潘傳柏 馬玉潔 楊夢云

摘要：為了避免因一線技術(shù)人員現(xiàn)場搶險方案的錯誤判斷而耽誤搶險時間，或因技術(shù)錯誤和搶險方案制定不及時而導(dǎo)致潰口，根據(jù)防汛搶險實踐和相關(guān)潰口失事案例，應(yīng)用事故樹分析法建立了現(xiàn)場搶險方案錯誤事故樹圖。依據(jù)事故樹分析基本原理，對堤防潰口的現(xiàn)場搶險方案錯誤實例進行了定性、定量分析。結(jié)果表明： 現(xiàn)場搶險方案錯誤共有7種事故模式，現(xiàn)場搶險方案的前瞻性、綜合性、針對性和有效性是防范現(xiàn)場搶險方案錯誤的側(cè)重點及主要控制方向。

關(guān)鍵詞：堤防潰口;事故樹理論;定性分析;定量分析;防汛搶險

中圖法分類號：TV871.3文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.005

文章編號：1006 - 0081（2021）08 - 0024- 04

0 引 言

目前，世界上最為常見的15種自然災(zāi)害中，因江河洪水泛濫而導(dǎo)致的經(jīng)濟損失及人身死亡事故長期居第一位。作為防御洪水的兩大主要防洪工程措施，在防洪減災(zāi)中，水庫潰壩、堤防潰口并不鮮見。例如，荊州就先后于1980，1998年兩次發(fā)生堤防潰口事故。王運輝[1]就防汛搶險技術(shù)進行了研究，劉亞蓮等[2]根據(jù)事故樹理論就堤防失事風(fēng)險進行了分析，但關(guān)于一線防汛搶險中現(xiàn)場搶險方案的研究卻鮮有論述。楊夢云[3-4]在重大險情潰口事故防范分析中，運用事故樹分析法構(gòu)建了潰口或漫溢事故樹，并將搶險方案錯誤作為中間事件，以此對相關(guān)基本事件進行了定性、定量分析，但該項研究中僅分析了2個導(dǎo)致?lián)岆U方案錯誤的基本事件。防汛搶險實踐性很強，學(xué)界關(guān)于現(xiàn)場搶險方案的研究基本上仍然處在盲區(qū)，尤其是關(guān)于防汛搶險中現(xiàn)場搶險方案的定性、定量分析，一直是防洪減災(zāi)研究中的空白。本文根據(jù)防汛搶險實踐和相關(guān)堤防汛期潰口失事案例，采用事故樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）法，建立現(xiàn)場搶險方案錯誤事故樹圖，通過定性、定量分析，找出現(xiàn)場搶險方案容易出現(xiàn)錯誤的關(guān)鍵因素，可為及時、正確制定搶險方案并根據(jù)水雨情和現(xiàn)場情況進行實時修正或修改提供依據(jù)。

1 事故樹分析方法

1.1 基本原理

事故樹分析法的基本原理是把不希望發(fā)生的事件作為頂上事件，層層分析與頂上事件有關(guān)的所有原因事件，一直分析到不能再分解或沒有必要分析的基本事件為止[5]，通過邏輯門符號將各層中間事件和基本事件連接起來，構(gòu)建事故樹圖。根據(jù)簡化計算結(jié)果，達到定性、定量分析的目的。

1.2 計算公式

1.2.1 最小割集與最小徑集

布爾代數(shù)法尤其適合于基本事件不太繁雜的分析。根據(jù)布爾代數(shù)的性質(zhì)，可把任何布爾函數(shù)化為析取和合取兩種標準形式。

1.2.2 結(jié)構(gòu)重要度

結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可按式（3）計算：

式中：[IΦi]為第[i]個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù);[Kj]為最小割集總數(shù);[nj]為第[i]個基本事件所在的最小割集[Kj]的基本事件總數(shù)。

1.2.3 頂上事件發(fā)生概率

用“與門”或“或門”連接的頂上事件發(fā)生概率可根據(jù)事故樹的結(jié)構(gòu)，分別用式（4）、（5）求得。

用“與門”連接的頂上事件的發(fā)生概率PT為

用“或門”連接的頂上事件的發(fā)生概率為

式中：qi 為第i個基本事件的發(fā)生概率;PT為頂上事件發(fā)生的概率。

1.2.4 基本事件的概率重要度

概率重要度系數(shù)[Igi]用式（6）計算。

式中：[Igi]為第i個基本事件的概率重要度系數(shù)。

1.2.5 基本事件的關(guān)鍵重要度

關(guān)鍵重要度用式（7）計算。

2 現(xiàn)場搶險方案錯誤實例

2.1 荊州市公安縣黃四咀潰口

1980年公安縣黃四咀第4次洪峰，原有清水洞的堤腳附近先后發(fā)生了5處小型管涌，且清水洞流量逐漸減小直至斷流。1980年8月4日08：00，外江水位大幅下降0.7 m后，5處原發(fā)小型管涌的其中一處管涌旁又出現(xiàn)新的管涌;15：30正式上報縣三防指揮部，“險情名稱渾水洞，洞徑5 cm（麻渾）少量帶砂，處理意見：內(nèi)反濾（圍井）不行外壓?！爆F(xiàn)場技術(shù)人員因意見分歧，最后未能及時制定搶險方案，在發(fā)現(xiàn)險情13 h后潰口[6]。

2.2 荊州市公安縣孟溪大垸嚴家臺潰口

1998年7月10日，公安縣虎渡河右岸孟溪大垸嚴家臺堤腳附近發(fā)現(xiàn)了2處小型管涌，現(xiàn)場處置方案為派守險勞力分班坐哨觀察;7月20日險情在水位平緩回落期的第1天第1次惡化后未做任何處置，現(xiàn)場處置方案仍是坐哨觀察;7月25日水位大幅快速上漲1.56 m后，原發(fā)險情附近出現(xiàn)新的管涌，原發(fā)險情第二次惡化，現(xiàn)場技術(shù)人員對新、舊2處管涌分別制定了導(dǎo)濾堆和圍井反濾方案，其后又將圍井導(dǎo)濾改為填黃土平臺內(nèi)壓的措施;僅2 d之后，水位于7月27日快速回落0.83 m，但險情不僅未隨著水位的大幅回落而好轉(zhuǎn)，反而出現(xiàn)第3次惡化，導(dǎo)濾堆疑似淤堵失效，滲水帶沙，內(nèi)壓的黃土蓋重也出現(xiàn)滲水，現(xiàn)場技術(shù)人員決定加高內(nèi)壓的黃土平臺并將涌水帶沙的二級導(dǎo)濾堆一起封埋。28 d內(nèi)險情3次惡化（圖1），8月7日0：00終致潰口。

2.3 現(xiàn)場搶險方案分析

根據(jù)公安縣黃四咀潰口技術(shù)調(diào)查情況報告，調(diào)查組于1980年10月13日對潰口險情做了技術(shù)鑒定，該處險情為“管洞水平穿堤”，屬穿堤管涌險情，當時雖有人提出圍井導(dǎo)濾和做外壓，但都未予以行動[6]，造成險情不斷惡化，以致潰口。但從調(diào)查報告全文看，上報時的處理意見為內(nèi)反濾（圍井）不行外壓。具體實施前，現(xiàn)場兩種意見主要分歧在于：井內(nèi)導(dǎo)濾材料到底是先砂后石，還是只用卵石不用砂。意見中忽視了現(xiàn)場搶險方案的時效性;而只用卵石不用砂的搶險方案更是有悖于管涌險情“導(dǎo)水抑沙”的搶護原則，未考慮到現(xiàn)場搶險方案的針對性和有效性，且搶險方案單一，沒有及時針對該“水平穿堤”管洞采取“堤外尋找洞口，用棉絮塞口，或做黏土外幫”等綜合性方案。

公安縣孟溪大垸嚴家臺潰口是經(jīng)典案例之一。該處險情在第10天出現(xiàn)第1次惡化后，沒有及時采取實質(zhì)性的搶險方案;同時未根據(jù)當時的水情、雨情預(yù)報，預(yù)估水位大幅上漲后險情可能的發(fā)展趨勢，沒有考慮現(xiàn)場搶險方案的前瞻性，而是被動坐守到1998年7月25日水位大幅快速上漲1.56 m后出現(xiàn)第二次惡化，導(dǎo)致原發(fā)管涌發(fā)展成管涌群，雖然實施了導(dǎo)濾堆和圍井導(dǎo)濾的搶險方案，但其后又將圍井導(dǎo)濾改為黃土平臺，使得搶險方案完全沒有針對性與有效性;以致于在該方案實施的第2天，雖然水位快速回落0.83 m，但險情不僅未隨著水位的大幅回落同步好轉(zhuǎn)，反而出現(xiàn)第3次惡化，而加高內(nèi)壓蓋重平臺并將處置原發(fā)險情時實施的二級導(dǎo)濾堆一起封埋的搶險方案，更是再一次違背了管涌險情“導(dǎo)水抑沙”的搶險原則。該處險情在28 d內(nèi)3次惡化，雖然反復(fù)警示，但在制定搶險方案時，既未考慮方案的前瞻性，也未考慮方案的針對性和有效性，終于在其后水位大幅上漲時潰口。

3 現(xiàn)場搶險方案錯誤事故樹的構(gòu)建與分析

3.1 事故樹構(gòu)建

從公安縣黃四咀潰口案例可以看出，現(xiàn)場搶險方案必須具有時效性、針對性和有效性。公安縣孟溪大垸嚴家臺潰口實例則進一步論證了現(xiàn)場搶險方案還應(yīng)結(jié)合水雨情趨勢和險情狀態(tài)，需具有一定的前瞻性。而在管涌的搶護中，部分技術(shù)人員在外坡填土或以不透水土工布堵截，將漏洞險情的“外堵內(nèi)導(dǎo)，堵導(dǎo)并舉，堵重于導(dǎo)”原則教條的套用在鉆孔、水井等類型的管涌險情上，存在著很大的盲目性，無明顯效果，既不合理，也不具可操作性，無疑違背了管涌險情“導(dǎo)水抑沙”的原則。根據(jù)實際案例，在潰口險情的搶險中，導(dǎo)致現(xiàn)場搶險方案錯誤的基本事件主要有針對性不強、時效性不強、缺乏有效性、可操作性不強、合理性不足、綜合性不夠、前瞻性不足等7項。根據(jù)FTA的基本原理，繪制事故樹，見圖2。

3.2 事故樹定性分析

3.2.1 最小割集

現(xiàn)場搶險方案錯誤事故樹的結(jié)構(gòu)表達式為

由布爾代數(shù)的吸收合并、化簡運算后共得到7組最小割集[8]：

3.2.2 最小徑集

最小徑集用事故樹表示為

根據(jù)布爾代數(shù)的等冪、吸收運算，化簡后得到1組最小徑集：

從以上分析計算看，最小割集有7組，即導(dǎo)致事故的發(fā)生有7種途徑，或者說有7種事故模式。如果不考慮每個基本事件發(fā)生的概率，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上看，任何方面都不能掉以輕心。

本例中最小徑集只有1組，如果不考慮每個基本事件發(fā)生的概率，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上看，每個基本事件都不容忽視。

3.2.3 結(jié)構(gòu)重要度

當事故樹結(jié)構(gòu)較為簡單時，一般通常遵循結(jié)構(gòu)重要度判斷“四原則”，循序判斷每一個基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的大小。根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度判別“四原則”，IΦ（1）=IΦ（2）=IΦ（3）=…=IΦ（7）;與最小割集和最小徑集的分析一致。

3.3 事故樹定量分析

3.3.1 頂上事件發(fā)生概率

荊江分蓄洪區(qū)僅1998，1999年所轄300余km堤防分別有險情275，104處，現(xiàn)場防汛搶險方案錯誤導(dǎo)致最嚴重的后果是堤防潰口。限于篇幅，本文采用了最具代表性的實例，即荊江分蓄洪區(qū)建成后所在行政區(qū)域支民堤的2個潰口實例。在此通過向基層具有20～40 a以上一線現(xiàn)場搶險經(jīng)驗的專家共45人發(fā)出4輪征詢，以其所經(jīng)歷的歷年歷次洪峰險情，即包括但不限于潰口決堤的一線搶險經(jīng)驗和教訓(xùn)打分?；诘聽柗品ǎ―elphi）對基本事件的發(fā)生概率進行專家評價后，得到針對性不強、時效性不強、缺乏有效性等7個基本事件 X1～ X7的發(fā)生概率如表1所示。

根據(jù)表1中基于德爾菲法（Delphi）的各個基本事件發(fā)生概率和搶險方案錯誤事故樹圖中的邏輯關(guān)系，以搶險方案錯誤作為頂上事件的發(fā)生概率為

3.3.2 概率重要度

從計算結(jié)果看：現(xiàn)場搶險方案前瞻性不足、綜合性不夠、針對性不強、缺乏有效性共4個基本事件（X7，X6，X1，X3）對頂上事件發(fā)生概率的影響較大。計算結(jié)果表明：當現(xiàn)場搶險方案前瞻性不足、綜合性不夠、針對性不強、缺乏有效性的發(fā)生概率下降50%時，搶險方案錯誤的發(fā)生概率為0.785 9;如果前瞻性不足等4個基本事件X7，X6，X1，X3的發(fā)生概率能夠得到有效控制，搶險方案錯誤的發(fā)生概率下降為0.408 6。

3.3.3 關(guān)鍵重要度系數(shù)

根據(jù)：

可計算出關(guān)鍵重要度系數(shù)：

關(guān)鍵重要度排序：

關(guān)鍵重要度計算結(jié)果表明： 關(guān)鍵重要度排序和概率重要度排序一致，進一步說明了應(yīng)將現(xiàn)場搶險方案前瞻性不足、綜合性不夠、針對性不強、缺乏有效性等4個基本事件，作為降低搶險方案錯誤發(fā)生概率的主要控制方向。

4 結(jié) 論

（1）現(xiàn)場搶險方案錯誤共有7種事故模式，本事故樹結(jié)構(gòu)中各基本事件發(fā)生概率不盡相同，但結(jié)構(gòu)重要度相同，在制定現(xiàn)場搶險方案時，應(yīng)注意控制并盡可能降低每一個基本事件的發(fā)生概率。

（2）對于潰口性險情，應(yīng)及時根據(jù)當時的水、雨情預(yù)報情況，并結(jié)合險情狀態(tài)預(yù)估險情發(fā)展趨勢，適當考慮現(xiàn)場搶險方案的前瞻性，避免險情得到控制后又因水情、雨情的變化而失控;對重大險情應(yīng)采取綜合性的搶險方案，做到內(nèi)外兼顧，并行搶護，即使是同類險情，也應(yīng)視險情所在的具體位置、出險處滲水的流量、出險處滲水的水色、堤外岸坡等具體情況，制定出具有針對性的一套或數(shù)套方案同時進行?，F(xiàn)場搶險方案的前瞻性、綜合性、針對性和有效性是有效防范現(xiàn)場搶險方案錯誤的側(cè)重點及主要控制方向。

（3）在防汛搶險中，把事故樹分析法引入到現(xiàn)場搶險方案錯誤的定性與定量分析中，為現(xiàn)場搶險方案的評估提出了一種新的評價方法，但目前基本事件的發(fā)生概率尚缺乏統(tǒng)計資料，有必要建立現(xiàn)場搶險方案錯誤的基本事件發(fā)生概率數(shù)據(jù)庫。

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（編輯：江 文）