河道堤防工程風(fēng)險評價方法

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1、河道堤防工程風(fēng)險評價方法　　摘要：本文以河道堤防的風(fēng)險評估為研究對象，以風(fēng)險理論為基礎(chǔ)，概述了河道堤防風(fēng)險評估中主要考慮的不確定因素。并對河道堤防風(fēng)險評估中主要涉及的漫頂破壞、滲透破壞和失穩(wěn)破壞的風(fēng)險計(jì)算方法進(jìn)行研究，可為河道堤防的風(fēng)險評估提供參考關(guān)鍵詞：河道堤防；不確定性；風(fēng)險計(jì)算中圖分類號：TV143+.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A一、概述5我國每年的洪災(zāi)損失都都比較大，防洪安全歷來都是備受關(guān)注的問題之一。河道堤防工程是控制河道洪水安全宣泄的重要工程措施，河道堤防工程安全和風(fēng)險評估對于衡量水利工程的安全狀況具有重要意義。從總體上看

2、，由于河道堤防工程沿河修建，沿途距離跨度大，在修建過程中會遇到各種類型的基礎(chǔ)條件，但由于經(jīng)費(fèi)有限，并不是所有的堤防基礎(chǔ)都得到了有效處理，這為河道行洪時留下了一定的安全隱患。其次，由于河道堤防工程量較大，為節(jié)約資金，往往會在原有堤防基礎(chǔ)上加高培厚而成，堤防內(nèi)部情況復(fù)雜，在河道行洪時就可能會發(fā)生一些意外情況。但是在現(xiàn)階段的技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件下，河道堤防的安全分析理論和事故機(jī)理還不夠完善，很難實(shí)時的做出預(yù)警，在防洪搶險中常常處于被動地位。這就為河道堤防工程的風(fēng)險評估提出了要求，本文正是針對這一問題展開研究，通過一定的風(fēng)險計(jì)算模型

3、和分析方法找出堤防中的存在危險的地段，從而為防洪決策提供參考依據(jù)。二、風(fēng)險分析理論基礎(chǔ)風(fēng)險理論是在西方經(jīng)濟(jì)學(xué)研究領(lǐng)域中被首先提出，并隨后被廣泛的推廣到了多個學(xué)科當(dāng)中。風(fēng)險的直接定義為以概率為衡量標(biāo)準(zhǔn)來評估工程失效所造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失、環(huán)境影響等損害的后果評價。通常情況下，風(fēng)險是由不確定因素產(chǎn)生某種損失的機(jī)會，或者是特定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)特定功能的幾率，風(fēng)險也可能因?yàn)槎x角度的不同而形成不同的學(xué)術(shù)流派，但不論是何種定義方式，都需要回答三個方面的問題，一是可能發(fā)生的事故類型，二是發(fā)生該事故的可能性，三是該事故一旦發(fā)生后所產(chǎn)生

4、的后果。從風(fēng)險具有的特征上看，風(fēng)險具有客觀性、普遍性、動態(tài)性等固有特征。從數(shù)學(xué)的角度來對風(fēng)險進(jìn)行描述，可表述為系統(tǒng)外來何在大于系統(tǒng)本身承受力的概率，即Pf=P(L>R)，其中L為系統(tǒng)外來荷載，R為系統(tǒng)抗力，不同的研究目的會對上述的L和R有不同的定義方式。三、河道堤防工程中的不確定性描述5風(fēng)險的一個重要特征是不確定性，因此對于特定的問題而言，對其不確定性的描述對于風(fēng)險的評估具有重要意義，因?yàn)閷Σ淮_定性的描述和相關(guān)度量方法對于風(fēng)險辨識和估計(jì)具有基礎(chǔ)性的作用。對于河道堤防而言，所涉及到的不確定性主要有以下幾個方面的內(nèi)容：水文方面

5、的不確定性主要是指河道堤防在行洪過程中所可能遭遇的洪水頻率不確定性，洪水發(fā)生時間的不確定性等。水力、結(jié)構(gòu)上的不確定性這方面的不確定性主要指河道堤防在行洪時所承受的水流沖刷、水壓力荷載時的不確定性。由于河道堤防的結(jié)構(gòu)一般為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部組成復(fù)雜，在承受水壓力時，不同河段堤防由于設(shè)計(jì)條件、施工條件、實(shí)時地基條件等都可能存在較大的差異，因此水壓力在堤防結(jié)構(gòu)上所造成的荷載效應(yīng)在不同的堤防地段上會存在差異。操作管理上的不確定性河道堤防管理范圍大，在實(shí)際的操作管理中可能存在這工程養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，管理人員操作失誤、堤防養(yǎng)護(hù)工作不到位等情況。對

6、于上述幾類主要的不確定性，本文中將側(cè)重于對堤防結(jié)構(gòu)的失效風(fēng)險來進(jìn)行分析，并建立相應(yīng)的風(fēng)險計(jì)算模型。四、河道堤防工程的風(fēng)險計(jì)算三類風(fēng)險因素的計(jì)算模型:5（一）漫頂破壞。河道堤防發(fā)生漫頂破壞的主要誘因是河道遭遇了超過河道承受能力的超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水。因此發(fā)生河道堤防漫頂破壞的風(fēng)險來源就是超標(biāo)準(zhǔn)洪水事件，此時衡量河道堤防發(fā)生漫頂破壞的風(fēng)險即可通過計(jì)算該超標(biāo)準(zhǔn)洪水事件的概率來間接衡量。以復(fù)合泊松模型來描述洪水隨機(jī)過程，對特定時間段內(nèi)的發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水的概率計(jì)算方法為：設(shè)特定時段內(nèi)的洪峰個數(shù)N服從參數(shù)為泊松分布，則依據(jù)復(fù)合泊松隨機(jī)點(diǎn)過程的

7、模擬要求，得到其隨機(jī)點(diǎn)過程的概率母函數(shù)為：，其中為特定時間段內(nèi)發(fā)生洪峰叢數(shù)的泊松分布參數(shù)。從而可得到在時段（0~t）內(nèi)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水，從而引發(fā)漫頂破壞的概率為：。（二）滲透破壞。河道堤防發(fā)生滲透破壞的成因是滲透坡降超過了堤防土體的臨界坡降。令堤防的實(shí)際滲透坡降為J，堤防土體臨界坡降為JK，則發(fā)生滲透破壞的風(fēng)險計(jì)算模型為：，其中f(J)為河道堤防滲透坡降的概率密度函數(shù)。而堤防滲透坡降是一個和河道內(nèi)水位有關(guān)的變量，因此可用條件概率來描述坡降和水位之間的函數(shù)關(guān)系，即，其中為河道水位的概率密度函數(shù)。若令，該數(shù)值可通過全概率公式計(jì)算

8、得到，則可得到在特定的水位范圍（H1，H2）內(nèi)，發(fā)生河道堤防滲透破壞的風(fēng)險為：。（三）失穩(wěn)破壞。河道堤防發(fā)生失穩(wěn)破壞的原因是邊坡失穩(wěn)，即堤防邊坡上的滑動力矩大于其抗滑力矩，其概率模型和滲透破壞的風(fēng)險計(jì)算模型類似，通過類似的推導(dǎo)可到在水位范圍（H1，H2）內(nèi)發(fā)生失穩(wěn)破壞的風(fēng)險為。五、結(jié)語5河道堤防的風(fēng)險評