梯級水庫群漫壩失事風(fēng)險分析及其應(yīng)急處置研究.pdf

1、隨著大江大河的規(guī)模化梯級開發(fā)，流域梯級水庫群系統(tǒng)的安全問題逐漸成為水利水電工程安全方面關(guān)注的新熱點(diǎn)。由于庫群系統(tǒng)受到地震、暴雨洪水等自然風(fēng)險和規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等人為風(fēng)險及上游水庫破壞與潰決等工程風(fēng)險的綜合影響，較之單體水庫，其風(fēng)險源更為復(fù)雜，破壞所影響范圍和程度也更大。然而，當(dāng)前階段要全面認(rèn)知各種可能風(fēng)險因素及其破壞模式并合理分析其對梯級安全影響的程度大小是不現(xiàn)實(shí)的，為此，本研究結(jié)合我國水電基地的分布特征及其所在流域復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境

2、，選取大渡河流域上游為研究對象，從水電站樞紐的安全角度發(fā)出，重點(diǎn)分析極端事件下研究區(qū)梯級水庫群的漫壩失事風(fēng)險，剖析庫群系統(tǒng)各元間風(fēng)險傳遞關(guān)系和累積效應(yīng)，建立基于概率分析基礎(chǔ)之上的定量化梯級水庫群風(fēng)險評估方法，識別出梯級水庫群中的薄弱環(huán)節(jié)，并進(jìn)一步針對系統(tǒng)中重點(diǎn)單元開展應(yīng)急處置研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1)綜合考慮大渡河干流近期開發(fā)目標(biāo)及流域地質(zhì)環(huán)境和工程經(jīng)濟(jì)因素，引入Bureau方法評估流域歷史最高地震和斷裂帶活動性兩種

3、情景下研究區(qū)各水庫的地震危險性，并進(jìn)一步采用DB-IWHR模型對重點(diǎn)水庫單元潰壩洪水過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:(1)該流域歷史最高地震背景下各水庫單元的地震危險性不高，均處于中等危險等級，符合大壩震害實(shí)情，而多斷層活動背景下雙江口水庫TRF達(dá)到高危險性等級、下爾呷水庫處于中等或高危險性等級，兩座水庫安全需予以高度重視;(2)從參數(shù)和系數(shù)的取值分析角度出發(fā)，DB-IWHR模型輸入數(shù)據(jù)簡單、概念清晰，更符合水力自然規(guī)律，其模擬結(jié)果合理，可較

4、好的反映強(qiáng)震作用下水庫的潰決特性。
　　2)將上游潰壩洪水的作用考慮到水庫漫壩失事風(fēng)險分析中，在具體評估水庫承擔(dān)的失事風(fēng)險率時，基于現(xiàn)有的模糊風(fēng)險分析模型嘗試采用直角梯形模糊數(shù)描述水庫漫壩失事的風(fēng)險指標(biāo)，結(jié)合α-截集技術(shù)將模糊集合轉(zhuǎn)化為經(jīng)典集合，提出基于直角梯形模糊數(shù)的水庫漫壩失事風(fēng)險分析模型。以雙江口水庫為例進(jìn)行研究，結(jié)果表明:(1)該模型能考慮多種不確定性因素影響的漫壩失事風(fēng)險的可能狀況，思路更接近于實(shí)際情況，其計(jì)算結(jié)果可為有

5、關(guān)部門決策提供更多參考信息;(2)就研究對象而言，盡管考慮上游潰壩洪水時較高起調(diào)水位方案對應(yīng)的漫壩失事模糊風(fēng)險率均不同程度超出最大可接受風(fēng)險，但只要做好預(yù)警工作并及時預(yù)泄水庫蓄水就可以降低外部原因引起的漫壩失事風(fēng)險保障水庫安全運(yùn)行。
　　3)基于水庫處于正常運(yùn)行狀態(tài)時對下游安全無影響的假設(shè)，在分析風(fēng)險傳播及演化過程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用系統(tǒng)工程理論自上而下逐級分析各單元間安全狀態(tài)的映射關(guān)系，給出了梯級建設(shè)環(huán)境下水庫單元聯(lián)合風(fēng)險的解析表達(dá)式

6、，結(jié)合可靠性理論構(gòu)建庫群整體漫壩模糊失效分析模型。以雙江口水庫及其上游3座水庫為例進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明:(1)該模型能考慮單級、梯級水庫運(yùn)行引發(fā)的各類型風(fēng)險的相互耦合與疊加關(guān)系，深層次反映多種不確定因素綜合影響的流域庫群系統(tǒng)風(fēng)險評估的客觀實(shí)際情況，其計(jì)算結(jié)果可為有關(guān)部門決策提供更多參考信息;(2)目標(biāo)梯級各單元危險程度依次為卜寺溝＞達(dá)維＞巴拉＞雙江口，其中達(dá)維、卜寺溝兩座水庫各起調(diào)水位方案對應(yīng)的聯(lián)合風(fēng)險率區(qū)間上、下限均超出其最大可接受

7、風(fēng)險難以滿足目標(biāo)情景下的防洪要求，為梯級中的薄弱環(huán)節(jié)。
　　4)以下爾呷、雙江口兩座梯級水庫為背景，充分考慮不同的狀態(tài)或不同險源之間的可能組合的影響，建立基于特大洪水、特大地震、工程故障的應(yīng)急調(diào)度情景，結(jié)合梯級各水庫單元的調(diào)節(jié)能力和上下游防洪要求，制定應(yīng)對不同應(yīng)急情景的梯級聯(lián)合應(yīng)急調(diào)度模式，并構(gòu)建水庫聯(lián)合應(yīng)急調(diào)度交互式模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對不同調(diào)度模式的應(yīng)用效應(yīng)及其對下游河道和堤防破壞作用的分析。結(jié)果表明:下爾呷水庫出現(xiàn)險情而雙江口正常

8、運(yùn)行、雙江口出現(xiàn)險情而下爾呷正常運(yùn)行兩種情景的應(yīng)急模式對應(yīng)的下爾呷、雙江口兩座水庫的漫壩失事的可能性較小，可保證水庫防洪安全及洪水資源的有效利用，但其對下游河道堤防將造成一定的沖刷破壞;而下爾呷水庫發(fā)生潰決的情景時，下游雙江口水庫處境嚴(yán)峻，將難以防護(hù)，在進(jìn)行潰壩應(yīng)急調(diào)度時，下-雙區(qū)間洪水重現(xiàn)期越大，雙江口水庫確保自身安全所需的預(yù)泄時間越長，其抵御潰壩洪水的能力越弱，對下游河道漫灘的破壞力越大。
　　5)引入事例推理（Case-Ba

9、sed Reasoning，簡稱CBR）技術(shù)建立基于事例推理的水庫應(yīng)急知識管理系統(tǒng)框架，充分融入相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜抑R、經(jīng)驗(yàn)及歷史上已發(fā)生的水庫災(zāi)害應(yīng)急案例，采用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)知識數(shù)據(jù)源構(gòu)造、事例庫分類及預(yù)處理，以特征值的形式描述不同時段災(zāi)情和水庫狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對紛繁復(fù)雜的各類突發(fā)事件的抽象和概化，確保不同階段災(zāi)害應(yīng)急方案的動態(tài)調(diào)整，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際災(zāi)情特征和應(yīng)急任務(wù)，通過開展對災(zāi)害事例的檢索、修訂與學(xué)習(xí)等工作進(jìn)一步完善、充實(shí)事例庫，提高事例