率的方法，下面主要以一次二階矩陣法對小型水庫的潰壩風(fēng)險進(jìn)行預(yù)估。

在風(fēng)險變量是正態(tài)分布的前提下，運用一次二階矩陣法算出的概率風(fēng)險值是最準(zhǔn)確的?？墒撬畮斓陌踩\行受多種內(nèi)外因素的影響很大，并不是所有的運行風(fēng)險變量都符合正態(tài)分布［2］。因此，這里把非正態(tài)分布的風(fēng)險變量轉(zhuǎn)變成等價正態(tài)分布，轉(zhuǎn)變以后，得出的分布函數(shù)C D F的值、概率密度函數(shù)P D F的值和以往不是正態(tài)分布的數(shù)值相同，計算公式如下:

(3)水庫風(fēng)險評價。水庫大壩的風(fēng)險評價除了水庫自身的風(fēng)險因素外，還有經(jīng)濟(jì)風(fēng)險因素、社會環(huán)境與生命風(fēng)險因素等。下面介紹我國小型水庫的風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 小型水庫安全運行風(fēng)險事件發(fā)生的定性描述和概率

2 灰色-隨機(jī)風(fēng)險評價方法

(1)灰色-隨機(jī)風(fēng)險分析。如果把整個小型水庫看成一個灰色系統(tǒng)，其中變量是每一個風(fēng)險因素，可以用向量 X g=(X g1，X g2，…，X g6)來表示，這幾個變量都可以用函數(shù)和密度函數(shù)表示的灰色概率分布表示，小型水庫發(fā)生事故的臨界狀態(tài)表示為g(X g)=0［3］。所以，小型水庫發(fā)生事故的風(fēng)險概率就是g(X g)＜0。

g(X g)=0表示的是一個臨界面，臨界面到原點的最短距離可以用向量d=(d1，d2，…，d2n)來表示，整個水庫風(fēng)險值的大小主要用距離的遠(yuǎn)近來反映，距離越近，值也就越大;相反，距離越遠(yuǎn)，值就越?。?］。所以，就可以用全部最短距離的最小值和最大值來表示小型水庫安全運行的風(fēng)險性，也就是［m i n(d)，m a x(d)］。小型水庫發(fā)生風(fēng)險的概率就可以表示為:

(2)灰色-隨機(jī)風(fēng)險概率的計算。因為小型水庫的影響因素很多，結(jié)構(gòu)相對簡單，并且資料經(jīng)常不全，運用式(3)計算時，就會影響其準(zhǔn)確性。因此，可以換成一次二階矩法來計算，把上式中的灰色-隨機(jī)風(fēng)險概率改為正常的隨機(jī)風(fēng)險概率，再根據(jù)一次二階矩法把不同風(fēng)險因素導(dǎo)致的小型水庫潰壩的概率計算出來［5］。根據(jù)變量 X g的變化對 R g大小造成的影響，設(shè)定不同因素的一、二階矩數(shù)值的兩個組合，就可以在其中一個組合里把水庫的最小風(fēng)險概率值R g計算出來，在另一個組合中計算出水庫最大風(fēng)險概率值R*，那么小型水庫的風(fēng)險概率可以表示為:

3 實例分析

(1)某小型水庫概述。某小型水庫在河流的中段位置，總?cè)輲焓?45萬 m3，大壩是均質(zhì)土壩，壩頂長155m，寬6m，壩頂高程是78m，水庫下游有大量的村鎮(zhèn)分布和農(nóng)田。如果水庫發(fā)生安全運行風(fēng)險，將會帶來非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失［6］。

(2)該水庫風(fēng)險識別。依據(jù)水庫安全運行鑒定結(jié)果，該小型水庫主要有下面幾個風(fēng)險因素:防洪標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險、水庫滲漏風(fēng)險、水庫工程質(zhì)量不合格風(fēng)險、安全運行管理風(fēng)險［7］。

(3)水庫風(fēng)險分析。用 X 1，X 2，X 3，X 4表示上面4類風(fēng)險因素，將該水庫的風(fēng)險因素看成是一般正常發(fā)生的事件，其概率的計算公式［8］是:

接著對小型水庫的概率風(fēng)險進(jìn)行計算，先將非正態(tài)分布的變量轉(zhuǎn)變成等價正態(tài)分布，計算的結(jié)果見表2。

表2 該小型水庫安全運行風(fēng)險因素參數(shù)值

(4)該水庫風(fēng)險評價。把上述風(fēng)險因素與表1進(jìn)行對比分析，可以看出，該水庫出現(xiàn)潰壩問題的風(fēng)險概率為可能發(fā)生事件。其風(fēng)險因素從小到大分別為安全運行管理、防洪標(biāo)準(zhǔn)、水庫工程質(zhì)量、水庫滲漏，最大的風(fēng)險是水庫滲漏，最小的風(fēng)險是運行管理［9］。風(fēng)險程度相對而言還是很高的，應(yīng)該及時采取措施進(jìn)行加固。

4 結(jié)語

綜上所述，小型水庫安全運行的風(fēng)險種類繁多，而且難以確定，不同的運行風(fēng)險互相依賴和影響。由于小型水庫安全運行的風(fēng)險具有不確定性，因此，對水庫風(fēng)險分析主要從風(fēng)險識別、風(fēng)險預(yù)估和風(fēng)險評價3方面進(jìn)行，再根據(jù)具體的風(fēng)險因素，運用灰色-隨機(jī)風(fēng)險概率的計算方法，構(gòu)建風(fēng)險因素概率函數(shù)，計算出水庫安全運行的隨機(jī)風(fēng)險概率。

［1］李超，劉經(jīng)強(qiáng)，王愛福，等.小型水庫群壩風(fēng)險指數(shù)排序分析方法研究［J］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，43(04): 564-568.

［2］曹懷園.潰壩風(fēng)險分析方法研究及其在小型水庫中的應(yīng)用［D］.西安理工大學(xué)，2012.

［3］李超.小型水庫潰壩風(fēng)險分析研究［D］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［4］李超，李天科，郭清華，等.小型水庫群壩潰壩風(fēng)險分析方法研究［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2010，28(02):55-58.

［5］宋怡斌.淺析小型水庫運行管理中風(fēng)險與防范措施［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2013(20):256.

［6］舒玉萍，羅江榮.小型水庫的安全問題與對策［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013(10):40.

［7］白子昕，水庫除險加固之水閘設(shè)計探究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014(02):50-51.

［8］黃曉麗.關(guān)于加強(qiáng)小型水庫安全管理的思考［J］.中國水利，2013(18):40-41.

［9］余海洋，加強(qiáng)水庫管理 提高運行能力［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015(01):44-45.

T V 697.1

B

1008-1305(2016)05-0007-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.004

2015-08-08

陳安玲(1978年—)，女，工程師。