南水北調(diào)中線(xiàn)河渠交叉建筑物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

郭政宇 袁源 郭治君 尹傳森 陳寧

摘要：該文基于南水北調(diào)中線(xiàn)工程河渠交叉建筑物的設(shè)計(jì)、材料信息以及工程所處的地理氣候信息，考慮不同類(lèi)型建筑物的各自建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和建筑物的功能，包括施工質(zhì)量，工程所在地區(qū)的不可抗力事件出現(xiàn)的頻率等，在查閱地質(zhì)、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、歷次驗(yàn)收、運(yùn)行管理等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合河渠交叉建筑物的運(yùn)行情況，基于國(guó)內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，以貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論分析為基礎(chǔ)構(gòu)建出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子集以及致險(xiǎn)因子之間的關(guān)系進(jìn)行了歸類(lèi)分析并以模型的形式呈現(xiàn)出其相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)中線(xiàn)工程;河渠交叉建筑物;貝葉斯網(wǎng)絡(luò);風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

前言

南水北調(diào)中線(xiàn)工程是具有可持續(xù)發(fā)展性的惠及民生的世紀(jì)性工程。南水北調(diào)中線(xiàn)工程調(diào)水線(xiàn)路長(zhǎng)，工程規(guī)模大，沿線(xiàn)有眾多渡槽、倒虹吸、箱涵等大型河渠交叉建筑物，面臨著相對(duì)較大的水毀風(fēng)險(xiǎn)，而這些關(guān)鍵性建筑物一旦被毀壞將會(huì)帶來(lái)無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)損失。目前，南水北調(diào)中線(xiàn)工程基本已經(jīng)建設(shè)完成，通水狀態(tài)、洪水、人為破壞等事件導(dǎo)致渠道滑坡、坍塌等事故時(shí)有發(fā)生，而渠道與渡槽、倒虹吸等交叉建筑物連接處是工程相對(duì)薄弱之處，是需要運(yùn)行管理和工程風(fēng)險(xiǎn)防范的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，基于各種相關(guān)資料的基礎(chǔ)上建立河渠交叉建筑物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型來(lái)闡述風(fēng)險(xiǎn)因子集以及致險(xiǎn)因子之間的關(guān)系顯得尤為重要。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水利工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要集中在擋水建筑物以及整治建筑物的風(fēng)險(xiǎn)分析，由于南水北調(diào)工程總體呈現(xiàn)線(xiàn)性、跨度較大且主要解決輸水、引水的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)于輸水、引水建筑物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還較少，大部分是針對(duì)沿線(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)分析，少數(shù)是針對(duì)工程相對(duì)薄弱的河渠交叉建筑物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。

考慮到以上風(fēng)險(xiǎn)分析中大多局限在工程的整體以及局限在某個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)工程的影響，未考慮到風(fēng)險(xiǎn)因子集與致險(xiǎn)因子之間的關(guān)系，因此本文將以渡槽、倒虹吸、箱涵等主要大型河渠交叉建筑物為研究對(duì)象，建立起風(fēng)險(xiǎn)因子集以及致險(xiǎn)因子之間的相關(guān)關(guān)系。

傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析方法有些受主觀(guān)因素的影響，有些受相關(guān)公式或系數(shù)選取的影響，可信度相對(duì)較低，并且這些風(fēng)險(xiǎn)分析方法均不能清晰明了的反映風(fēng)險(xiǎn)因子集以及致險(xiǎn)因子之間的關(guān)系。因此，為了分析模型具有更高的可信度以及簡(jiǎn)單明了的反映風(fēng)險(xiǎn)因子集以及致險(xiǎn)因子之間的關(guān)系，本文將以貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論分析為基礎(chǔ)構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

一、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

（一）失效模型分析

考慮到各個(gè)河渠交叉建筑物的獨(dú)特性，為建立可信度較高的風(fēng)險(xiǎn)因子集以及致險(xiǎn)因子之間相關(guān)關(guān)系的模型，本文將以渡槽、倒虹吸、箱涵3類(lèi)大型河渠交叉建筑物為研究對(duì)象，分別進(jìn)行模式分析。

在對(duì)于渡槽、倒虹吸、箱涵這3類(lèi)河渠交叉建筑物的結(jié)構(gòu)，施工用的材料以及現(xiàn)行工程中所出現(xiàn)的問(wèn)題研究之后，對(duì)這三類(lèi)關(guān)鍵性建筑物的失效模式得出了以下結(jié)論：

渡槽主要破壞模式有整體倒塌、整體失衡、表層混凝土剝蝕及鋼筋腐蝕、滲漏水和槽身及支承結(jié)構(gòu)裂縫，這些破壞模式均有可能導(dǎo)致渡槽的功能喪失或者失事;倒虹吸主要失效模式是管身錯(cuò)位、填方段沖毀、管基不均勻沉降、管身裂縫、攔污柵的損毀和止水破損及滲漏;箱涵的失效模式有洞身坍塌、基礎(chǔ)失穩(wěn)、洞身裂縫、滲漏水。

（二）風(fēng)險(xiǎn)因子分析

本文將風(fēng)險(xiǎn)因子主要?dú)w為3類(lèi)：不可抗力、低溫凍融、人為因素。

（1）不可抗力

因暴雨洪水以及地質(zhì)災(zāi)害是自然災(zāi)害，非人為可控，所以均歸為不可控力。

暴雨洪水使得河渠交叉建筑物失效主要有兩種形式：暴雨洪水對(duì)建筑物的沖擊力超過(guò)了建筑物本身能夠承受的最大的抗沖擊能力;暴雨洪水沖刷基礎(chǔ)，導(dǎo)致基礎(chǔ)的不均勻沉降以及結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的倒塌。地形有利于暴雨的形成以及氣候相對(duì)濕潤(rùn)的地區(qū)容易形成特大暴雨，特大暴雨會(huì)導(dǎo)致山體滑坡和泥石流，泥石流所攜帶的固體物質(zhì)會(huì)堵塞河道，造成河道的過(guò)流能力不足，洪水不能順利排出，會(huì)抬高水位，改變主流方向，對(duì)河道進(jìn)出口段造成沖刷，致使河道的穩(wěn)定性不能保證。

地質(zhì)災(zāi)害主要是地震，地震的震源、震級(jí)不同對(duì)河渠交叉建筑物帶來(lái)的影響不同。地震的震源距離河道位置越近，震級(jí)越大，河道被毀壞的概率越大。

（2）低溫凍融

低溫凍融主要會(huì)引起河渠交叉建筑物地基的不均勻沉降以及塑性破壞型裂縫。低溫凍融對(duì)建筑物的影響主要與建筑物所在的地理位置相關(guān)，比如東北，氣候常年寒冷，土質(zhì)常常為凍土。常年凍土以及季節(jié)性?xún)鐾習(xí)?duì)建筑物產(chǎn)生較大的影響，短時(shí)凍土對(duì)建筑物的影響較小。

（3）人為因素

人為因素主要就是在設(shè)計(jì)施工上出現(xiàn)致命性缺陷以及在工程運(yùn)行時(shí)，管理養(yǎng)護(hù)不到位而引起的河渠交叉建筑物的失效。

（三）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)變量的選取

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型選取可能引起南水北調(diào)河渠交叉建筑物風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)及事件作為該模型的節(jié)點(diǎn)

渡槽失效的節(jié)點(diǎn)變量分別為不可抗力、低溫凍融、人為因素、地基不均勻沉降、基礎(chǔ)上抬、邊坡失穩(wěn)、填方土體承載力降低、超標(biāo)準(zhǔn)荷載、止水破損、表層混凝土剝蝕及鋼筋腐蝕、裂縫、滲漏水、整體倒塌、槽身傾覆、進(jìn)出口段失穩(wěn)、過(guò)流能力不足、槽身及支承結(jié)構(gòu)裂縫，具體見(jiàn)表1。

倒虹吸失效的節(jié)點(diǎn)變量分別為不可抗力（暴雨洪水，地質(zhì)災(zāi)害）、低溫凍融、人為因素、邊坡失穩(wěn)、地基不均勻沉降、基礎(chǔ)上抬、管內(nèi)沉積物、材料老化、管身裂縫、止水破損、攔物柵損壞、滲漏水、漂浮物進(jìn)管、管身錯(cuò)位、填方段沖毀、過(guò)流能力不足、水頭損失過(guò)大，具體見(jiàn)表2。

箱涵失效的節(jié)點(diǎn)變量分別為不可抗力（暴雨洪水，地質(zhì)災(zāi)害）、低溫凍融、人為因素、管基不均勻沉降、基礎(chǔ)上抬、邊坡失穩(wěn)、涵洞內(nèi)沉積物、裂縫、防水失效、基底或洞口鋪砌冒水、滲漏水、洞身坍塌、基礎(chǔ)失穩(wěn)、過(guò)流能力不足、洞身開(kāi)裂、進(jìn)出口段失穩(wěn)、水頭損失過(guò)大，具體見(jiàn)表3.

結(jié)語(yǔ)

本文以貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析為基礎(chǔ)，以渡槽、倒虹吸、箱涵3類(lèi)大型河渠交叉建筑物為研究對(duì)象，根據(jù)這三類(lèi)建筑物各自的特點(diǎn)以及功能等建立了各自的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)模型，闡述了風(fēng)險(xiǎn)因子集與致險(xiǎn)因子之間的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恒、耿雷華、南水北調(diào)東中線(xiàn)運(yùn)行工程風(fēng)險(xiǎn)管理研究[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社水利電力出版社，2010.

[2]唐愛(ài)國(guó)，王如龍、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[J]. 軟件技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)，2008（11）：34-22.

[3]翟家奇，左其亭，趙勇，肖偉華，裴源生、南水北調(diào)中線(xiàn)供水水文風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型[C]. 河流開(kāi)發(fā)、保護(hù)與水資源可持續(xù)利用—第六屆中國(guó)水論壇論文集、2008（10）.

[4]張燕、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程[J]. 智富時(shí)代，2018（7）.

[5]陳雪峰、長(zhǎng)距離倒虹吸重力輸水管線(xiàn)過(guò)流能力影響因素[J]. 山西建筑，2012（2）：134-135.

[6]方穎雄、淺談管道工程滲漏水問(wèn)題[J]. 建筑材料與施工，2004（8）：34-35.

[7]楊長(zhǎng)庚，朱穎放，蘇衛(wèi)濤、某倒虹吸管身裂縫成因分析及處理[J]. 河南水利與南水北調(diào)，2015（14）：127-128.

[8]張勁松，徐云修、倒虹吸管的破壞分析及修補(bǔ)措施[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2000（3）：6-7.

[9]杜霞，耿雷華、南水北調(diào)中線(xiàn)工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 水利水電技術(shù)，2011（3）：42-45.

[10]宋軒，劉恒，耿雷華，姜蓓蕾，李?lèi)?ài)華，南水北調(diào)中線(xiàn)工程河渠交叉建筑物風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別[J]. 南水北調(diào)與水利科技，2009（8）：13-15.

[11]潘江，游萬(wàn)敏，上官江，南水北調(diào)河渠交叉建筑物參數(shù)化設(shè)計(jì)[J]. 2009（12）： 98-99.

[12]韓 迅， 安雪暉， 柳春娜，南水北調(diào)中線(xiàn)大型跨（穿）河建筑物綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].2018，58（7）： 639-649.

作者簡(jiǎn)介：

郭政宇（2000年03月），女，漢族，河南省中牟縣，本科，華北水利水電大學(xué)。

袁源（2000年06月），男，漢族，江蘇省淮安市，本科，華北水利水電大學(xué)。

郭治君（2000年10月），男，漢族，河南省駐馬店市，本科，華北水利水電大學(xué)。

尹傳森（ 1997年10 月），男，漢族，河南封丘，本科，華北水利水電大學(xué)。

陳寧（2000年01月），女，漢族，河南省鹿邑縣，本科，華北水利水電大學(xué)。