基于潰壩事件樹的尾礦庫水文隸屬特征提取方法

陳曉方，王剛毅

（中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083）

基于潰壩事件樹的尾礦庫水文隸屬特征提取方法

陳曉方，王剛毅

（中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083）

在對尾礦庫事故統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，首先選取發(fā)生概率最高的漫頂失事作為研究對象，并對不同時期尾礦庫的危險源和致災(zāi)路徑進(jìn)行了分析，建立了漫頂失事的事件樹模型。接著結(jié)合事件樹模型與可能性理論提出了漫頂失事的水文特征提取流程，從事件樹模型的路徑分解中提取出高相關(guān)的監(jiān)測參數(shù)和相應(yīng)統(tǒng)計特征，然后采用三角可能性分布函數(shù)對參數(shù)進(jìn)行處理，通過仿真確定隸屬于漫頂事故的安全特征集。最后對尾礦庫狀態(tài)空間分布進(jìn)行了實例計算，驗證了事件樹結(jié)合安全特征集進(jìn)行風(fēng)險分析的有效性。

事件樹；致災(zāi)路徑；特征提取；可能性分布；安全隸屬度

由于尾礦庫整體是一個巨大的生態(tài)系統(tǒng)，每個監(jiān)測參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)十分復(fù)雜，這種關(guān)聯(lián)性極大地增加了壩體穩(wěn)定分析的困難。然而尾礦庫相關(guān)監(jiān)測參數(shù)的異常并沒有建立統(tǒng)一的分析機(jī)制，現(xiàn)場人員也不可能每時每刻對異常做出準(zhǔn)確的分析和跟蹤，因此當(dāng)壩體中某個區(qū)域隱患從量變累積到質(zhì)變時,就會出現(xiàn)險情。如何有效地利用這些在線監(jiān)測數(shù)據(jù),防止礦山出現(xiàn)潰壩事故,不僅具有科學(xué)研究的必要,更是維護(hù)尾礦庫周圍環(huán)境和下游居民生命財產(chǎn)的一份不可推卸的責(zé)任。在對尾礦庫進(jìn)行研究分析的過程中，本文從體現(xiàn)尾礦庫安全狀態(tài)最重要的水文監(jiān)測量出發(fā)提取出反映壩體危險變化趨勢的安全隸屬特征集合，然后利用這些安全高相關(guān)的水文特征集去對尾礦庫進(jìn)行預(yù)警。

目前，我國關(guān)于尾礦庫失穩(wěn)特征提取的研究還處于比較早期的階段，成熟的理論和通用的方法很少，尤其是針對多監(jiān)測量耦合關(guān)聯(lián)的特征提取方法基本上還沒有，常用的尾礦庫特征提取方法包括統(tǒng)計學(xué)的方法和不確定性理論的方法兩大類。其中利用統(tǒng)計學(xué)的一些理論和方法是特征提取中使用比較多的，有法國統(tǒng)計學(xué)家提出了對應(yīng)分析法[1]，還有通過分類提取特征的聚類分析法[2]，另外使用較多的還有基于時間序列的回歸分析法[3]和基于事物聯(lián)系的相關(guān)分析法[4]等。但是統(tǒng)計學(xué)的理論需要大量的歷史資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用到工程實踐中就存在很大的局限性。而不確定性理論對數(shù)據(jù)的要求不是很高，在處理不確定信息較多的復(fù)雜系統(tǒng)時十分有效[5]。不確定理論是以模糊集理論為基礎(chǔ)，對現(xiàn)實數(shù)據(jù)的處理符合人們的思維方式，它實際上是一種特殊的模糊數(shù)學(xué)方法，其中的可能性分布函數(shù)與模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度函數(shù)十分相似，不過前者只需要很少的數(shù)據(jù)就可以確定函數(shù)的表達(dá)式，可能性分布函數(shù)更多的是從數(shù)學(xué)意義上對一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把具體的數(shù)據(jù)抽象成可能性分布上的安全隸屬度特征[6]。

事件樹分析是風(fēng)險分析中的一個重要分析方法,以事故模擬建立場景,從某一個初始事件開始，順序分析后續(xù)每一個關(guān)鍵事件導(dǎo)致最終事故發(fā)展的過程,并預(yù)測每個環(huán)節(jié)的發(fā)生概率和進(jìn)行后果估算[7]。一個事故場景是包括從初始事件到最終結(jié)果的一個線性過程,建立事件樹最重要的是找到每種事故的初始危險源事件和中間環(huán)節(jié)的過程發(fā)生事件，通過順序連接這些關(guān)鍵事件就可以發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的基本路徑[8]。圖1是事件樹的事故場景圖。

圖1 事件樹的事故場景

1 尾礦庫致災(zāi)路徑研究和漫頂事件樹建立

危險是一種潛在的條件，當(dāng)危險累積能量到一定程度時就會導(dǎo)致事故或意外事件。危險源分析就是找到各種不同類型危險發(fā)生的源頭，分析它的危險元素、觸發(fā)機(jī)制以及對象和威脅這三個形成危險的必要條件。這三個要素中只要移除其中任何一個就可以消除危險，也就無法再造成事故，而減小其中觸發(fā)機(jī)制的可能性就會降低整個事故的發(fā)生可能性[9]。

1.1 尾礦庫事故統(tǒng)計分析

表1中是國內(nèi)潰壩的一些統(tǒng)計資料,包含潰壩的模式、原因和所占比例[10]。

表1 國內(nèi)潰壩事故統(tǒng)計

從表1中可以看出，我國發(fā)生的潰壩事故主要以漫頂事故為主，但造成事故的原因卻是錯綜復(fù)雜的，沒有單一的失事路徑必定會導(dǎo)致事故的發(fā)生，而失事路徑往往可能由許多相互沒有關(guān)聯(lián)的因素造成，比如洪水引發(fā)的潰壩，有可能是暴雨強(qiáng)度超過了泄洪能力，也有可能是安全超高和調(diào)洪庫容不足，還有可能是排洪的一些構(gòu)筑物在平時發(fā)生了堵塞[11]。這些因素有的是設(shè)計初期遺留下來的，有的是運行階段暴露出來的，但總的來說，尾礦庫的危險源可以從設(shè)計期遺留的問題、運行時的隱患和閉庫階段的隱患等幾個不同的時期來進(jìn)行分析。

1.2 不同時期尾礦庫致災(zāi)路徑研究

尾礦庫設(shè)計的過程最為重要，如果前期設(shè)計存在問題，當(dāng)尾礦庫建成運行后就會留下難以補救的嚴(yán)重隱患。表2是綜合分析的設(shè)計施工階段危險源描述。

表2 尾礦庫設(shè)計施工階段危險源

尾礦庫運行階段持續(xù)的時間最長，而且由于放礦活動的影響,壩體的穩(wěn)定性變化較大，需要實時關(guān)注壩體的監(jiān)測情況。在這一階段尾礦庫主要由排水系統(tǒng)、筑壩系統(tǒng)、尾礦輸送系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)四個方面組成，每一個系統(tǒng)都會對壩體本身造成危險，比如對排洪設(shè)施的維護(hù)管理不當(dāng)，導(dǎo)致排洪井堵塞或失效，就會影響尾礦庫的排洪狀況，進(jìn)而在降雨時無法泄洪,從而產(chǎn)生漫壩的危險[12]。運行階段的主要危險源如表3所示。

表3 尾礦庫運行階段危險源

尾礦庫放礦達(dá)到最大允許庫容后就必須采取閉庫處理措施，這一階段尾礦庫上的人工活動停止，影響尾礦庫的主要是外界的自然因素，當(dāng)然企業(yè)的管理維護(hù)也是相當(dāng)重要的，只要企業(yè)監(jiān)控監(jiān)管到位，尾礦庫就能夠及時消除隱患。通過以上分析，閉庫階段的主要危險源、觸發(fā)機(jī)制和威脅對象如表4所示。

表4 尾礦庫閉庫階段危險源

1.3 基于致災(zāi)路徑分析的漫頂事件樹

發(fā)生事故的區(qū)域是尾礦庫壩頂整個水域以及干灘延伸至壩頂邊緣所覆蓋的范圍，根據(jù)危險源分析可以知道事故的初始事件是降雨，中間環(huán)節(jié)包括庫水位的上升、浪涌的形成以及壩頂形變位移的異常變化等，最終的結(jié)果就是尾礦庫發(fā)生漫頂潰壩。把中間環(huán)節(jié)的關(guān)鍵事件定義為二態(tài)有助于系統(tǒng)進(jìn)行邏輯運算，在事故的模擬預(yù)測模型中有利于計算出每條可能路徑的風(fēng)險值。這里的初始事件從控制的角度來看就是對系統(tǒng)的一種擾動，導(dǎo)致系統(tǒng)的平衡狀態(tài)發(fā)生改變。中間環(huán)節(jié)中是一些加速或者減緩事故發(fā)生的關(guān)鍵事件，人為通過促進(jìn)有利事件以及預(yù)防不利事件可以減輕甚至消除事故的發(fā)生[13]。漫頂失事事件樹如下圖2所示:

圖2 漫頂事件樹基本構(gòu)成

2 基于事件樹的特征提取流程

本文在對尾礦庫生態(tài)系統(tǒng)的深入分析上通過對降雨的辨識導(dǎo)入特定的漫頂事件樹模型，然后從事件樹的路徑分解中提取出事故的主要影響參數(shù)，并采用三角可能性分布函數(shù)對主要影響參數(shù)進(jìn)行隸屬特征的提取,建立相關(guān)事故模式的安全隸屬特征集。可能性理論是在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,適合于從隨機(jī)、復(fù)雜、不確定的信息中提取出相同的特征,運用理論中的可能性分布函數(shù)，可以對多種監(jiān)測數(shù)據(jù)同時進(jìn)行處理，分離出可類比的特征參數(shù)。

2.1 可能性理論

可能性理論是一種用于處理模糊、不確定信息的方法，在處理事故路徑分解的過程中可以很方便地用來判斷中間環(huán)節(jié)是否超過了不穩(wěn)定的界限，它以模糊集理論為基礎(chǔ)，對現(xiàn)實數(shù)據(jù)的處理符合人們的思維方式，可以比較準(zhǔn)確地對危險進(jìn)行預(yù)估[14]。它實際上是一種特殊的模糊數(shù)學(xué)方法，其中的可能性分布函數(shù)與模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度函數(shù)十分相似，不過前者不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行大量研究分析才能確定函數(shù)表達(dá)式，可能性分布函數(shù)更多的是從數(shù)學(xué)意義上對一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把具體的數(shù)據(jù)抽象成可能性分布上的特征[15]。

可能性分布和模糊語言在本質(zhì)上是近似的，都是模擬人類對自然界的抽象描述，利用這樣的抽象描述可以更直觀地為決策提供依據(jù)而不用擔(dān)心陷入非此即彼的決定論。一元可能性分布比較簡單，僅僅是針對一個參數(shù)的函數(shù)分布，其中可能度的數(shù)值與隸屬度函數(shù)值相同，分布函數(shù)是依靠參數(shù)在時間序列上的統(tǒng)計特征確定的，實質(zhì)上利用的是回歸分析的思路，以歷史大量數(shù)據(jù)的趨勢分析為基礎(chǔ)判斷當(dāng)前值的分布可能度。

2.2 三角可能性分布函數(shù)

由于這里是對庫水位的歷史數(shù)據(jù)做數(shù)學(xué)意義上的回歸分布，而且從前面的分析可以知道庫水位變化越平滑越接近穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)未來的監(jiān)測值落在均值附近時是最接近歷史變化趨勢的,所以指定落在均值EA上值的穩(wěn)定性為1,而落在大小序列均值EB1和EB2上的穩(wěn)定性定義為0.5,因為大小序列是偏離中心的數(shù)據(jù)集合,它們的均值反映的是向上和向下的趨勢,序列的均值取得是一個中間點。從這里可以看出可能性分布的確定也存在一定的主觀性,是對數(shù)據(jù)趨勢的經(jīng)驗總結(jié)。通過上述定義,可以構(gòu)造出庫水位的三角可能性分布為

其中

這是一個明顯的三角分布,當(dāng)然這里也可以用梯形分布和矩形分布,但梯形分布因為對中心點的模糊化不適合非線性系統(tǒng)來進(jìn)行穩(wěn)定性分析,而矩形分布就是典型的二元邏輯,用矩形分布去處理數(shù)據(jù)會丟失大量的信息,影響安全狀態(tài)的綜合判斷,所以不適合用在尾礦庫的風(fēng)險計算上。在確定分布函數(shù)前需要選取合適長度的數(shù)據(jù)列來計算相應(yīng)參數(shù)，這樣可能性分布函數(shù)才能保持較高的準(zhǔn)確性。

2.3 水文特征提取基本流程

本文在對尾礦庫生態(tài)系統(tǒng)的深入分析上通過危險源的辨識導(dǎo)入漫頂事故致災(zāi)路徑，然后建立事故的事件樹模型,從模型的中間環(huán)節(jié)中提取出水文監(jiān)測參數(shù)的數(shù)字統(tǒng)計特征,并采用可能性理論中的三角可能性分布函數(shù)進(jìn)行安全隸屬度特征提取，最后通過仿真驗證建立漫頂事故的水文隸屬特征集，基本的流程如圖3所示。

圖3 漫頂事件樹基本構(gòu)成

3 漫頂失穩(wěn)分析和水文特征提取

漫壩,是指壩上的庫水位超過壩頂,水流漫過壩頂溢流而下造成壩面潰決的事故。而浪涌則是漫頂中的一種特殊情況,它是在庫水位上升超過一定安全高程后,經(jīng)由庫區(qū)吹向壩面的風(fēng)帶來水位的二次升高,進(jìn)而引發(fā)的漫頂,一般的風(fēng)浪是和暴雨洪水相配合才會導(dǎo)致漫壩事故。

3.1 浪涌和漫頂影響因素分析

浪涌和漫頂事故的形成主要受暴雨洪水、風(fēng)浪、泄洪和庫容四個方面的影響，暴雨洪水和風(fēng)浪屬于外界自然因素，泄洪和庫容主要與壩體本身有關(guān)。

外界因素是直接的激發(fā)條件，包括短時強(qiáng)降雨、有效的風(fēng)速和風(fēng)向等[17]，泄洪強(qiáng)度和庫容關(guān)乎尾礦庫設(shè)計和運行時期的安全，包括泄洪設(shè)施的完備性以及前期設(shè)計的調(diào)洪適用性，它們之間具體的關(guān)系如圖4所示。

圖4 浪涌和漫壩影響因素關(guān)系

其中，暴雨直接影響的是庫水位變化，如果降雨的強(qiáng)度沒有超過設(shè)計的洪水強(qiáng)度就不會有漫頂危險，庫水位的上升速度首先會持續(xù)一段上升的時間，隨著泄洪強(qiáng)度的增加逐漸趨于一個恒定的值，然后速度慢慢降低直到雨量和泄洪量達(dá)到一個平衡，中間無明顯的上升加速度，通過實測的降雨量就可以對庫水位進(jìn)行預(yù)測。

假如設(shè)計初時調(diào)洪演算計算的安全庫容并不能滿足要求,就會存在漫頂危險。庫水位在速度上升期就會超過預(yù)留的安全閾值,在達(dá)到雨量和泄洪量平衡前就會有漫頂?shù)奈ｋU。當(dāng)庫區(qū)吹向壩面的風(fēng)速過大時可能會產(chǎn)生浪涌,對監(jiān)測參數(shù)造成的影響是庫水位和干灘長度同時發(fā)生波動,而且變化頻繁。水位在達(dá)到一定高程時浪涌會沖刷到壩體內(nèi)側(cè),壩體頂端形變位移的值成為監(jiān)測的重點,因為它們發(fā)生異常表示頂部會存在發(fā)生潰決的可能性[18]。如果因為管理維護(hù)不當(dāng)造成排洪設(shè)施失效，庫水位的上升速度就會發(fā)生明顯的異常變化，產(chǎn)生較大的上升加速度，干灘長度也會同時發(fā)生相反的變化。

尾礦庫漫頂失穩(wěn)主要由降雨誘發(fā)，而且多發(fā)生在極端氣象條件下，庫水位的上升和干灘的減少會對尾礦庫的穩(wěn)定性造成極大的影響，增加壩體的荷載并降低整體的安全系數(shù)。但庫水位高程和干灘長度的危險區(qū)間是模糊、不精確的，所以用普通的數(shù)學(xué)方程來建立失穩(wěn)判據(jù)就會在實際預(yù)報預(yù)警中造成很大的誤差，必須從實測數(shù)據(jù)中提取出壩體安全高相關(guān)的安全隸屬特征。

3.2 降雨下的水文隸屬特征提取

降雨除了直接影響庫水位和干灘長度外，也會通過周圍環(huán)境的水文狀況間接影響到尾礦庫的安全。由于尾礦庫通常是圍繞山谷修建，所以附近多是山區(qū)地貌，短時強(qiáng)降雨在這樣的地貌環(huán)境下容易導(dǎo)致山區(qū)小流域洪水的發(fā)生，周圍山體的洪水匯入庫中會引發(fā)庫水位的急速上升，進(jìn)而威脅到壩體的安全[19]。下面選取一段時間尾礦庫的實際水文監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析，包括庫水位、干灘長度和降雨量的趨勢變化，如圖5所示。

圖5 尾礦庫水文特征和降雨量趨勢

由上圖可知,干灘長度Dreal(t)、庫水位Wreal(t)和降雨量Rreal(t)在趨勢的變化上有一定的相關(guān)性,尤其是在橫坐標(biāo)t=200-300之間產(chǎn)生降雨的過程,可以明顯看出庫水位和干灘長度呈現(xiàn)反相關(guān)的特性。這也符合現(xiàn)實的情況:降雨促使庫水位上升,而庫水位上升又會減少庫區(qū)的干灘，由于降雨是個逐漸產(chǎn)生影響的外界擾動，所以作用在庫水位和干灘的時間也會發(fā)生延遲，在時間上會明顯滯后于降雨。在實際的監(jiān)測預(yù)警中，除了需要在降雨發(fā)生的時候?qū)焖缓透蔀┻M(jìn)行風(fēng)險分析外，在降雨后的一段時間需要繼續(xù)監(jiān)視庫區(qū)水文特征的變化趨勢。

通過上面的分析，提取庫水位和干灘長度的速度特征Vwater和Vdry,并從每組特征值中選取初始樣本構(gòu)建相關(guān)速度特征的三角可能分布函數(shù),計算同時段的速度變化安全隸屬度Pwater-v和隸屬度Pdry-v，監(jiān)視異常變化的發(fā)生，相關(guān)公式如下：

結(jié)合降雨的實時強(qiáng)度Rreal(t)和間隔時間tval可以提取出單位時間的降雨增量特征 Raccum(tval),計算公式為：

同時構(gòu)建降雨量的三角可能分布函數(shù)并計算安全隸屬度Prain-accu，圖6是庫水位、干灘和降雨的提取特征與相關(guān)安全隸屬度的變化趨勢圖。

圖6 尾礦庫水文速率和降雨增量趨勢

圖中水位速率比干灘速率的變化頻繁很多，但總體收斂在零值附近，而下面兩幅圖可以看出降雨的強(qiáng)度和時間同時決定了增量隸屬度的變化趨勢，建立降雨條件下的水文隸屬特征子集S1={Wreal(t), Vwater,Vdry,Pwater-v,Prain-accu}，其中 Pwater-v的變化趨勢和實際狀況不符，所以選取上面四種特征參數(shù)作為水文特征。

3.3 浪涌下的水文隸屬特征提取

從形成機(jī)制分析,庫區(qū)必須滿足兩個必要條件才會發(fā)生浪涌,首先是庫水位必須具有一定的高程，其次庫區(qū)要存在能造成水位波動的干擾因素,包括短時強(qiáng)降雨、吹響壩面的大風(fēng)、庫內(nèi)泥石流和內(nèi)坡山谷滑坡等會造成水位急劇波動的情況。當(dāng)浪涌發(fā)生時,水會不斷地沖擊壩面,干灘和水位的監(jiān)測值波動頻繁,浪涌強(qiáng)度可以通過提取水位和干灘的方差和變化率來表征。

選擇一段水位和干灘的實測值,通過求取方差可以反映這段數(shù)值的離散趨勢,即波動的平均幅度,而構(gòu)建連續(xù)方差的三角可能隸屬度函數(shù)可以反映水位和干灘的變化頻率,結(jié)合兩者可以比較全面的判斷浪涌下尾礦庫的危險趨勢。水位方差Dwater和干灘方差Ddry的計算公式為

式中:Wreal(Tsp)表示包括當(dāng)前時刻的一段庫水位Wreal樣本，Dreal(Tsp)表示包括當(dāng)前時刻的一段干灘長度Dreal樣本，同時計算方差對應(yīng)的安全隸屬度Pwater-D和Pdry-D，圖7是水文方差趨勢與相關(guān)安全隸屬度的變化趨勢圖。

圖7 尾礦庫水文方差趨勢和相關(guān)隸屬度曲線

左圖中水位方差Dwater和干灘方差Ddry在200～300 min之間有明顯的上升區(qū)間，右圖與之相關(guān)的安全隸屬度同樣出現(xiàn)下降的趨勢，在圖6中降雨增量圖也可以發(fā)現(xiàn)在同一區(qū)間有相似的變化，而實際中降雨的發(fā)生確實會在一定程度上提高浪涌發(fā)生的幾率，所以通過相關(guān)隸屬度的變化趨勢可以分析出尾礦庫發(fā)生浪涌時的風(fēng)險程度，建立水文隸屬特征子集S2={Pwater-D,Pdry-D}，可以監(jiān)測涌浪發(fā)生的情況下水文安全的變化趨勢，這里辨識涌浪的發(fā)生條件可以通過觀測實際的庫區(qū)情況，定義方差變化上限閾值的方法來確定。

4 實例分析

4.1 計算條件和閾值標(biāo)準(zhǔn)

以閉庫的銀山鉛鋅礦尾礦庫為分析對象。其計算條件為：1）壩頂標(biāo)高130 m，壩底標(biāo)高125 m；2）尾礦壩兩側(cè)壩肩巖石完整，沒有發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的斷裂帶和破碎帶；3）在尾礦壩下的基巖巖石較完整,節(jié)理裂隙不發(fā)育,不存在大的斷裂構(gòu)造；4）庫區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候，礦區(qū)年平均氣溫17.2℃。5）年平均降雨量為1 900～2 000 mm,降水最多達(dá)2 533 mm(1973年)，最少的1 300 mm(1963年)；6）壩區(qū)、庫區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，不會發(fā)生滑坡、泥石流和大規(guī)模滲漏等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象；7）愈靠近堆積壩壩頂，浸潤線埋深愈大，愈靠近初期壩，浸潤線埋深愈小，且一般來說浸潤線埋深愈大處，其水位變化幅度亦愈大，符合一般規(guī)律；8）銀山鉛鋅礦尾礦庫的全庫容、總壩高的相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)都是按500~1 000年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

調(diào)研企業(yè)相關(guān)水工專家后可以確定銀山尾礦庫一些基本閾值標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)分為調(diào)洪強(qiáng)度和庫水位閾值。如表5所示。

表5 銀山尾礦庫基本閾值標(biāo)準(zhǔn)

4.2 潰壩事故狀態(tài)區(qū)間計算

選取2013年12月15日~12月18日的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，這段數(shù)據(jù)是銀山尾礦庫降雨條件下的數(shù)據(jù)列,所以通過實時降雨量Rreal(t)的變化可以辨識出初始事件是降雨,導(dǎo)入漫頂事件樹模型，通過分析漫頂事件樹的中間環(huán)節(jié)和水文特征集S1可以推導(dǎo)可能失事路徑為“Rreal(t)未超過調(diào)洪強(qiáng)度→Pwater-v排洪設(shè)施未失效→Wwater(t)未超過庫水位三級閾值→k1安全”和“Rreal(t)未超過調(diào)洪強(qiáng)度→(1-Pwater-v)排洪設(shè)施失效Wreal(t)未超過庫水位三級閾值→較為安全”,基于此，漫頂失事的狀態(tài)空間計算公式為

銀山尾礦庫漫頂事件樹狀態(tài)分為4個區(qū)間，分別是{安全；較安全；較危險；危險}，4個區(qū)間之間沒有唯一的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行求解，而是基于不同時刻的監(jiān)測參數(shù)狀態(tài)結(jié)合事件樹路徑分解求得的狀態(tài)表達(dá)式，單條路徑末尾的基本結(jié)果就是路徑上所有節(jié)點的隸屬度綜合，計算結(jié)果如表6所示。

從表6的計算結(jié)果可以看出，漫頂失事事件樹狀態(tài)區(qū)間全部分布在“安全”和“較安全”上，并且安全隸屬度主要集中在“安全”狀態(tài)上，說明在小幅降雨的條件下尾礦庫整體的風(fēng)險狀態(tài)都處于安全的范圍，并且壩體隨著降雨的持續(xù)有向“較安全”過渡的趨勢。

表6 銀山尾礦庫漫頂事件樹狀態(tài)區(qū)間計算成果

5 結(jié)語

1）提出了尾礦庫漫頂事件樹的模型。從尾礦庫不同時期的危險源分析出發(fā)，分設(shè)計階段、運行階段和閉庫階段分別闡述了導(dǎo)致尾礦庫發(fā)生漫頂失事的危險元素、觸發(fā)機(jī)制和威脅對象，基于此，構(gòu)建了尾礦庫的漫頂事件樹模型。

2）提出了利用三角可能性分布函數(shù)的尾礦庫特征提取流程。利用漫頂事件樹模型的中間環(huán)節(jié)導(dǎo)出相關(guān)的監(jiān)測參數(shù)統(tǒng)計特征，然后運用三角可能性函數(shù)對各種統(tǒng)計特征和參數(shù)本身進(jìn)行處理，將處理后的安全隸屬特征進(jìn)行仿真分析，找出可以反映實際危險變化趨勢的特征歸入漫頂事故安全特征集。

3）建立了水文參數(shù)的安全隸屬特征集。通過提出的特征提取流程對尾礦庫水文參數(shù)進(jìn)行特征提取，分降雨條件和浪涌條件兩種不同的情況去提取，并對提取出的特征進(jìn)行趨勢分析。

4）利用建立的安全隸屬特征集對尾礦庫進(jìn)行了實例計算。基于事件樹和特征集的結(jié)合，可以計算出尾礦庫在降雨條件下的狀態(tài)空間分布變化趨勢，有效地驗證了提取的水文特征集和漫頂事件樹可以很好的在降雨條件下為尾礦庫進(jìn)行分析和預(yù)警。

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Method of Feature Extraction with the Tailings Safety based on Dam-break Event Tree

CHEN Xiaofang,WANG Gangyi
（School of Information Science and Engineering，Central South University，Changsha，Hunan 410083，China）

In this article we select the highest probability of overtopping crash as the research object based on the statistical analysis of tailings on the accident.And the sources of danger and hazard paths at different times of tailings were analyzed to establish the overtopping crash event tree model.Then we combineprobability theorywith the event tree model to propose overtopping crash hydrological characteristics extraction process.Next we extract the high correlation of monitored parameters and corresponding statistical characteristics from the path decomposition event tree model,then to use a probable triangular distribution function to do with the parameters.And to determine the safety feature set to a part of overtopping accident througth simulation.Finally,after the state of instances of the spatial distribution of tailings calculations to verify the safety featuresets combined with event treeis effective to risk analysis.

eventtree;hazard path;feature extraction;possibility distribution;security membership

TD76

A

1004-4345(2015)03-0015-07

2015-06-04

國家“十二五”科技支撐計劃（2012BAK09B04）；國家自然科學(xué)基金（61374156）。

陳曉方(1975—)，男，副教授，博士，主要從事復(fù)雜過程檢測、建模和優(yōu)化的研究。