中小流域梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估及防范對策研究

謝玉葳 彭雪輝 盛金保 賴瑞勛 楊德瑋 周克發(fā)

關(guān)鍵詞：梯級水庫群；風(fēng)險(xiǎn)矩陣；風(fēng)險(xiǎn)評估；風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)；防范對策

在全球氣候變化影響持續(xù)加劇、極端氣候事件頻發(fā)，以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的大背景下，流域梯級水庫群安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，遭受的風(fēng)險(xiǎn)日益增加。一旦梯級水庫群中某座水庫因特大洪水、強(qiáng)震或重大工程隱患而潰壩，極有可能形成“多米諾骨牌效應(yīng)”，給整個(gè)梯級水庫群安全帶來災(zāi)難性后果。大江大河上的梯級水庫群建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高且存在關(guān)鍵性、控制性梯級水庫，風(fēng)險(xiǎn)可以有效化解，而中小流域上的梯級水庫工程規(guī)模不同、建設(shè)時(shí)間不同，存在工程隱患嚴(yán)重程度不同、洪水標(biāo)準(zhǔn)不協(xié)調(diào)等問題，風(fēng)險(xiǎn)難以控制。在此背景下，深入研究中小流域梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)及防范對策，對有效保障流域梯級水庫群安全具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國內(nèi)針對單個(gè)水庫大壩風(fēng)險(xiǎn)評估方法較多，遲福東等［１］采用改進(jìn)層次分析法建立致災(zāi)因素權(quán)重模型，將其風(fēng)險(xiǎn)評估模型應(yīng)用到小灣水電站工程中；李宗坤等［２］為研究混凝土壩失事概率的動(dòng)態(tài)特性，建立了動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；Ｍｅｎｇ等［３］采用熵權(quán)模糊綜合評價(jià)法評估水庫洪水調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)；彭雪輝等［４］基于國內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，提出了我國生命、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境三方面的大壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，為評估大壩潰壩后果提供依據(jù)。但是針對梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估的研究處于發(fā)展階段，李炎隆等［５］從失事風(fēng)險(xiǎn)概率、風(fēng)險(xiǎn)損失、風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)、梯級連潰風(fēng)險(xiǎn)等方面對我國的梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)行了論述；杜效鵠等［６－７］基于國內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，提出特高壩及其梯級水庫的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)外梯級水庫連潰案例［８－９］相對較少，學(xué)者們的研究大多基于數(shù)值方法進(jìn)行模擬，于子波等［１０］以黑龍江省安邦河干流上的寒蔥溝－定國山梯級水庫為例，提出基于雙庫連潰的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型、耦合Ｂｒｅａｃｈ、ＨＥＣ－ＲＡＳ模型的洪水演進(jìn)模擬方法，推求潰壩概率、評估連潰風(fēng)險(xiǎn)和模擬洪水演進(jìn)過程；林鵬智等［１１－１２］構(gòu)建關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素作用下的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，研究水庫群連潰風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)問題；Ｙａｎｇ等［１３］利用集對理論確定上下游水庫間的聯(lián)系，采用層次分析法和熵權(quán)法綜合分析梯級水庫風(fēng)險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上基于系統(tǒng)的脆性理論提出了脆性風(fēng)險(xiǎn)熵作為預(yù)測和評價(jià)梯級水庫系統(tǒng)是否潰決的性能指標(biāo)；張銳等［１４］以雙江口水庫為例，將上游潰壩洪水作用考慮到水庫漫壩失事風(fēng)險(xiǎn)分析中，在具體評估水庫承擔(dān)的失事風(fēng)險(xiǎn)概率時(shí)，提出基于直角梯形模糊數(shù)的水庫漫頂失事風(fēng)險(xiǎn)分析模型。

在我國，針對大江大河梯級水庫群提出了風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)，而針對中小流域梯級水庫群尚未形成風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)體系。本文在研究梯級水庫潰壩模式和潰壩路徑基礎(chǔ)上，首先采用貝葉斯理論構(gòu)建梯級水庫連潰模型，以此來推求梯級水庫連潰概率；然后基于梯級水庫連潰概率和連潰后果，研究梯級水庫風(fēng)險(xiǎn)評估方法及標(biāo)準(zhǔn)；最后將研究成果應(yīng)用于某一梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估案例中。

１梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)分析

梯級水庫群分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)水庫群，其中混聯(lián)水庫群可簡化為多個(gè)串聯(lián)水庫群和并聯(lián)水庫群的組合。單一并聯(lián)水庫群之間水力聯(lián)系較弱，若下游無共同的防洪保護(hù)對象，盡管有共同的防洪保護(hù)對象但沒有采取聯(lián)合調(diào)度，則不形成上下游梯級關(guān)系，與單個(gè)水庫情形類似，可按單一水庫處理。本文對梯級水庫群的風(fēng)險(xiǎn)分析僅考慮串聯(lián)水庫群。

１．１梯級水庫群連潰可能性

１．１．１潰壩模式及潰壩路徑

根據(jù)水利部大壩安全管理中心建立的全國３５００余座潰壩水庫基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、震損水庫數(shù)據(jù)庫，分析總結(jié)在超標(biāo)準(zhǔn)洪水作用下梯級水庫群潰壩模式和潰壩路徑。本文主要闡述梯級水庫群中上庫發(fā)生滲透破壞導(dǎo)致下庫發(fā)生連潰的潰壩路徑：

１）上庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水—壩體集中滲漏—管涌—干預(yù)無效—大壩潰決—潰壩洪水沖擊下庫—下庫漫頂—干預(yù)無效—下庫潰決。

２）上庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水—壩基集中滲漏—管涌—干預(yù)無效—大壩潰決—潰壩洪水沖擊下庫—下庫漫頂—干預(yù)無效—下庫潰決。

３）上庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水—壩下埋管發(fā)生接觸沖刷破壞—干預(yù)無效—大壩潰決—潰壩洪水沖擊下庫—下庫漫頂—干預(yù)無效—下庫潰決。

４）上庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水—下游壩坡大范圍散浸—浸潤線抬高—壩體失穩(wěn)—壩頂高程降低—漫頂—干預(yù)無效—大壩潰決—潰壩洪水沖擊下庫—下庫漫頂—干預(yù)無效—下庫潰決。

５）上庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水—壩體滲流管涌破壞—壩體失穩(wěn)—壩頂高程降低—漫頂＋管涌—干預(yù)無效—大壩潰決—潰壩洪水沖擊下庫—下庫漫頂—干預(yù)無效—下庫潰決。

１．１．２連潰概率計(jì)算

梯級水庫群系統(tǒng)中上庫遭遇洪水發(fā)生潰壩，可能會(huì)導(dǎo)致下庫功能受限甚至潰壩，這種梯級水庫群系統(tǒng)的水力聯(lián)系體現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)系。因此，基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論，本文構(gòu)建超標(biāo)準(zhǔn)洪水作用下梯級水庫的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型來推求梯級水庫連潰概率。

１．１．２．１貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型是一種有向無環(huán)圖模型，是聯(lián)合概率分布的緊湊表示形式。其擅長分析處理不確定性和概率性事件，能夠根據(jù)不完全或不確定的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行推理。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)表示ｎ個(gè)隨機(jī)變量Ｘ＝｛Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘｎ｝的聯(lián)合概率分布，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論特有的條件獨(dú)立性和條件概率推求方法可將聯(lián)合概率分布表示為

１．１．２．２構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的梯級水庫系統(tǒng)

假設(shè)流域上Ａ、Ｂ、Ｃ三座水庫為串聯(lián)水庫，且三座水庫大壩均為土石壩。水庫Ａ潰壩風(fēng)險(xiǎn)源為超標(biāo)準(zhǔn)洪水，水庫Ｂ考慮超標(biāo)準(zhǔn)洪水和水庫Ａ潰壩洪水兩種風(fēng)險(xiǎn)源，水庫Ｃ考慮超標(biāo)準(zhǔn)洪水和水庫Ｂ潰壩洪水兩種風(fēng)險(xiǎn)源。土石壩管涌或漫頂之后考慮人工干預(yù)因素，如人工干預(yù)無效導(dǎo)致土石壩潰壩。由此構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的梯級水庫群系統(tǒng)，見圖１。

圖１中Ａ、Ｂ、Ｃ梯級水庫系統(tǒng)，以Ｂ水庫為例，“Ｂ１超標(biāo)準(zhǔn)洪水”表示Ｂ水庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水的概率，“Ｂ２水庫漫頂”表示Ｂ水庫遭遇“Ｂ１超標(biāo)準(zhǔn)洪水”和“上游Ａ水庫潰壩洪水”條件下水庫漫頂?shù)母怕剩埃拢乘畮鞚巍北硎荆滤畮煸诼敆l件下潰壩的概率。

１．２梯級水庫連潰后果計(jì)算

潰壩后果包括潰壩生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)與環(huán)境影響。本文主要考慮潰壩生命損失，其計(jì)算方法較多，主要考慮采用Ｄｅｋａｙ＆ＭｃＣｌｅｌｌａｎｄ法［１５］，計(jì)算公式為

２梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估

２．１梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估法

風(fēng)險(xiǎn)評估方法總體上可劃分為定性和定量兩種。定性風(fēng)險(xiǎn)評估方法包括預(yù)先危險(xiǎn)性分析、故障類型和影響分析等，特點(diǎn)是具有良好的可操作性和直觀性，但其結(jié)果受專家主觀性影響較大；定量風(fēng)險(xiǎn)評估方法包括風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、層次分析法等，特點(diǎn)是適用于難以精確計(jì)算概率和后果的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估。本文綜合考慮梯級水庫群潰壩發(fā)生可能性和后果嚴(yán)重性，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣來評估梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)矩陣法計(jì)算公式為式中：Ｒ為風(fēng)險(xiǎn)值，取值范圍為１～２５；Ｐ為潰壩可能性，取值范圍為１～５；Ｌ為梯級水庫群潰壩后果嚴(yán)重性，取值范圍為１～５。

２．２梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)及防范對策

２．２．１連潰可能性劃分標(biāo)準(zhǔn)

《中國水庫大壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究》［１５］中單座大壩的潰壩發(fā)生可能性分級標(biāo)準(zhǔn)和能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《梯級水庫群安全風(fēng)險(xiǎn)防控導(dǎo)則》（ＮＢ／Ｔ１０８８２—２０２１）［１６］中梯級水庫潰壩可能性分級標(biāo)準(zhǔn)幾乎是一樣的，本文直接采用能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的潰壩概率分級標(biāo)準(zhǔn)（見表１）。

２．２．２連潰后果嚴(yán)重性劃分標(biāo)準(zhǔn)

本文綜合《中國水庫大壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究》［１５］和能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《梯級水庫群安全風(fēng)險(xiǎn)防控導(dǎo)則》（ＮＢ／Ｔ１０８８２—２０２１）［１６］中潰壩后果嚴(yán)重性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，將梯級水庫連潰后果嚴(yán)重性分為５級，分別為一般、較大、重大、特別重大和災(zāi)難性，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表２。

２．２．３風(fēng)險(xiǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)梯級水庫群連潰可能性和連潰后果嚴(yán)重性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，將風(fēng)險(xiǎn)分為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)和極高風(fēng)險(xiǎn)４級。

１）Ⅳ級，低風(fēng)險(xiǎn)，為可接受風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為１～３；

２）Ⅲ級，中風(fēng)險(xiǎn)，為可容忍風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為４～９；

３）Ⅱ級，高風(fēng)險(xiǎn)，為不可接受風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為１０～１６；

４）Ⅰ級，極高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為１７～２５。

２．２．４風(fēng)險(xiǎn)防范對策

對于梯級水庫群，風(fēng)險(xiǎn)等級不同時(shí)，可采取不同的工程措施和非工程措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防范。

１）當(dāng)梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅰ級時(shí)，應(yīng)將風(fēng)險(xiǎn)降至中風(fēng)險(xiǎn)或低風(fēng)險(xiǎn)。防范對策主要有：采取除險(xiǎn)加固工程措施，開展梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度；進(jìn)行梯級水庫群連潰洪水分析，做好流域應(yīng)急預(yù)案和洪水淹沒區(qū)預(yù)警預(yù)報(bào)；做好流域應(yīng)急搶險(xiǎn)處置方案，加強(qiáng)隱患排查及綜合治理，降低風(fēng)險(xiǎn)等級。

２）當(dāng)梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅱ級時(shí)，為不可接受風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)將風(fēng)險(xiǎn)降至中風(fēng)險(xiǎn)或低風(fēng)險(xiǎn)。防范對策主要有：采取應(yīng)急監(jiān)測措施，做好梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度方案；開展梯級連潰洪水分析，劃定連潰洪水淹沒范圍，不同區(qū)域制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)處置措施；加強(qiáng)隱患排查及綜合治理，降低風(fēng)險(xiǎn)等級。

３）當(dāng)梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅲ級時(shí)，為可容忍風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和日常巡視檢查，開展梯級連潰洪水分析，必要時(shí)須采取措施降低風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處理資金有限時(shí)，可根據(jù)梯級水庫群中各水庫的風(fēng)險(xiǎn)因子重要性排序，確保重要水庫的主要風(fēng)險(xiǎn)因子得以處理。

４）當(dāng)梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅳ級時(shí)，為可接受風(fēng)險(xiǎn)。防范對策為關(guān)注并維持正常的監(jiān)測頻次和日常巡視檢查。

３案例分析

以Ｓ河流域內(nèi)Ｄ、Ｅ、Ｈ三座水庫組成的梯級水庫群為典型案例進(jìn)行梯級水庫風(fēng)險(xiǎn)評估。

３．１流域概況

Ｓ河是某河支流，河道全長５２ｋｍ，控制流域面積３４６ｋｍ２。該流域?qū)俦睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，冷暖氣團(tuán)交替頻繁，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫分別位于Ｓ河流域的上游、中游、下游（見圖２）。Ｄ水庫以上屬淺山丘陵區(qū)，河道平均比降約為１０．０‰，地勢西南高東北低、成一傾斜盆地，土薄石厚，植被較差；Ｄ水庫至Ｅ水庫區(qū)間屬丘陵區(qū)，河道平均比降約為２．７‰，黃土覆蓋較厚，沖溝發(fā)育，水土流失較為嚴(yán)重；Ｅ水庫以下為平原區(qū)，土地肥沃，多為耕地。據(jù)中國歷史地震目錄記載，本地區(qū)附近近５００ａ來發(fā)生有感地震７次，震中震級多為５級左右。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（ＧＢ１８３０６—２００１），本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為０．１０ｇ，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。該梯級水庫下游有京廣鐵路、連霍高速、１０７國道、某市郊區(qū)，地理位置十分重要，是下游市區(qū)防洪體系的重要組成部分。三座梯級水庫基本情況見表３。

３．１．１Ｄ水庫

Ｄ水庫始建于１９５７年１０月，１９５９年３月基本建成，２０００年除險(xiǎn)加固，２００６年汛期大壩上游坡塌坑出險(xiǎn)、汛后進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。２０１１年Ｄ水庫被鑒定為三類壩，主要原因是大壩上游干砌塊石護(hù)坡?lián)p壞嚴(yán)重，壩頂防浪墻混凝土碳化、裂縫，壩體加高部分直墻傾斜；主壩壩坡抗滑穩(wěn)定和抗震穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求；大壩填土填筑質(zhì)量較差，壩體滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求，壩基砂卵石清基不徹底；下游排水系統(tǒng)不完善；溢洪道出口未疏通，洪水不能安全下泄；輸水洞豎井壁滲漏嚴(yán)重，混凝土結(jié)構(gòu)碳化、裂縫，閘門無法提起檢修，出口渠節(jié)制閘損壞嚴(yán)重，無法使用；輸水洞閘門無法檢修，不能正常使用；監(jiān)測與管理設(shè)施不完善等。２０１９年河南省水利廳提出關(guān)于水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告的審查意見。２０２０年９月Ｄ水庫除險(xiǎn)加固工程開工，工期２４個(gè)月。

２０２２年現(xiàn)場調(diào)研時(shí)，水庫正在除險(xiǎn)加固中，庫水位為死水位１６５．００ｍ。上游壩坡新建混凝土連鎖塊護(hù)坡，下游壩坡拆除，重建草皮護(hù)坡，對排水棱體進(jìn)行了加寬，下游側(cè)設(shè)路緣石，壩頂路面還未鋪設(shè)瀝青路面，混凝土未見裂縫；溢洪道施工已基本完成，但溢洪道堰頂高程與汛限水位不匹配；原輸水洞已經(jīng)封堵，新建泄洪洞啟閉塔正在施工。

３．１．２Ｅ水庫

Ｅ水庫大壩主體工程分四期建成，１９５９年１１月開工直至２０００年完工；２０１１年水庫除險(xiǎn)加固竣工驗(yàn)收；２０２０年水庫安全鑒定為二類壩。

２０２２年現(xiàn)場調(diào)研時(shí)，大壩水庫水位很低；壩頂下游側(cè)寬１７ｍ為Ｇ３１０國道，根據(jù)《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》，壩頂作為公路應(yīng)經(jīng)專題論證，目前未見論證；啟閉塔無避雷設(shè)施；大壩壩頂、上游壩坡、下游壩坡均未見異常，溢洪道外觀較好、放水管工作正常，放水管金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)施未超過損廢折舊年限。

３．１．３Ｈ水庫

Ｈ水庫興建于１９５７年１０月，主體工程竣工于１９５８年５月；２００７年安全鑒定為三類壩；２００９年１１月１７日除險(xiǎn)加固工程開工；２０１１年５月完工；２０１２年２月２３日，水庫除險(xiǎn)加固工程通過竣工驗(yàn)收；２０２０年１２月鑒定為二類壩。

２０２２年現(xiàn)場調(diào)研時(shí)，庫水位很低，主壩壩頂為瀝青混凝土路面，道路平坦，安全鑒定中未論證其安全性；副壩壩頂及漿砌石邊坡局部砂漿脫落、裂縫；大壩上游壩坡坡面較平整，下游壩坡草皮護(hù)坡；溢洪道整體外觀較好，運(yùn)行狀態(tài)基本正常。溢洪道陡坡及消能段無沖蝕現(xiàn)象；放水管完好，工作正常；啟閉室有裂縫。交通橋橋面路肩局部表面砂漿脫落；檢修閘門、工作閘門啟閉機(jī)外觀正常，放水管金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)施未超過損廢折舊年限，電纜線存在龜裂老化現(xiàn)象，電機(jī)接地線缺失。

３．１．４Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)梯級水庫群中各水庫的基本資料分析可知：

１）Ｄ水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到規(guī)范要求，若防汛調(diào)度不出現(xiàn)差錯(cuò)，出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水時(shí)水庫潰決可能性不大。但若遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，Ｄ水庫存在大壩潰決的風(fēng)險(xiǎn)。若Ｄ水庫發(fā)生潰壩，其總庫容比下游Ｅ水庫的大２倍多，則Ｅ水庫漫頂潰壩可能性較大，繼而影響到下游Ｈ水庫使其潰壩。這是該水庫群可能發(fā)生的最嚴(yán)重事件，近１．０億ｍ３的洪水對該梯級水庫下游的沖擊將影響巨大。

２）如果Ｄ水庫不出現(xiàn)潰壩突發(fā)事件，則Ｅ水庫發(fā)生漫壩潰決的可能性較小。目前Ｅ水庫大壩壩頂寬２７ｍ，其中下游側(cè)１７ｍ為國道公路，路面均為混凝土路面。大壩壩頂寬，壩體斷面大，壩頂全部混凝土路面覆蓋，且溢洪道泄量大，最大泄量為８７１．３ｍ３／ｓ，即使出現(xiàn)漫壩險(xiǎn)情，按理險(xiǎn)情發(fā)展應(yīng)平緩一些，也存在搶險(xiǎn)可能性。

３）如果Ｄ水庫不出現(xiàn)潰決，Ｅ水庫出現(xiàn)潰決可能性也不大，那么Ｈ水庫超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下漫壩潰決的可能性較大。因Ｈ水庫大壩填筑質(zhì)量較差，且在高水位時(shí)曾經(jīng)出現(xiàn)過壩坡塌陷、庫岸結(jié)合處滲水、反濾體淤積等各種工程險(xiǎn)情，雖已加固處理，但并沒有從根本上解決壩體壩基滲透破壞、溢洪道邊坡滑塌的問題。因此，遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)Ｈ水庫大壩存在潰壩的可能。

綜上所述，該梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)集中：一是Ｄ水庫大壩潰決引發(fā)Ｅ、Ｈ水庫相繼潰決，二是Ｈ水庫超標(biāo)準(zhǔn)洪水下潰決。

３．２潰壩可能性分析

依據(jù)“１．１．２”節(jié)構(gòu)建的三座水庫串聯(lián)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型來分析Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群潰壩可能性。當(dāng)Ｓ河流域遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，Ｄ水庫發(fā)生管涌或漫頂潰壩，產(chǎn)生的潰壩洪水疊加區(qū)間洪水形成下游Ｅ水庫新的入庫流量過程，在Ｅ水庫正常調(diào)洪作用下，溢洪道泄洪能力不足，庫水位壅高直至超過Ｅ水庫的壩頂高程造成其漫頂潰壩，進(jìn)而導(dǎo)致Ｈ水庫漫頂潰壩。

３．２．１工況１：梯級水庫群連潰概率計(jì)算

根據(jù)“３．１”節(jié)對Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫的風(fēng)險(xiǎn)分析，且三座水庫大壩均存在除險(xiǎn)加固后未經(jīng)高水位運(yùn)行，不能判定水庫原有的滲透點(diǎn)是否封閉，結(jié)合“１．１．１”節(jié)中的潰壩模式及路徑，Ｓ河流域遭遇超校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，該梯級水庫可能存在的潰壩模式及潰壩路徑為：Ｄ水庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水—壩體集中滲漏管涌—干預(yù)無效—Ｄ水庫潰壩—潰壩洪水疊加區(qū)間洪水沖擊Ｅ水庫—Ｅ水庫漫頂—干預(yù)無效—Ｅ水庫潰壩—潰壩洪水疊加區(qū)間洪水沖擊Ｈ水庫—Ｈ水庫漫頂—干預(yù)無效—Ｈ水庫潰壩（其中“干預(yù)無效”是指干預(yù)失敗或未進(jìn)行干預(yù)）。梯級水庫系統(tǒng)潰壩路徑示意見圖３。

采用ＧｅＮｌｅ軟件建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群遭遇超校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，Ｄ水庫發(fā)生管涌潰壩，推求造成Ｅ、Ｈ水庫相繼漫頂潰壩的概率。計(jì)算得Ｄ水庫發(fā)生管涌潰壩，則Ｅ水庫漫頂?shù)暮篁?yàn)概率為５．５０×１０－１，進(jìn)而Ｈ水庫漫頂?shù)暮篁?yàn)概率為２．９０×１０－１。根據(jù)梯級水庫系統(tǒng)中水庫潰壩情況，建立梯級水庫系統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，其計(jì)算結(jié)果表示單座水庫的狀態(tài)對梯級水庫系統(tǒng)的影響。圖４（ｂ）中Ｅ、Ｈ水庫漫頂?shù)南闰?yàn)概率為圖４（ａ）中Ｅ、Ｈ水庫漫頂?shù)暮篁?yàn)概率。梯級水庫系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)概率為３．９×１０－１。

３．２．２工況２：單庫潰壩概率計(jì)算

Ｓ河流域遭遇超校核標(biāo)準(zhǔn)洪水，若Ｄ、Ｅ水庫未發(fā)生潰壩，Ｈ水庫發(fā)生管涌潰壩，根據(jù)事件樹法結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)對各個(gè)事件節(jié)點(diǎn)概率取值，計(jì)算Ｈ水庫發(fā)生管涌潰壩的概率見圖５。

梯級水庫群和單座水庫潰壩概率對比見表４。根據(jù)表１梯級水庫潰壩事件發(fā)生可能性等級標(biāo)準(zhǔn)，工況１中水庫連潰可能性等級為３，工況２中水庫潰壩可能性等級為２。

３．３潰壩后果分析

通過對不同工況的潰壩洪水和洪水演進(jìn)進(jìn)行計(jì)算，然后統(tǒng)計(jì)淹沒范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)人口，最后結(jié)合Ｄｅｋａｙ＆ＭｃＣｌｅｌｌａｎｄ法的公式計(jì)算生命損失，其中警報(bào)時(shí)間?。保?、洪水嚴(yán)重性為１。根據(jù)表２梯級水庫潰壩后果嚴(yán)重性分級標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)不同工況的后果等級，計(jì)算結(jié)果見表５。

３．４梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)表４、表５梯級水庫群潰壩可能性和潰壩生命損失，綜合得到不同工況下的水庫風(fēng)險(xiǎn)值和風(fēng)險(xiǎn)等級，見表６。從表６可知，工況１表明Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群的風(fēng)險(xiǎn)等級是高風(fēng)險(xiǎn)，為不可接受風(fēng)險(xiǎn)；工況２表明Ｈ水庫的風(fēng)險(xiǎn)等級是中風(fēng)險(xiǎn)，為可容忍風(fēng)險(xiǎn)。可見Ｓ河流域遭遇同一量級洪水時(shí)，Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群的潰壩風(fēng)險(xiǎn)主要由Ｄ水庫決定，該梯級水庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)。

３．５梯級水庫群防范對策

由于該梯級水庫群有高風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)將風(fēng)險(xiǎn)降至中風(fēng)險(xiǎn)或低風(fēng)險(xiǎn)，因此從工程、非工程兩方面提出相應(yīng)的防范措施。

３．５．１工程措施

Ｄ水庫大壩為三類壩，需盡快完成除險(xiǎn)加固工程；Ｅ、Ｈ水庫大壩均為二類壩，但仍存在較嚴(yán)重的安全隱患問題，須盡快進(jìn)行消缺處理，降低水庫自身風(fēng)險(xiǎn)。

３．５．１非工程措施

１）強(qiáng)化該梯級水庫群的預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案能力，提升該梯級水庫群應(yīng)急調(diào)度和應(yīng)急管理水平。

２）開展該梯級水庫群連潰洪水及后果分析，編制具有科學(xué)性和可操作性的大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急處置方案，完善潰壩洪水淹沒區(qū)預(yù)警設(shè)施。

４結(jié)束語

在全球氣候變化與人類活動(dòng)影響下，中小流域梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加。本研究采取定性定量分析相結(jié)合的方法，基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推求梯級水庫連潰概率，以Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群為例開展了梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估研究。主要結(jié)論如下：

１）提出了采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法評估梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)，其中潰壩可能性根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計(jì)算梯級水庫連潰概率進(jìn)行定量評估，潰壩后果嚴(yán)重性根據(jù)潰壩生命損失進(jìn)行定量評估。

２）提出了梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，以及潰壩可能性分級標(biāo)準(zhǔn)和潰壩后果嚴(yán)重性分級標(biāo)準(zhǔn)。

３）案例分析表明，Ｄ、Ｅ、Ｈ梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)主要由Ｄ水庫決定。建議采取工程措施消除Ｄ、Ｅ、Ｈ水庫工程隱患，采取非工程措施如梯級水庫群進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度、編制應(yīng)急預(yù)案等措施降低潰壩概率，從而降低梯級水庫群的整體風(fēng)險(xiǎn)。

４）我國中小流域存在大量梯級水庫群，一旦梯級水庫群連潰，后果難以承受。本文提出的梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)評估方法簡便易行，對評估為高風(fēng)險(xiǎn)等級及以上的梯級水庫群，建議采取工程、非工程措施降低整個(gè)梯級水庫群風(fēng)險(xiǎn)，從而保障我國梯級水庫群高質(zhì)量安全運(yùn)行。