一、引言

　　隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，我國(guó)某些地區(qū)，特別是華北地區(qū)，日益感到水資源的不足，對(duì)非病險(xiǎn)水庫(kù)，在汛期把洪水作為寶貴的水資源盡可能多地加以存蓄，則可解決旱的問(wèn)題。但是，水庫(kù)盡量多蓄水，就有人擔(dān)心會(huì)不會(huì)發(fā)生土石壩漫頂溢流的情況。的確，這種擔(dān)心是可以理解的。不過(guò)，我們可以通過(guò)一種科學(xué)計(jì)算，即漫壩風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算，取得土石壩對(duì)抗洪水與風(fēng)浪聯(lián)合作用下的漫壩風(fēng)險(xiǎn)的定量數(shù)據(jù)來(lái)消除這個(gè)擔(dān)心，并且給水庫(kù)科學(xué)合理的蓄水提供99.999%以上的漫壩安全可靠度。如此，我們想任何一級(jí)決策部門(mén)都會(huì)比較放心的。

　　二、漫壩風(fēng)險(xiǎn)分析理論簡(jiǎn)介

　　漫壩是指壩前水位超過(guò)壩頂、水流漫過(guò)壩頂溢流而下。風(fēng)險(xiǎn)是指水庫(kù)發(fā)生漫壩的概率。漫壩風(fēng)險(xiǎn)就是指在分析期內(nèi)，壩前水位超過(guò)壩頂?shù)母怕�。引起漫壩的主要風(fēng)險(xiǎn)因素來(lái)自入庫(kù)洪水、風(fēng)浪、庫(kù)容和泄水能力四個(gè)方面的不確定性。對(duì)于入庫(kù)洪水，大家都承認(rèn)它有隨機(jī)性，不再贅述。對(duì)于泄水能力，盡管在傳統(tǒng)的水庫(kù)設(shè)計(jì)中，把泄水建筑物，包括溢洪道和泄水孔，的泄水能力，當(dāng)作確定量來(lái)處理，但嚴(yán)格地講，泄水能力是具有不確定性的。其不確定性源于對(duì)真實(shí)的三維水流簡(jiǎn)化為一維水流模型而致的不確定性、糙率取值的不確定性、模型試驗(yàn)的縮尺效應(yīng)以及各種幾何尺寸在施工方面的容許誤差，等等。作者認(rèn)為，所有這些影響泄流能力的隨機(jī)因素，可以通過(guò)把泄水建筑物的流量系數(shù)視為一定范圍內(nèi)的隨機(jī)變量加以處理。在傳統(tǒng)的水庫(kù)計(jì)算中，是把庫(kù)容或庫(kù)面積視為確定性的。但事實(shí)上，它們是有不確定性的。人們測(cè)出的庫(kù)區(qū)等高線(xiàn)圖，存在著測(cè)量的隨機(jī)誤差；利用等高線(xiàn)圖計(jì)算庫(kù)容，按梯形法或辛普森法時(shí)，存在著計(jì)算簡(jiǎn)化誤差；庫(kù)區(qū)每年要經(jīng)受洪水，不可避免地產(chǎn)生沖淤，而限于人力、物力條件不能每年都對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行水下地形的精確測(cè)量，因此沖淤也會(huì)引起庫(kù)容的不確定性。風(fēng)，在什么時(shí)間刮，從什么方向刮，風(fēng)速多大，風(fēng)力多少級(jí)，仍是隨機(jī)的。對(duì)于土壩來(lái)說(shuō)，因風(fēng)引起的水面壅高e和風(fēng)浪沿斜坡壩面的爬高Rp，自然也是隨機(jī)的。應(yīng)予指出，在一般庫(kù)水位情況下，一般的風(fēng)所引起的水面壅高和風(fēng)浪爬高是不會(huì)引起漫壩的。只有當(dāng)洪水來(lái)臨，使庫(kù)水位升到一定值時(shí)，風(fēng)浪的作用才有可能配合洪水推波助瀾而導(dǎo)致漫壩風(fēng)險(xiǎn)。因此，統(tǒng)計(jì)風(fēng)系列的前提，本應(yīng)是統(tǒng)計(jì)各場(chǎng)洪水發(fā)生時(shí)的風(fēng)，但因當(dāng)前往往缺乏這方面的資料，為安全起見(jiàn)，一般采用汛期最大風(fēng)系列。對(duì)漫壩風(fēng)險(xiǎn)而言，只有吹向壩體的風(fēng)才對(duì)漫壩失事起作用，故而對(duì)漫壩風(fēng)險(xiǎn)而言，其有效風(fēng)應(yīng)為汛期吹向壩體的最大風(fēng)系列。

　　嚴(yán)格地講，壩頂高程也存在不確定性。它來(lái)源于測(cè)量誤差和壩頂?shù)某两�，但�?duì)于已建成的工程，其離散性微乎其微，可以把它視為常數(shù)，這并不影響計(jì)算精度。

　　這樣一來(lái)，水庫(kù)調(diào)洪過(guò)程是一隨機(jī)過(guò)程，其調(diào)洪演算方程，是隨機(jī)微分方程，我們不僅須求其各隨機(jī)變量的均值，而且還須求其方差的值。在以校核或設(shè)計(jì)）洪水為其上限的洪水系列與汛期吹向壩體的有效風(fēng)系列聯(lián)合作用下，土石壩漫壩風(fēng)險(xiǎn)須逐時(shí)段進(jìn)行數(shù)值積分來(lái)求得。計(jì)算時(shí)，控制高程取在壩頂Zc1和防浪墻頂高程Zc2時(shí)，針對(duì)相應(yīng)的迎汛水位，將分別得出相應(yīng)的漫壩風(fēng)險(xiǎn)值。用1減去算得的漫壩風(fēng)險(xiǎn)值，就得出該壩在給定的迎汛水位條件下，對(duì)校核或設(shè)計(jì)洪水系列與汛期有效風(fēng)系列聯(lián)合作用下的漫壩安全可靠度。具體的漫壩風(fēng)險(xiǎn)模型及其解算方法，限于篇幅，不再詳述，可參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)。目前，尚缺乏漫壩安全可靠度方面的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)分析國(guó)內(nèi)外漫壩、垮壩統(tǒng)計(jì)資料，我們提出可接受的漫壩風(fēng)險(xiǎn)為10-6數(shù)量級(jí)。這相當(dāng)于人力無(wú)法抗拒的地震風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級(jí)，或即可接受漫壩安全可靠度達(dá)99.999%以上。進(jìn)行漫壩風(fēng)險(xiǎn)的研究與實(shí)踐，也為今后制訂漫壩安全可靠度規(guī)范，奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定的水庫(kù)汛限水位，采用上述風(fēng)險(xiǎn)分析方法和取值標(biāo)準(zhǔn)，便可對(duì)土壩進(jìn)行漫壩安全評(píng)價(jià)。若其安全可靠度達(dá)不到99.999%，則須及早采取措施確保安全；若可靠度遠(yuǎn)大于99.999%，則表明仍有蓄水能力，對(duì)于壩體堅(jiān)固、管理人員素質(zhì)良好，且最好還有洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的大型水庫(kù)，以及中型偏上的水庫(kù)，則可考慮抬高其汛限水位，在確保漫壩安全可靠度高達(dá)99.999%的前提下盡可能多地?cái)r蓄洪水，以便減輕下游的防洪壓力，又可存留寶貴的水資源，做到興利與除害并舉。

　　三、工程實(shí)例

　　下表列舉上述方法在陡河、清河等水庫(kù)的成功應(yīng)用。對(duì)各水庫(kù)進(jìn)行漫壩風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，安全控制用的臨界高程Zc有兩種：第一種是取土壩壩頂高程Zc1，只對(duì)抗洪水和風(fēng)浪壅水高度；第二種是取防浪墻頂高程Zc2，對(duì)抗洪水、風(fēng)壅高度和風(fēng)浪爬高。當(dāng)然，采用不同的臨界高程，其計(jì)算所得的漫壩風(fēng)險(xiǎn)是不同的。

　　四、釋疑

　　也許有人要問(wèn)：這樣一來(lái)，安全超高不是沒(méi)有了嗎？就此問(wèn)題，我們作以下兩點(diǎn)說(shuō)明：第一，在傳統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度計(jì)算中，除了洪水是具有某種頻率性質(zhì)的隨機(jī)事件外，把水庫(kù)庫(kù)容、庫(kù)面積、汛期的風(fēng)情和泄水建筑物的泄流能力等都當(dāng)作確定量處理，且洪水頻率一經(jīng)給定，洪水過(guò)程線(xiàn)也成為確定量。在此條件下，人們采用安全超高，即在水庫(kù)演算中最高水位上再加一高度作為安全超高以策安全，實(shí)質(zhì)上是把確定量所未考慮的那些不確定性都囊括在內(nèi)。反過(guò)來(lái)，當(dāng)我們把洪水、風(fēng)壅高度和爬高、庫(kù)容和庫(kù)面積、泄水能力都看成是隨機(jī)量并將洪水調(diào)度過(guò)程看成是隨機(jī)過(guò)程時(shí)，已把這些不確定性考慮進(jìn)去了，因而無(wú)需再采用安全超高。

　　第二，退一步說(shuō)，即使是按國(guó)外習(xí)用的潛在公害分級(jí)法可視為高公害的大壩，上述分析方法也是適用的，只是此時(shí)臨界高程Zc可選在壩頂或防浪墻頂部以下某一位置，則此高程距壩頂或防浪墻頂之高差，就相當(dāng)于贅余安全超高。不過(guò)，此時(shí)漫壩風(fēng)險(xiǎn)是否還要維持在10-6量級(jí)上，還有待于進(jìn)一步研究。筆者看來(lái)，似乎沒(méi)有必要一定維持如此高的標(biāo)準(zhǔn)。