防洪设计标准和大坝的防洪安全初探

王玉阁

摘 要：大坝防洪设计标准关系着大坝防洪质量。大坝防洪安全问题关系到我国公民生命财产安全，所以必须对大坝防洪问题引起高度重视。对大坝防洪设计标准明确规定，能够提高大坝防洪安全性，从而提高资源利用效率，对我国经济具有重要意义。水库大坝也在水资源管理中起到重要作用，尤其是缓解旱情、进水水力发电以及防御汛期洪水等方面。对本文将对于防洪设计标准以及大坝防洪安全进行探讨。

关键词：防洪设计标准 防洪安全 方案设计 实施运行

目前为止我国已经建成防洪大坝将近90000座（不含港、澳、台地区），这些大坝对我国经济和社会发展发挥着极大推动作用。但是由于一些大坝建设年份较久，并且受到当时材料、技术以及施工质量等影响，不同程度上存在安全隐患，已经不能满足现有防洪需求。随着我国科技技术进步以及国民经济不断发展，大坝安全问题受到党和人民群众高度重视，并且陆续投入大量人力财力对大坝进行整修或者重建。大坝安全作为关系过国计民生重要部分，我国必须给予高度重视。

1.大坝防洪设计标准

1.1大坝防洪风险

大坝防洪风险是指在发生洪水时，洪水是否能漫越大坝顶部，从而破坏大坝。据统计，世界上很多大坝发生事故都是由洪水漫坝导致的。这就说明，洪水漫坝是影响大坝安全首要因素。

为了有效控制防洪风险需要在大坝规划、设计、建设过程中考虑几个标准，首先是设计洪水标准，这决定着洪水能够通过大坝最大高度以及对洪水起到控制作用。除了大坝，水库也能对洪水起到一定控制作用，水库通过蓄水来缓解灾情。但是水库防洪能力有限，与水库相比，大坝更具有抗灾能力。大坝对于洪水防御通常是抵御比较合理设计洪水，但是无法抵御超标洪水。

1.2大坝防洪设计标准

在大坝设计过程中，需要对大坝进行精心设计，保证其能防御所设计洪水，从而保證大坝防洪安全程度；二是工程设计标准。工程设计标准值得是在设计洪水时，为大坝所保留的防洪安全富余。但是大坝防洪安全不仅仅受到洪水困扰，还有许多不安全因素，包括水力、水文等等，这就导致设计随着在进行调洪演算以及泄洪建筑设计规模等决策中，都会采取保守估计方式。这样在工程、管理等不确定作用下，都会提高大坝承受能力。所以，在大坝建设过程中，大坝本身所能承受洪水程度是受工程设计标准决定的。

1.3大坝防洪风险与大坝防洪设计标准相同点

大坝防洪风险与大坝防洪设计标准存在不同点，但是他们的共同点是都能够通过一定方式来提高大坝防洪安全性，因此，其可统称为“防洪设计标准”。从传统大坝防洪安全设计角度来看，漫坝风险绝大部分是来自于超标准洪水。因此在大坝设计时仅从洪水设计出发是不对，这样不能全面考虑到防洪安全。所以在进行设计时，需要在现有技术经济为支撑前提下，对整个工程进行设计时进行全面考虑，这样才可能比较准确评估到大坝风险率。

2.大坝的防洪安全估计

为了评估大坝防洪风险率，需要采用一定方法进行坝塌情况预防。通过出现事故顺序以及相关后果，将整个事故演绎出来。根据每一个事件之前事件出现为标准，通过将所有概率进行乘积方式得出最后结果。

2.1洪水事故

发生洪水以大坝防洪风险为前提，将发生洪水时，洪水可能入库流量Q划分为若干区间，并将每个区间中洪水流量范围与概率进行对应，将发生洪水所有机率相加之和为1。假如把Q作为一个连续函数，那么：

在此公式中，f（Q）作为洪水概率密度函数。

2.2洪水漫坝事故

大坝在发生洪水时较可能发生漫坝事故。但是这个可能性也是受各种随机因素影响。洪水漫坝水力风险，实际上就是坝顶高程和调洪过程中最高坝前水位之间的关系，并且极限标志为：

Z=H-D>0

通过上述公式，可以得出洪水重现期和泄洪建筑设计规模在现有条件下，发生漫坝机率为Pf：

在这个公式中，f（z）表示洪水超高z的概率密度，通过确定H和D的相关统计参数，就能确定f（z），从而得出在一定洪水重现期下，发生漫坝风险率Pf。

因此，想要正确评估Pf，需要对H和D进行评估。

坝顶高程D的不确定性进行分析，发现他一般处于服从正态分布。坝前水位H的不确定与水库调洪过程的随机性相关联，并且存在很多不确定因素。比如：泄洪建筑物泄流能力、入库洪水流量过程、防洪库容以及防洪调度运行规则等，这都对H造成影响。

2.3漫坝失事事故

当发生洪灾时，有时因实际洪水超过设计洪水从而漫过坝顶时，但是却没有发生失事事故。这是因为坝体在建设过程中，自身设计与管理情况较好导致的。这就决定大坝本身能够对洪水漫坝有一定承载力。混凝土坝、背水坡面都作为土石坝保护较好的，由于自身特殊性，就会允许发生小流量坝面溢流情况。但是在遇到稀遇洪水时，就必须采取抢险加高措施，从而避免大坝失事情况。

洪水漫坝事件不同于漫坝失事事件，或多或少存在相似点，但是其中界限相对模糊。通常，对这其中关系用升半正太模糊隶属函数来表示：

3.大坝防洪安全分析

设计单位和运行单位都对大坝安全十分重视，并且大坝安全综合评价也是社会各界广泛关注焦点。大坝防洪安全作为大坝安全重要组成部分，为了保证大坝防洪安全程度，必须制定相关防洪安全性设计标准，通过统一检测，来衡量大坝安全程度。欧美大国由于经济发展比中国要领先很多，所以最早关于大坝防洪设计标准是在我国建国不久后，到了70年代后期则为第二代标准，目前已经向第三代标准发展。

第一代大坝防洪安全标准主要是在现有经验基础上进行考虑，到了第二代，则根据大坝规模、坝型、水库容量等进行设定。第二代大坝防洪安全标准将大坝分为几个程度，分别是高危害大、中危害以及低危害。根据危害程度，对设计洪水和校核洪水设定标准也发生改变。尽管如此，为了减少发生洪灾时大小坝受到损害，则需要对大坝进行安全设计评估。

我国根据大坝设计规定主要采用第二代标准。但是目前对第二代标准存在很大争议，包括：一是设计洪水标准较为保守，所以对高危害大坝进行加固，这需要投入大量资金；二是设计洪水受到多种因素印象，包括地理、道德、历史、社会等，但是主要还是受技术因素主导；三是在进行洪水设计时，决定着坝危害程度，可以将坝危害程度分为不连续以及跳跃式等。

近几年国外提出了第三代风险标准，详细分析方法取代了传统的粗犷分级方式，通过对各个方面進行精心设计，从而提出设计标准能够更好反映各个水库对防洪安全实际需求。第三代风险标准最大有优点就是，主要以风险分析为基础，并且根据坝体不同要求分析设计水库特征，能够全面提高坝体综合安全。能够减少工程开支，避免发生垮坝情况，并且根据当地经济水平与承受风险能力，对水库进行防洪安全标准设计，通过概率方式来对大坝风险进行判断。人们可以根据能够承受风险标准以及大坝失事后所能承受的后果，评估大坝防洪安全。

4.结束语

水资源作为人类发展必不可少资源，决定着人类未来发展方向。洪水作为严重影响水资源的自然灾害之一，为避免水资源遭到破坏，我们必须做好防洪工作。防洪安全标准是为了防洪保护对象达到安全指标，从而满足避免灾害的期望。洪水安全标准与我国经济发展也密切相关，它代表着我国目前所达到的防洪安全程度。所以，提高我国防洪设计标准以及提高大坝防洪安全，是我国目前防洪水利工程建设过程中最重要工作。

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