水利防洪工程系统洪灾风险评估探析

(辽宁省葫芦岛市青山水库管理局，辽宁 葫芦岛 125000)

防洪工程系统是指由许多属性不同的水利防洪建筑结构组成，能够防御洪水灾害发生的工程体系。对某一区域而言，从水利工程系统角度对洪灾风险实施定量评估，并提出相关的应对方案具有重要实践价值[1]。水利防洪工作与国家发展，居民提升生活质量有密切的关联，防汛抗旱减灾工作是水利项目当中重要环节之一。近年来，因为不断变化的气候，在全国范围内引发多起严重水灾，不仅对于农业方面造成了严重的影响，也为居民的人身安全与生活质量带来了直接影响。各地不断发生的水灾险情，为防汛抗旱减灾工作带来更为严格标准要求，目前我国防汛抗旱减灾工作已经初步取得成效，但是在实际工作过程中仍旧存在相应问题，降低工作质量与效率[3]。因此本文针对水利防洪工程防汛抗旱减灾工作中遇到的问题以及对策进行全面研究，其主要目的就是克服工作当中遇到问题，找到解决对策，提升工作质量，为农业发展以及居民生命财产安全带来更加全面保障[4]。

1 洪灾风险内涵

在河道上下游进行水库建设已成为河道治理的普遍现象，水库建设对下游河道的生态径流影响研究已成为国内外学者的主要研究方向[5]。国内外学者开展了大量的有关水库建设对河道生态环境的影响分析研究，但大多数是采用定性的分析方法进行影响研究，而利用定量指标进行的评价分析相对较少。针对河道堤防和水库等水工建筑物发生洪灾的洪灾风险，可用下式表示：

(1)

式中：R表示所研究的水工结构受灾风险；Pfi表示事件i失效的概率；Cfi表示事件的经济损失；m表示失效事件数量。

2 防洪系统组成及洪灾风险分析

防洪是防汛抗旱减灾工作当中的重要组成部分，充分做好抗洪工作不仅能够提升地方对于水灾抵抗能力，更能够在水灾爆发之前给居民争取更多撤离时间。但是目前防洪工作进行过程中存在些许问题。地方政府对于该工程重视程度较低，平时除了水灾频发地区，很少有其他政府会定时修缮当地防洪工程。目前国家各个地方的防洪工程都存在程度不一的设备老化问题，部分地区防洪工程都是改革开放时期建筑，以现在建筑标准而言，无论是建筑质量还是抗洪能力都显得落后，工程在自身病险隐患较大，难以发挥自身作用[6]。本文主要对蓄滞洪区、堤防和水库的洪灾风险进行分析，同时对这三种不同类型组合对区域洪水灾害风险的影响进行分析，并加以计算推求[5]。

2.1 蓄滞洪区

蓄滞洪区是为了抵御特大洪水而预留的和当发生洪水灾害时使用频率较大的重点保护区域。假设规划区内有个蓄滞洪区，则该区对应的发生频率大小P的洪水总风险Rf可表示为：

(2)

2.2 河道堤防工程

堤防工程其主要功能作用是减少河流对岸滩的冲刷侵蚀，一般有平顺护岸、丁坝护坡、顺坝护坡、矶头等形式，可以对水流进行调节和控制，具有一定的稳定岸线等功能。传统的提防工程设计仅考虑了提防的耐久性、安全性和使用性等要求，结构形式较为单一生硬，往往忽略了提防的结构形式与生态环境的协调性；并且大多数提防工程采用的是干砌石、混凝土、预制砌块等硬质性结构材料修砌护岸，可对水土保持和生态环境的保护产生不利影响。欧洲在16世纪就开始利用石垄技术对河堤进行加固处理，如意大利石垄就是利用装满泥土的柳条篮对河岸进行防护，以此减少水力的岸坡的冲刷。在我国著名的都江堰水利堤防工程中，就利用竹垄塞满河卵石的方法修建了既坚固耐冲又不积水的鱼嘴堤坝，显著的降低了河流对堤岸的水力冲刷作用。本文主要探析的是在堤防区间中没有其它河网交汇且干支流相交的堤防段，并将水力特征近似的堤防段视作整体进行研究[6]。针对水位、洪峰流量、水力学参数以及物理参数都已知的情况下，可进行计算和推求，并得到该情形下堤防系统遭到破坏的风险。

2.3 水库枢纽工程

(3)

3 洪灾的风险模型

3.1 模型的原理

蓄滞洪区、堤防和水库的区域特征以及洪水灾害的影响范围构成了水利工程防洪系统。当洪水发生频率为P时，洪灾风险值R可表示为：

R=Rf+max{Rd，Rw}

(4)

3.2 线性工程洪灾风险分析

3.2.1 区域模拟

在实际的水利工程建设中，如若在河道扩建及修建水库必将会影响库区下游地区的受灾风险。构建涵盖堤防A及水库B，用于保障S1及S2防护地区的洪灾防范系统。遵循结构参数及水力学要素特征可将长L的堤防A分为长度分别为L1和L2的两段，断面面积记为S。

3.2.2 洪灾风险分析

分析计算及推求单峰型洪水发生频率大于P时整个防洪工程系统受灾情况[8]。在已知堤防水位H和水库最大水位H1值，并由水库最大水位值H1，求得对应的下泄流量最大值Q1，利用可靠度计算原理计算求得可靠度值。

当研究区域发生频率大于P的洪水时，上述防洪系统对应经济损失值及各部分参数值，如表1所示。

表1 防洪系统洪水风险损失及各部分可靠度指标

3.2.3 防洪系统不同组合下洪灾风险分析

1)分别考虑该组合的两种情况，如表2和表3所示。

表2 防洪系统洪水风险确定为改变重点堤防可靠性后

注：Rd1=16.2万元；Rd2=38.640万元；Rw=7.452万元。

表3 防洪系统洪水风险确定为改变普通堤防可靠性后

注：Rd1=6.126万元；Rd2=78.270万元；Rw=7.452万元。

2)增大水库蓄洪量，减少下泄流量。具体情况详见如表4所示。

表4 改变泄洪方案对应洪水风险及防洪系统参数影响

注：Rd1=6.210万元；Rd2=36.30万元；Rw=11.869万元。

3.2.4 结论分析

在洪水标准或降雨不发生改变的情况下，对线性工程防洪体系，由以上洪灾风险模型可得出结论如下所示：

1)随着时代的发展，在进行防汛抗旱减灾工作的过程当中需要全面加强法制以及科技两把“武器”。法制主要针对部分地区为了发展经济而进行的设障问题，根据国家有关法律法规能够对于该问题进行更好的解决，保障工作的进一步推进。而科技则显得更为重要，目前，科技是国家第一生产力，灵活使用科技的力量能够更好的保障抢险工作的效率，降低防洪系统中整个系统的洪灾风险，对于各种水利项目进行更好的建设，为居民实现更加全面的防护。

2)增大普通堤防可靠性可有效降低子区域风险值，如表2和表3所示。然而从整个区域来看，上游普通堤防防洪标准提高却增大了低下游重点堤防的洪灾风险，如表2所示。该洪灾风险分析模型分析计算得到的结果与自然情况下规律相符合，在区域洪水防治过程中，可在合理位置修建分蓄洪工程以降低下游重点堤防的洪灾风险，该模型也可为设置蓄滞洪区提供技术支撑。

3)削减水库下泄流量及增大蓄洪量将提升坝体洪灾风险，采取适当的蓄滞洪水方案则可显著降低整个防洪系统的洪灾风险，如表4所示。

4)期望通过文章的研究，有关部门能够真正认清目前在进行该工作的过程当中存在的问题，进行改正，更好的进行防汛抗旱减灾工作。

4 水利工程系统及防洪管理措施

4.1 完善相关建筑设施建设，保证水利防洪工程体系功能

在水利防洪工程防汛抗旱减灾的过程中，相关的基础设施建设对于消减灾害来说有着十分重要的意义，只有相关的基础设施合乎相应的防灾标准，才能使这些设施发挥应有的作用，为整个减灾工程做出贡献。水利防洪工程的部分设施老化破损严重会影响了整个防汛减灾工程的顺利进行，针对这个问题，当地政府应该充分认识到建筑设施老化破损带来的危害，不能抱着一劳永逸的思想，以为修建了相应的设施，就能够高枕无忧，当地挣政府应该组织专业人员对整个地区的所有防汛减灾相关设施进行定期的排查和检测，对于那些老化的不堪使用的设施进行及时的更新，以确保整个建筑设施能够满足防止灾害的需要。因此，当地政府应该采取宣传等相关的措施，强化民众对于减灾建筑设施重要性的认识，从而在最大程度上减少这种现象的发生。

4.2 增强减灾物质的储备能力，减少洪涝灾害发生

在自然灾害发生时，除了相关建筑设备和信息监测网络等硬件条件之外，大量的防汛减灾物资的储备也是有效减少相关灾害的重要手段，只有保证了相关物资的充足储备，才能在灾害发生时从容应对，而现阶段县级政府却在一定程度上存在着减灾设施储备不足的问题，严重影响了当地的防汛抗旱减灾工程的正常进行。由于资金不足和储存空间缺乏等方面的原因，现阶段县级的减灾物资不仅在数量上不足以支撑相应的减灾需求，而且在质量上也存在着一定的问题，有很多减灾物资的储存时间过长，在常年的自然侵蚀过程中，风化和破损现象严重，难以有效的支撑减灾的需求，针对这种情况，当地政府应该充分的认识到这种情况带来的不利影响，将这些物资进行妥善的保管和安置，以减少质量损坏问题的出现。储存物资需要一定的空间，但是现阶段当地政府储存物资的仓库存在着不合乎规格的现象，难以满足相应的储存需求，针对这种情况，当地政府应该加大物资储存设备的建设和维修的力度，使得这些存储设备能够有效的满足物资存储和保护的需要[8]。

4.3 加强物资管理队伍建设，提升管理人员素养和管理水平

增强物资储备管理人员的专业水平，要不时的对物资储备的管理人员进行考核和培训，通过培训使得物资储备管理人员在工作时能够专业化、具体化的处理问题，从实际上增强物资储备的管理水平。在物资储备管理中要细化责任的分配，使得各项工作都能追究到个人，明确管理队伍中个人的职责管辖范围，使管理中的各项工作落实到个人，使得管理工作顺利进行。同时要努力的想办法增强物资储备管理人员的基本素质和工作能力水平。同时也要注意在管理工作中引入“新鲜血液”，特别是引入一些专业的、年轻的管理人才。从而建设一支好的物资管理队伍，提高防汛物资储备的管理水平。

4.4 强化信息技术平台建设力度，保证信息及时准确

在水利防洪减灾的过程中，信息的及时有效对于整个减灾工程来说有着十分重要的意义，政府在进行防汛减灾的工作时，充分利用先进的信息检测设备来对整个地区所有的水文进行实时监测，能够在很大程度上减少或者避免自然灾害的影响，现代社会信息高速发展，高科技的信息手段已经被应用于各种现代化设施建设中，对整个社会的发展和进步都起到了巨大的推动作用。为此，提高信息平台建设，保证信息的完整，信息及时、准确，使之信息能够最大程度上减少水患的危害。

5 结语

综上所述，通过分析蓄滞洪区、堤防和水库等水利工程产生的洪灾风险以及充分考虑防洪区域内受不同水工建筑物影响的受灾风险值，探索了这三种不同类型水利工程组合的防洪工程系统洪灾风险模型原理，并基于该模型分析了线性工程防洪系统，对洪水演进中有关水利工程建筑对洪灾影响实施了演算与推求。通过演算与推求，验证了洪水演进中水库及堤防等水工建筑物对洪灾影响。并得出了如下结论：在区域洪水防治过程中，可在合理位置修建分蓄洪工程以降低整个防洪系统的洪灾风险；同时，加以配合科学的蓄滞洪水方案，实施减小水库下泄流量、增大其蓄洪量等运行管理措施，减少洪涝灾害的发生；此外，也可以针对重点堤防工程提升工程可靠性也可较好地削减防控洪灾风险。

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