小型水库安全运行风险的不确定性研究

陈安玲

(新疆兵团第四师霍尔果斯河流域灌溉管理处，新疆 伊犁 835223)

小型水库安全运行风险的不确定性研究

陈安玲

(新疆兵团第四师霍尔果斯河流域灌溉管理处，新疆 伊犁 835223)

我国目前的小型水库数量非常多,但运行状况堪忧,没有合理有效的安全监测体制,安全管理能力不足,水库运行存在很大的风险。长时间以来,对水库安全主要是以定性评价为主,没有定量的评价体系,不能对下游小型水库的危害状况和病险水库做出准确判定。本文将以水库运行风险的不确定性为灰色系统,建立功能函数,对小型水库安全运行风险因素的不确定性进行分析研究。

小型水库;正常运行;风险;不确定性

小型水库在供水、灌溉、发电、防治洪涝灾害等多方面都有非常重要的作用，是我国水利工程不可缺少的一个组成部分。我国的小型水库数量非常多，但是大部分小型水库存在很严重的管理问题，比如:没有专门的管理机构，没有专业的管理人员，没有专业的维修保养费用，水库工程老化程度严重等。其中一些小型水库因为缺少足够的配套资金，不能做好水库加固工作，使得其安全运行风险存在多样性、随机性、不确定性等特征。因此，就必须通过运行风险研究，量化水库运行风险的不确定性，以便为管理工作者提供有力的决策依据。

1 小型水库安全运行风险分析

小型水库安全运行风险分析，就是指水库运行管理工作者对有可能造成大量损失的运行风险因素在整体上做出分析和权衡，进而评价估算出其运行风险的程度，水库风险分析主要有风险识别、风险预估和风险评价3方面的内容。

(1)识别小型水库存在的风险。对小型水库做出风险识别就是要在相关的风险状况发生之前，水库安全操作人员就要运用各种方法，认真分析可能出现的风险并做出正确的判断，指出风险存在的根本原因，它是整个水库安全运行风险分析的最基础过程，具体过程如图1所示。

图1 水库风险识别步骤

小型水库的风险识别有以下几种:①水库的防洪标准不足。小型水库防洪标准不足的原因有:没有规整的水库溢洪道，有些溢流道很狭窄，无法充分地泄流，当有大洪水时，水位就会超过防洪标准，更甚地还会达到坝顶。刚开始修建水库时，设计的防洪标准低于规定标准。水库的这种风险很可能造成溃坝。②水库大坝质量不合格。小型水库施工人员技术水平不高，设备不先进，质量控制不科学，导致水库大坝质量不合格。③水库出现渗漏。水库大坝渗漏主要有:坝体渗漏、围绕大坝渗漏、坝基渗漏。它是最常出现的安全运行风险。大坝发生渗漏时，就会把坝体的浸润线抬高，使坝体原材料的性能极大地下降，甚至会导致水库大坝塌垮［1］。④水库出现滑坡现象。滑坡不仅破坏了大坝结构，对大坝安全造成直接的影响，而且还有可能把水库溢洪道堵塞，或者是形成很大的浪潮，对大坝造成严重冲击。⑤水库运行管理不足。目前，小型水库在运行管理上存在很大的漏洞和缺陷，会带来严重的安全运行风险。⑥多种自然因素。自然灾害对水库整体结构的破坏也不能忽视，会对水库大坝的安全造成威胁。

(2)小型水库风险预估。对于小型水库来说，非常大的风险是溃坝。水库的溃坝风险属于不确定性风险，对其进行预估时，一般采用计算风险变量概率的方法，下面主要以一次二阶矩阵法对小型水库的溃坝风险进行预估。

在风险变量是正态分布的前提下，运用一次二阶矩阵法算出的概率风险值是最准确的。可是水库的安全运行受多种内外因素的影响很大，并不是所有的运行风险变量都符合正态分布［2］。因此，这里把非正态分布的风险变量转变成等价正态分布，转变以后，得出的分布函数C D F的值、概率密度函数P D F的值和以往不是正态分布的数值相同，计算公式如下:

(3)水库风险评价。水库大坝的风险评价除了水库自身的风险因素外，还有经济风险因素、社会环境与生命风险因素等。下面介绍我国小型水库的风险评价标准，见表1。

表1 小型水库安全运行风险事件发生的定性描述和概率

2 灰色-随机风险评价方法

(1)灰色-随机风险分析。如果把整个小型水库看成一个灰色系统，其中变量是每一个风险因素，可以用向量 X g=(X g1，X g2，…，X g6)来表示，这几个变量都可以用函数和密度函数表示的灰色概率分布表示，小型水库发生事故的临界状态表示为g(X g)=0［3］。所以，小型水库发生事故的风险概率就是g(X g)＜0。

g(X g)=0表示的是一个临界面，临界面到原点的最短距离可以用向量d=(d1，d2，…，d2n)来表示，整个水库风险值的大小主要用距离的远近来反映，距离越近，值也就越大;相反，距离越远，值就越小［4］。所以，就可以用全部最短距离的最小值和最大值来表示小型水库安全运行的风险性，也就是［m i n(d)，m a x(d)］。小型水库发生风险的概率就可以表示为:

(2)灰色-随机风险概率的计算。因为小型水库的影响因素很多，结构相对简单，并且资料经常不全，运用式(3)计算时，就会影响其准确性。因此，可以换成一次二阶矩法来计算，把上式中的灰色-随机风险概率改为正常的随机风险概率，再根据一次二阶矩法把不同风险因素导致的小型水库溃坝的概率计算出来［5］。根据变量 X g的变化对 R g大小造成的影响，设定不同因素的一、二阶矩数值的两个组合，就可以在其中一个组合里把水库的最小风险概率值R g计算出来，在另一个组合中计算出水库最大风险概率值R*，那么小型水库的风险概率可以表示为:

3 实例分析

(1)某小型水库概述。某小型水库在河流的中段位置，总容库是645万 m3，大坝是均质土坝，坝顶长155m，宽6m，坝顶高程是78m，水库下游有大量的村镇分布和农田。如果水库发生安全运行风险，将会带来非常严重的经济损失［6］。

(2)该水库风险识别。依据水库安全运行鉴定结果，该小型水库主要有下面几个风险因素:防洪标准风险、水库渗漏风险、水库工程质量不合格风险、安全运行管理风险［7］。

(3)水库风险分析。用 X 1，X 2，X 3，X 4表示上面4类风险因素，将该水库的风险因素看成是一般正常发生的事件，其概率的计算公式［8］是:

接着对小型水库的概率风险进行计算，先将非正态分布的变量转变成等价正态分布，计算的结果见表2。

表2 该小型水库安全运行风险因素参数值

(4)该水库风险评价。把上述风险因素与表1进行对比分析，可以看出，该水库出现溃坝问题的风险概率为可能发生事件。其风险因素从小到大分别为安全运行管理、防洪标准、水库工程质量、水库渗漏，最大的风险是水库渗漏，最小的风险是运行管理［9］。风险程度相对而言还是很高的，应该及时采取措施进行加固。

4 结语

综上所述，小型水库安全运行的风险种类繁多，而且难以确定，不同的运行风险互相依赖和影响。由于小型水库安全运行的风险具有不确定性，因此，对水库风险分析主要从风险识别、风险预估和风险评价3方面进行，再根据具体的风险因素，运用灰色-随机风险概率的计算方法，构建风险因素概率函数，计算出水库安全运行的随机风险概率。

［1］李超，刘经强，王爱福，等.小型水库群坝风险指数排序分析方法研究［J］.山东农业大学学报(自然科学版)，2012，43(04): 564-568.

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［3］李超.小型水库溃坝风险分析研究［D］.山东农业大学，2010.

［4］李超，李天科，郭清华，等.小型水库群坝溃坝风险分析方法研究［J］.水利经济，2010，28(02):55-58.

［5］宋怡斌.浅析小型水库运行管理中风险与防范措施［J］.城市建设理论研究(电子版)，2013(20):256.

［6］舒玉萍，罗江荣.小型水库的安全问题与对策［J］.农业与技术，2013(10):40.

［7］白子昕，水库除险加固之水闸设计探究［J］.水利技术监督，2014(02):50-51.

［8］黄晓丽.关于加强小型水库安全管理的思考［J］.中国水利，2013(18):40-41.

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T V 697.1

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1008-1305(2016)05-0007-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.004

2015-08-08

陈安玲(1978年—)，女，工程师。