大坝防洪安全评价的风险标准_梅亚东

第20卷第4期2002年12月

水　电　能　源　科　学

InternationalJournalHYDROELECTRICENERGYVol.20No.4

Dec.2002

文章编号:1000-7709(2002)04-0008-03

大坝防洪安全评价的风险标准

梅亚东　谈广鸣

(武汉大学水利水电学院,湖北武汉430072)

摘要:评述了目前采用的基于坝危害性分类的大坝防洪安全设计标准,讨论了正在发展中的以风险分析为基础的大坝防洪安全设计标准,提出了大坝安全可接受的风险值及大坝失事概率,分析了大坝失事的主要后果及其估算方法,为风险分析在大坝防洪安全评价中的应用创造条件。关键词:大坝;防洪安全;评价标准;风险分析中图分类号:TV698

文献标识码:A

标准差别很大,这是因为设计洪水的选择并不完

1　大坝防洪安全设计标准评述

大坝安全是设计和运行单位十分关心的问题,大坝安全综合评价广泛受到重视。防洪安全是大坝安全的重要方面。为了衡量大坝防洪安全程度,必须制订相应的防洪安全设计标准。国外大坝防洪设计标准经历了早期的第一代标准、70年代后期的第二代标准,目前正在向第三代标准发展。第一代标准主要基于经验和通用考虑,不区分规模、坝型、库容、下游损害大小。第二代标准根据规模、坝高和库容、水电站特征、供水目的,将坝分成高危害坝、中等危害坝、低危害坝。危害程度不同的坝,其设计洪水或校核洪水(极端洪水)的标准不同,即防洪安全标准不同。尽管如此,在大多数情况下还是按下游可能损害大小对坝的危害性进行分类。表1列出了国外关于设计洪水选择的规定[2],其中ERA指经济风险分析。此外,对于高危害坝的校核洪水,美国、英国、澳大利亚及受其影响的国家采用PMF(确定性方法),而大多数欧洲国家采用1000～10000a一遇洪水(概率方法)。死亡人数N一般是1～10人。

我国目前关于大坝设计洪水的规定,采用的也是第二代标准。关于第二代标准存在很大争论,主要是:①采用的设计洪水标准比较保守,特别是对高危害坝采用PMF。通常,这意味着要加固现有大坝,需要投入大量的资金。②各国实际采用的

收稿日期:2002-05-20

[1]

全由技术因素主导,它还受到地理、历史、道德、社会、政治条件影响。在我国,不同时期制订的防洪标准就有很大不同。③设计洪水的选择取决于坝危害程度的分类,而坝危害程度的分类是跳跃式、不连续的。例如,N=10,100,其分类是一样的。

表1　国外关于设计洪水的选择

坝危害经济社会

死亡人数

分类环境影响高

≥N

设计洪水

校核洪水

PMF或极端重要%PMF或

1000～5000～5000a一遇10000a一遇重要

%PMF或%PMF或500～1000～1000a一遇5000a一遇或ERA或ERA100a一遇

100～

中等0～N

低0小

　　为此,国外近年来发展了风险分析方法并提出了第三代标准——风险标准。第三代标准改进了过去粗略的分级定标准的做法,使设计标准能更好地反映各个水库对防洪安全的实际需要。新标准的突出特点是以风险分析为基础,要求具体分析设计水库的特性,综合考虑提高安全标准所

需的工程费用和可能避免的垮坝所造成的危害,并根据当地社会允许承受的风险水平,逐个水库确定各自的防洪安全标准。

大坝防洪安全风险分析的基本目标是用概率方法来定量判断大坝防洪安全性。人们根据可接

基金项目:国家自然科学基金和长江水利委员会联合资助(50099620-4)。作者简介:梅亚东(1963-),男(汉族),湖北黄梅人,武汉大学教授。

第20卷第4期梅亚东等:大坝防洪安全评价的风险标准

　　　　·9·

*

-4

受的风险标准(判据)及大坝失事概率和失事的后果,评估大坝防洪安全性。

P{C}<UP{D|C}

若最保守估计,认为P{D|C}=1,则

*-4

P{C}<U10

*

*

(4)

2　风险标准

这里将风险定义为大坝失事的概率和相应的损失大小的函数。或者定义为概率和损失n次方的乘积,用数学语言可描述为:

n

(1)R=f(P,L)=<PL>

式中,R为风险指标;P为大坝失事的发生概率;

(5)

式中,U为政策系数,0.01<U<100。它根据一个人居住在大坝失事淹没地区的自愿程度和获取直接利益的程度而定。当获利大、自愿程度高时,U取高值;当获利小、自愿程度低,被迫程度增加时,U取低值。式(4)假定:一个人因大坝失事被淹死的概率与死于一次偶然事故的正常概率(10)相等。

其次从社会观点分析社会可接受风险值。假定对受淹区域来讲可接受的死亡人数为U×100,可接受死亡率为r,则社会可接受的事件C发生的概率为:

*

P{C}≤U

*

-4**

L为大坝失事造成的损失大小;指数n一般取1或2,当n=1时,即为期望值;当n=2时,则对应方差。

要求大坝绝对安全是不可能的。通常所谓“安全大坝”是指大坝所具有的失事风险(如漫顶失事风险)应是个人或社会能够接受、允许的风险。这里可接受(允许)风险是指在现有安全措施条件下,个人或社会可以接受的风险。

设P代表大坝每年失事概率,失事后果一般通过失事后伤亡人数N或(和)经济损失L等指标衡量,则年失事风险R可表述成

RN=PNRL=PLRN≤RNRL≤P

*L*

=

NdP{D|C}P{D|C}

(6)

式中,Nd为受淹区域受淹人口总数。

由此可见大坝防洪安全标准(以P{C}表达)

受个人或社会可接受风险值的影响很大。考虑到我国国情:一是人口多,许多沿河地带人口密集;二是整个社会健康安全水平还较低;三是假定P{D|C}=1过于保守。即使大坝骤然溃决,考虑洪水在河道中的演进时间,当有先进预警系统和撤退转移措施时,距坝越远,受淹死亡率越低。因此,相应的大坝失事年概率上限可取较大值。

(2)

给出大坝的可接受风险值R*N和R*L,若满足

(3)

则认为该大坝的安全性达到要求。

这一方法的关键在于R和R的确定。世界各国由于自然环境、社会经济水平、科学技术条件及价值取向(如有的国家十分强调个人生命)的差异,个人和社会对风险的心理承受能力是不同的,因此R和R也不同。文献[4]详尽地归纳

了一些欧美国家关于工程和工业设施的社会可接受风险值。将风险表达为事故的年出现概率和死亡人数的乘积,可以发现:可接受的风险上限是随每年每个事故的死亡人数而变。但一般地,人员死亡的可接受风险值可取为0.001人/年·事故。加拿大BCHydro提出可接受的风险标准是:R相当于人民币6万元/年·坝)。

设C代表大坝失事(漫顶、溃坝)造成下游洪水泛滥的事件,P{C}为其发生概率;D代表洪水泛滥造成人员死亡的事件,P{D|C}代表因洪水泛滥死人的概率。首先从个人角度考虑,事件C[4]

*

N

*N

*L

[3]

*N

*L

3　大坝失事后果估算

大坝安全风险分析的基本目标是用概率方法来定量判断大坝安全性,包括评估大坝失事的概率及后果。大坝失事形式不同,相应的失事概率及后果也不同。常见的失事形式包括:因漫顶和侵蚀使坝溃决;因内部侵蚀使坝溃决;溢洪道失事;泄水建筑物水流失控。对于大坝防洪安全而言,突然彻底溃决的可能性极小,但后果最为严重。

在分析计算溃坝损失时,首先根据洪水可能造成的溃坝形式(如假定突然彻底溃决),进行溃坝洪水演进计算,得到坝下游洪水淹没图。淹没图应给出受淹面积、不同断面的最大洪水位以及从溃坝至洪水波到达时所经历的时间。然后进行损失计算。上述步骤同样适用于漫顶洪水损失计算。通常应考虑的损失有:

a.遭受风险(受威胁)人口损失。可能死亡人数主要是以下洪水特性参数的函数:水深、流速、、,、

=0.001人/年·坝,R*L=US＄7120/年·坝(约

　　　　　　　　　　　　　　　　水　电　能　源　科　学　　　　　　　　　　　　　　　2002年·10·

预警时间、撤退路线等。美国曾根据1950年以来发生的25次溃坝事件的有关资料作过专门的分析,发现死亡人数与预警时间关系密切。b.经济环境损失。包括:①对大坝的破坏,严重时可造成大坝报废;②对下游淹没区内城市、乡村、工矿企业、主要道路、铁路的损害,以及河流下游水工建筑物(水电站)的破坏;③工程收益的损失;④由于工业生产、运输的中断带来的间接损失;⑤其他环境损失。

一般讲,经济环境损失大小与受淹地区的社会经济状况有密切的关系。通常只能根据已经发生的事故进行类似分析估算,因此结果往往是不精确的。

c.工程所有人、所在地区或国家所承受的社会和经济后果。

[5]

是困难的一步。因为,这些标准不仅要求在大坝安全学术界工程界取得共识,而且必须与社会、经济、文化、法律以及管理方面的其他风险标准相一致。在这方面,我国还有很多工作要做。参考文献:

[1]　吴中如,顾冲时,胡群革等.综论大坝安全综合评价

专家系统[J].水电能源科学,2000,18(2):1-5[2]　BergaL.NewTrendsinHydrologicalSafety[A].

Berga(ed.),DamSafety[C].Rotterdam:Balkema,

1998,1099-1116

[3]　KuijperHKT,VrijlingJK.ProbabilisticAp-proachandRiskAnalysis[A].PilarczykKW.(ed.),DikesandRevetments-DesignMaintenanceandsaftyAssessment[C].Rotterdam:1998.457-462

[4]　SalmonGM,HartfordDND.RiskAnalysisfor

DamSafety[J].InternationalWaterPowerandDamConstruction,1995(3):42-47;1995,(4):38-39

[5]　LaftteR.大坝风险分类[J].水利水电快报,1997

(11):28-30

Balkema,

4　结语

所谓大坝防洪安全风险分析就是利用可用的信息估计因洪水造成大坝失事的概率和失事的后果,然后根据允许、可接受的风险标准(判据)来判断大坝防洪安全性。其中,确定可接受的风险标准

RiskCriteriaforAssessmentofDamHydrologicalSafety

MEIYa-dong　TANGuang-ming

(CollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniv.,Wuhan430072,China)

Abstract:

Thebasiccriteriaappliedatpresentfortheassessmentofhydrologicalsafetyofdamsunderdesigningandop-

erationarereviewed,whicharebasedondamhazardclassification.Thenewcriteriabasedonriskanalysisaredis-cussed.Thesocietyacceptablerisklevelsfordamsafetyandtheacceptableprobabilityofdamfailurearepresentedre-spectively.Thehazardlossescausedbydamfailureandtheevaluationmethodsaredescribed.:dam;hydrologicalsafety;assessmentcriteria;riskanaly

sisKeywords

欢迎订阅　欢迎投稿