大坝风险分析的计算方法：进展和挑战

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水坝设计和风险分析

①关注水坝连同地基安全、泄洪泄水和下游水患三种风险；② 重视大坝安全监测；③ 通过风险分析，明确主要风险
因子、风险概率，并提出抑制、转移风险的对策；④ 通过可视化数模仿真计算，进行洪水演进分析，提出需要的有关风险图；⑤所提对策还应在设计中一一落实，并采取确实有效的措施，以优化工程设计并提高水坝的抗风险能力。
ＡｂｔａｔＩａｔ０ｙａｓｔｅｉｅｆｒｋａａｙｉａｅｎｄｅｌｍｅｄｄｉａｄｓｇ，ａｄｔｅｅｔｏｌｍｅｔｏｓｒｃ：ｎｐｓ２ｅｒ，ｈｄａｏｓｎｌｓｓｈｓｂｅｅｐｙｅｂｄｅｎｄｍｅｉｎｎｈｓｗｏｃｍｐｅｎｉｔｅｃｏｈｒｏｅｐｎａｓｆｔ，ｎｔｏｌｈｅｅａｅｉｎｃｄｓａｄｒｇｌｔｎｓｂｕｆｌｄｕｌｏｔｅａｈｔｅ．Ｆｒｋｅｉｇｄｍａｅｙｏｎｙｔｅｇｎｒｌｄｓｇｏｅｎｅｕａｉｓｍｕｔｅｆｌｌ，ｂｔａｓｈｏｉｅｅｔｏｄｎｒｓｓｓｃｓｔｅｄｍａｌｒｎｖｒｏｐｎａｌｒｈｕｄｂｈｌｖｉｅ．ｈｉｏｎｅｍｅｓｒｓａｅｘｒｒｉａｙｒｋｕｈａａｆｉｅａｄｏｅｔｐｉｇｆｉｅｓｏｌｅｗｏｌａｏｄｄＴｅｍａｎｃｕｔｒａｕｅｒａｉｈｕｕｙ
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水库防洪错峰调度风险分析方法及应用

水库防洪错峰调度风险分析方法及应用摘要：近年来，我国的水库建设越来越多，在水库运行的过程中，防洪错峰是非常重要的内容。

我国的地形复杂、水文类型多样，且由于气候的变化导致我国很多地区的洪水多发，为了阻止这些自然灾害，同时在阻止的基础上对这些洪水加以利用，我国采用了水库防洪错峰调度的方法来减少水库防洪库容，同时还能明显提高洪水的资源利用率。

然而，洪水这样的自然灾害本身就存在很多不确定性，在实际调度过程中，由于气候的变化、洪水预报、泄洪传播时间以及调度滞时等问题，导致水库防洪错峰调度是存在风险的，但是基于这种方法对洪水治理有显著效果，本文将从水库防洪错峰调度的风险计算、决策等方面进行阐述，为研究水库防洪错峰调度风险提供帮助。

关键词：水库防洪错峰调度;风险分析;方法应用引言依托天气预报和洪水预报技术的进步，挖掘水库防洪预报调度的潜力、实现水库在汛期安全有效的蓄水，是洪水资源利用的重要途径。

水库防洪错峰调度是水库防洪预报调度的主要方式之一，它依据水库下游的区间洪水预报信息，在区间洪峰来临前及时减小水库泄量，使水库泄量与区间洪水的组合流量不超过下游防洪控制断面的安全泄量。

与不考虑预报信息的固定泄流方式相比，水库防洪错峰调度方式可在保证下游防洪安全的前提下加大泄量，从而有效减小预留的防洪库容，增加水库兴利效益，但受区间洪水预报、水库下泄洪水传播时间、调度滞时等不确定因素的影响，可能会增加水库下游的防洪风险。

因此，识别及量化水库防洪错峰调度运行中的不确定性因子和评估防洪错峰调度的风险，对洪水资源利用率的提高具有重要意义。

1水库调度阶段划分及出流上界分析(1)起涨段和补偿段:防洪规划与实时调度的最大不同，就在于后者考虑了洪水预报进行预泄，而前者为了最大限度保证防洪安全并给后者留有余地，一般采取两种控泄措施:①下游不需要补偿时按入库流量控泄(起涨段);②下游需要补偿时控制出库流量不大于入库流量(补偿段)。

因此，构建水库洪水补偿优化规划模型时，可以限制出库流量不超过入库流量。

水库大坝施工现场中的安全风险点识别与规避

水库大坝施工现场中的安全风险点识别与规避水库大坝的建设对于水资源的调配和利用具有重要意义，然而，在施工过程中存在着众多安全风险点。

为了保障施工人员的生命安全和工程质量，必须对这些风险点进行准确识别并采取相应的规避措施。

本文将针对水库大坝施工现场中的安全风险点进行分析，并提出一些有效的规避策略。

一、地质灾害风险点水库大坝的建设通常需要在复杂的地质环境中进行，地质灾害是一个常见的风险点。

如山体滑坡、地面塌陷、岩爆等，这些都会对施工人员造成威胁。

为了规避这些风险，可以采取以下措施：1.实施地质勘测：在施工前充分了解地质条件，包括地形、构造、地层特征等，以便及时发现可能的地质风险。

2.采取支护措施：根据地质条件的不同，采取相应的支护措施，如加固岩层、设置防护网等，以保障施工人员的安全。

二、水工结构风险点水库大坝的施工涉及到各种水工结构的建设，而这些结构的施工本身也存在着一些安全风险点。

比如坍塌、混凝土温度控制不当、基础不牢固等，都会对工程质量产生影响。

为了规避这些风险，可以采取以下措施：1.加强施工监管：严格按照设计要求进行施工，监督施工人员的操作流程，确保施工质量符合标准。

2.定期检测：在施工过程中，定期进行结构的检测和评估，及时发现可能存在的问题，并采取相应的修复措施。

三、机械设备风险点水库大坝的施工需要使用大量的机械设备，然而，这些设备的操作存在一定的风险点。

比如起重设备的使用不当、设备故障等，都可能导致人员伤亡。

为了规避这些风险，可以采取以下措施：1.加强操作培训：对使用机械设备的人员进行专业培训，提高其操作技能和安全意识。

2.维护保养设备：定期对机械设备进行保养和维修，确保设备的正常运转，避免故障发生。

四、施工现场管理风险点水库大坝的施工现场是一个复杂的工地环境，存在着各种管理风险点。

比如安全防护设施不完善、施工人员违规操作等，都会对施工进程和人员安全产生不利影响。

为了规避这些风险，可以采取以下措施：1.严格落实安全责任制：建立严格的安全管理制度，明确各级人员的责任和义务，确保施工现场的安全。

分析大型水利工程的风险管理问题

分析大型水利工程的风险管理问题摘要：大型水利工程建设需要耗费大量的资金以及人力，并且水利工程系统通常比较复杂，实际的工程也特别容易受到气候变化以及人类活动等方面的影响，尤其是工程受到水文以及地质灾害等严重自然影响，水利工程其运行管理方面也容易受到各种外界因素影响，虽然目前大多数的大型水利工程都进行严格的管理，但是，工程管理之中依然存在相关风险因素，风险无处不在，一旦出现问题，将导致严重的经济损失，所以，需要加强对水利工程的风险管理工作。

关键词：大型；水利工程；风险管理；问题大型水利工程建设的地理位置是非常特殊的，一般是建立在河面或者海面之上，这样的建设与道路和土木工程建设有所不同，道路建设和土木工程建设的安全系数要比水利工程建设高很多，前者的风险也要比后者低很多[1]。

一旦天气出现恶劣情况，道路和建筑可以防范，但水利工程却存在很大的隐患，若水利工程建设的地理位置是非常特殊的，如建立在多雨多水多滑坡的山边，这样的水利工程不仅需要建设的更加牢固，其防范的坚固性也需要加倍。

大型水利工程的风险因素有很多，需要确定其风险的类型，根据不同的大型水利工程的安全等级来预测它的安全系数，并制定出不同的对抗风险的办法和措施，科学有效地对自然灾害或者人为破坏等情况的防范。

1 大型水利工程的风险识别对于大型的水利项目来讲，其风险可以有如下的几种划分方法。

第一，按照它的性质来划分，可分为三种，分别是工程安全风险，生态环境风险，社会管理风险；第二，按照项目的组成和关系来划分，可以分为单个工程与工程系统风险两类；第三，按照风险要素的体现来看，可分为可识别风险和隐性风险。

1.1 工程安全风险工程安全风险主要来自不确定的荷载、地基及建筑物的抗力、设计方法、施工质量等几方面。

从世界上已经发生的溃坝案例来看，大坝的安全风险主要来源于：一是水文的随机性，特别是洪水风险。

二是地质条件的不确定性。

高坝一般建在山区峡谷之中，坝基、坝肩和库岸存在着大量地质构造及地质缺陷，常常是大坝及水库的安全隐患。

水库抢险应急预案中溃坝洪水及演进分析

水库抢险应急预案中溃坝洪水及演进分析方崇惠;李海涛【摘要】For providing references for compiling of reservoir emergency plan, taking the Zhaolaihe Reservoir on tributary of Qingjiang River as a case, we induce the simulation formula for flow process calculation in case of instantaneous dam break, the dam-break flow and its routing process is computed by using the proposed formula and software pack of Hec-ras. The results show that in the case of carrying out flood discharge by downstream Geheyan Reservoir, the level in Geheyan Reservoir would drop 5m;in case of not carrying out flood discharge by Geheyan Reservoir, it would increase dangers for the residents in Geheyan Reservoir area and result in flood level exceeding the dam top of Geheyan Dam, even induce continuous dam break.%为给水库大坝防汛抢险应急预案的编制提供参考借鉴，以清江支流招徕河水库的应急抢险预案编制为例，给出了瞬时溃坝流量过程模拟公式，并应用该公式和Hec-ras软件包，计算了溃坝洪水及其动态演进过程。

土坝坝坡失稳风险分析

重要组成部分。针对土坝坝坡失稳风险模型，详细讨论了模型中各有关参数的取值及随机变量的统计分析问题，建议以坝坡最危险滑裂面为基础的坝坡失效风险计算的蒙特卡罗法，并以某大坝的坝坡失稳风险分析为例说明了建议方法的具体应用。【关键词】土坝；坝坡失稳；风险分析；蒙特卡罗法
ａａｙｉｏｅｓｏｓｂｌｙｉａｍｐｒｎｒｏｅｒｋａｓｓｍｅｔｎｔｅｄｍｉｋＡｒｓｓｅｓｎｄｌｏｅｉｓ — ｎｌｓｓｆｔｌｐｉｔｉｔｓｎｉｏｔｔｔｆｔｉｓｅｓｎｈａｒ．ｋａｓｓｍｅｔｍｏｅｒｔｎｔｈｅｎａｉａｐｈｓｏｏｓｉｆｈａｂｌｙｏｅｄｌｐｓｐｅｅｔｄｈｒｉｏｉｈｔｅｓａｉｔｎｌｓｓｏｅＶｌＣｆａｉｕａａｔｒｎｈａｄｍａ－ｉｔｆｈａｓｏｅｉｒｓｎｅｅｅｎ；ｆｒｉｔｍｗｈｃｔｔｉａａｙｉｎｔｎＵＳｏｒｓｐｒｍｅｅｓａｄｔｅｒｏｖｒｈｓｃｈｖｏｎｉｂｅｎｔｅｍｏｅａｅｄｓｕｓｅａｌｎｈｎｔｅＭｏｔ—ａｌｔｏａｅｎｔｅｍｏｔａｇｒｕｌｐｎｕｆｃｕ－ａｌｓｉｈｄｌｒｉｃｓｅｉｄｔｉ，ａｄｔｅｎｅｃｏＭｅｈｄｂｓｄｏｓｄｎｅｏｓｓｉｉｇｓｒｅｉｓｇｄｎｈｒｈｐａｓｇｓｏｅｒｋｃｌｕａｉｎＯｌｔｅｆｉｏｅｄｍｌｐｓｗｅｌｕｔｅｍｏｅｈｐｌａｉｎｏｅｓｇｅｔｄｍｅｈｄｉｉｔｏｅｔｆｒｈｉａｃｌｔｉｈａｌｆｔａｓｏａｌｄｅｔｓｏｈｅ，Ｆｒｈｒｒ．ｔｅａｐｉｔｆｔｕｇｓｅｔｏｎｒ・ｃｏｈｓｄｃｄｗｔｒｃｉａｃｓｆｔｅａａｙｉｍａｅｏｈｉｋｏｓａｉｔｎｄｍｌｐｏａｕｅｉａｐｔｌａｅｏｈｎｌｓｓｄｎｔｅｒｓｆｉｔｂｌｙｏａｓｏｅｆｒａｄｍ．ｈａｃｎｉＫｅｒｓａｈ６ｌｄｍ；ｄｌｐｎｔｂｈｙｗｏｄ：ｅｒ・ｌａｔｍａｓｏｉｓａｉｙ；ｒｋａａｙｉ；Ｍｏｔ－ａｌｔｏｅｉｌｓｓｎｓｎｅｃｒｏＭｅｈｄ

风险管理中的溃坝生命损失估算方法

0引言随着社会的进步和国民经济的发展，大坝安全问题已越来越受到我国政府和人民的重视。

水利部已陆续投入大量的人力和资金，对病、险库坝进行除险加固。

但是，由于病险水库面大、量广，而除险加固资金有限，不能全面彻底地进行除险加固。

为了能把国家有限的除险加固资金用在最需要进行除险加固的水库大坝上，再按以往的大坝安全管理模式己不能满足新的要求。

探讨新的大坝安全管理模式，将“风险”概念引入大坝安全管理中。

大坝风险管理以降低大坝风险为目标，按风险是否可以接受来决定是否需要对大坝进行除险显得至关重要。

水库大坝的风险，是以水库大坝存在的安全隐患可能对下游经济发展、人民生命财产造成的损失来衡量。

而人民的生命安全最受人们的关注，因此人民生命损失的风险衡量是重中之重。

1溃坝影响及生命损失人数确定大坝运行风险所引起的损失一般包括生命、经济、社会和环境等方面，其损失发生的可能性受到相应风险因素不确定性的制约，损失的大小视风险导致事故的严重程度有所不同。

我国的水库大坝通常是兼顾兴利与防害目的为一身的，因此，其运行风险一旦转化成事故，必将对社会造成广泛而又深远的影响。

从直接作用看，将导致人员伤亡和财产损失，使生产力遭到破坏；从深层次看，会破坏经济及生态环境，影响社会的发展和进步。

溃坝后，会产生很多方面的损失。

包括人员伤亡、经济损失、社会环境损失等。

生命损失人数主要是洪水特性参数的函数：如水深、流速、温度、洪水含沙量、洪水持续时间，以及发生时间、预警时间、撤退路线等。

一般在计算时主一要考虑三个方面：风险人口、警报时间和暴露因素（如白天或晚上：冬季或夏季等）。

现今，欧美各国对溃坝生命损失的研究己进入了一个较高的阶段。

不仅仅立足于对溃坝生命损失历史资料的统计分析，还对溃坝淹没范围之内的风险人口进行了区划，以概率论的方法来探讨洪水淹没区居民逃离的生还率问题。

这标志着对溃坝生命损失的研究更深入了一步，已不满足被动地研究溃坝生命损失，主动地模拟溃坝后果及预测溃坝生命损失大小。

水库大坝风险评估导则(征求意见稿)

中华人民共和国水利行业标准SL XXX-X X X X __________________________________________________________________水库大坝风险评估导则Guidelines on dam risk assessment（征求意见稿）（仅供征求意见，请勿引用）201X-XX-XX发布 201X-XX-XX实施_____________________________________________________________________中华人民共和国水利部批准前言根据水利部水利水电规划设计总院“关于开展《水土保持工程调查勘查规程》等32项标准编制工作的通知”(水总科[2009]1028号)文，按照《水利技术标准编写规定》（SL1-2002）的要求，制定本标准。

本导则共7章114条和3个附录，主要包括以下内容：—总则；—术语；—基本资料；—水库大坝风险分类；—溃坝概率计算；—溃坝后果计算；—大坝风险评估与决策。

本标准在执行标准过程中，请各单位注意总结经验，积累资料，随时将有关意见和建议反馈给水利部水利水电规划设计总院（北京市西城区六铺炕北小街2-1号，邮政编码：100120， E-Mail：*************.cn），以供今后修订时参考。

本标准批准部门：中华人民共和国水利部本标准主持机构：水利部水利水电规划设计总院本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位：水利部水利水电规划设计总院、南京水利科学研究院本标准参编单位：河海大学、中国水利水电科学研究院本标准出版、发行单位：中国水利水电出版社本标准主要起草人：本标准审查会议技术负责人：本标准体例格式审查人：I目次1 总则 (1)2 术语 (3)3 基本资料 (7)4 水库大坝风险分类 (10)5 溃坝概率计算 (11)6 溃坝后果计算 (15)7 大坝风险评估与决策 (21)附录 (26)条文说明1 总则1.0.1 为规范水库大坝风险评估方法与风险管理技术，促进水库大坝风险管理模式的推广应用，制定本导则。

大坝安全监测运行风险评价模型研究

大坝安全监测运行风险评价模型研究摘要：针对大坝安全监测隐患突出、运行管护薄弱等问题，采用 WBS-RBS 法，对大坝安全监测运行工作及存在的风险进行分解，构建大坝监测风险矩阵。

通过构建安全监测风险量化模型，将风险等级划分为 5 级，确定了监测运行管护工作的权重分布，提出了基于 WBS-RBS 的风险量化评价模型。

关键词：大坝安全监测；运行风险；评价模型；研究1大坝安全监测运行风险研究背景安全监测作为水库大坝安全管理的重要组成部分，是掌握其安全状态的重要手段。

监测设施运行不正常，直接影响大坝安全运行，也是历年来水库出险主要原因之一。

大坝安全监测运行风险是由主观与客观因素共同作用造成的结果，例如：施工质量差、不符合规范要求等，运行较短时间就发生损坏问题；观测设备精度低或缺少相关的辅助设施，导致难以开展监测工作；长期缺乏有效的管护，监测设施极易发生损坏；监测人员技术水平不高，监测意识淡薄，不重视有关工作等。

因此，系统评价监测设施运行管护、识别风险源是大坝安全监测运行风险的主要任务之一。

目前，针对安全监测运行风险的研究较少，常用的方法有层次分析法、模糊综合评价法、神经网络法等，总结这些研究成果，主要有两个问题：一是所用方法未将主观分析和客观计算有机结合，评价结果可信度不高；二是主要集中在监测数据分析有关风险研究等方面，缺乏对监测运行管护等系统风险辨识和评价。

针对上述问题，本文提出改进的WBS-RBS（风险分解结构）风险分析法，在分析大坝安全监测设施运行管护工作的同时，识别相应的风险源，构建风险定量评价模型，确定相应工作的分布权重和识别出关键工作风险，达到风险管理的效果。

2WBS-RBS 风险分析法基本模型2.1建立工作分解结构 WBS常用的工作分解方法有：按实施过程进行分解，按平面或者空间位置进行分解，按功能进行分解，按要素进行分解。

本研究结合大坝安全监测的特点，按要素进行 WBS 分解。

图 1 大坝安全监测工作 WBS 分解结构图 2 大坝安全监测工作 RBS 分解结构大坝安全监测是一项系统工作，主要包括监测设施管护、监测开展及监测数据分析工作。

论水库大坝漫坝风险分析理论及模型的建立

漫坝是指坝前水位超过坝顶、水流漫过坝顶溢流而下。风险是指水库发生漫坝的概率。漫坝风险就是指在分析期内，坝前水位超过坝顶的概率。引起漫坝的主要风险因素来自入库洪水、浪、风库容和
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蝴瑗离糕泄水能力四个方面的不确定性。对于入库洪水，家都承认它有随大Ｚｆ — 坝前水位ｆ＿ — 机性，再赘述。对于泄水能力，管在传统的水库设计中，泄水不尽把Ｚ。 — 迎汛库水位 — 建筑物包括溢洪道和泄水孔的泄水能力，当作确定量来处理，但严ｅ— — 水面风壅高度格地讲，泄水能力是具有不确定性的。其不确定性源于对真实的三Ｈ— 一由于洪水产生的库水位增加值维水流简化为一维水流模型而致的不确定性、糙率取值的不确定Ｒ。 ——沿坝坡的波浪爬高性、模型试验的缩尺效应以及各种几何尺寸在施工方面的容许误Ｚ厂一临界高程差，等。有这些影响泄流能力的随机因素，以通过把泄水建筑等所可当洪水事件【，】ＱＱ．和风事件《ｌＷｊＷ－Ｉ同时出现时，险＿，风物的流量系数视为一定范围内的随机变量加以处理。在传统的水库Ｐ．：．为计算中，是把库容或库面积视为确定性的。但事实上，它们是有不确＝ ÷ ＋定性的。们测出的库区等高线图，在着测量的随机误差：人存利用等予琏，总城段ｎ表蜘：『Ｆ高线图计算库容按梯形法或辛普森法时，存在着计算简化误差：库区每年要经受洪水，可避免地产生冲淤，限于人力、力条件不不而物 ∑ ）ｌ，矗Ｐ蛳 ∑－ ’ 《》ｌ能每年都对库区进行水下地形的精确测量，此冲淤也会引起库容因的不确定性。，风在什么时间刮，从什么方向刮，风速多大，力多少风通过编制相应的电算程序，求解上述方程，可得到预先规定的临级，仍是随机的。对于土坝来说，因风引起的水面壅高ｅ和风浪沿斜界模式的漫坝风险模型。坡坝面的爬高ＲＰ自然也是随机的。应予指出，，在一般库水位情况在传统水库调度计算中，除了洪水是具有某种频率性质的随机下，一般的风所引起的水面壅高和风浪爬高是不会引起漫坝的。只事件外，水库库容、把库面积、汛期的风情和泄水建筑物的泄流能力有当洪水来临，使库水位升到一定值时，风浪的作用才有可能配合等都当作确定量处理，且洪水频率一经给定，水过程线也成为确洪洪水推波助澜而导致漫坝风险。因此，统计风系列的前提，本应是统定量。此条件下，在人们采用安全超高，即在水库演算中最高水位上计各场洪水发生时的风，因当前往往缺乏这方面的资料，安全再加一高度作为安全超高以策安全，质上是把确定量所未考虑的但为实起见，一般采用汛期最大风系列。对漫坝风险而言，只有吹向坝体的那些不确定性都囊括在内。反过来，当我们把洪水、风壅高度和爬库泄风才对漫坝失事起作用，故而对漫坝风险而言，其有效风应为汛期高、容和库面积、水能力都看成是随机量并将洪水调度过程看吹向坝体的最大风系列。成是随机过程时，已把这些不确定性考虑进去了，因而无需再采用严格地讲，坝顶高程也存在不确定性。它来源于测量误差和坝顶安全超高。的沉降，但对于已建成的工程，其离散性微乎其微，以把它视为常可通过全面考虑洪水、风浪、库容和泄水能力的不确定性而建立数，这并不影响计算精度。起来的漫坝风险理论，已成功地应用于国内几座大型水库上，各对２漫坝风险分析模型及方法坝的漫坝安全可靠性进行评定，同时在确保大坝安全度汛的前提漫坝风险分析理论采用随机数学、随机水文学和随机水力学方下，水库防洪调度提供了切实可行的建议，水库既充分发挥其对使法，综合考虑影响漫坝的洪水、库容、风浪和泄水能力四方面的随机防洪功能，又尽可能多地蓄水，使宝贵的水资源得到充分地利用，提性，然后研制水库大坝在洪水系列与风浪系列联合作用下的漫坝风高了兴利效益。险模型，并在确保大坝的漫坝安全可靠度高达９．９％以上的前提９９９可以相信，此法一旦推广应用于我国众多的坝体坚实的高土石下，优选水库的汛限水位，从而为提高水库汛限水位打下理论基础。坝，能为领导机关及管理部门制定水库防洪减灾运用计划提供漫坝

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Engineering 2 (2016) xxx–xxxResearchHydro Projects—Article大坝风险分析的计算方法：进展和挑战

Ignacio Escuder-Bueno a,*, Guido Mazzà b, Adrián Morales-Torres c, Jesica T. Castillo-Rodríguez aa Institute for Water and Environmental Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia 46022, Spain

b Ricerca sul Sistema Energetico—RSE SpA, Milan 20134, Italy

c iPresas Risk Analysis, Valencia 46023, Spain

a r t i c l e i n f o摘要

Article history:Received 11 April 2016Revised form 27 June 2016Accepted 1 August 2016Available online 19 September 2016

近年来，风险分析技术日渐成为大坝安全管理的有效工具。本文系统总结了由国际大坝委员会大坝分析和设计计算专家委员会主办的基准研讨会中与大坝风险分析主题相关的三方面研究成果。２０１１年，基准研讨会讨论了估算重力坝滑动破坏模式下的溃坝概率等问题；２０１３年，会议讨论了大坝风险分析中后果评估在计算方面所面临的挑战；２０１５年，会议对土石坝滑动和漫顶破坏的概率进行了分析。从这三次会议关于大坝风险分析数值计算的研究进展可以发现，对于大坝系统的风险分析，包括下游后果评价以及结构模型的不确定性，风险分析方法都是非常有用的工具。© 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

关键词大坝风险分析计算方法安全管理水工结构

1. 引言

对于可能给当地居民和环境造成潜在威胁的大坝结构开展安全水平的可靠评估，具有至关重要的意义，将对相关区域产生重大的经济影响和社会影响。在坝工领域，目前人们已经普遍使用数值模型进行结构安全水平的定量评估，这主要归功于“国际大坝委员会(ICOLD)大坝分析和设计计算专家委员会”(下文简称“大坝分析和设计计算专家委员会”)所做的大量工作。然而，由于数学建模专家、大坝工程师和管理者之间在认识上存在较大分歧，将数值模型应用于实际工程问题曾经历过一段困难时期。数学建模专家是擅长开发计算机模型的信息系统专家，大坝工程师则是倾向于使用传统评估方法和基于其可靠经验的专业人员。大坝分析和设计计算专家委员会旨在弥合两者间的分歧，并促进计算机软件在大坝工程领域得到应用。1988年，该委员会被国际大坝委员会指定为临时特别委员会，并最终在2005年国际大坝委员会年会期间，正式成为国际大坝委员会的永久性专家委员会。为指导和帮助大坝工程师正确使用计算机程序和数值模型，该专家委员会已经推进了广泛的基准计划。目前，已经成功举办了十三届基准研讨会，第一届于1991年在意大利贝加莫举办，上一届于2015年在瑞士洛桑举办。该专家委员会的各种技术目标主要包括：在实测大

* Corresponding author. E-mail address: iescuder@hma.upv.es

2095-8099/© 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/). 英文原文: Engineering 2016, 2(3): 319–324

引用本文: Ignacio Escuder-Bueno, Guido Mazzà, Adrián Morales-Torres, Jesica T. Castillo-Rodríguez. Computational Aspects of Dam Risk Analysis: Findings

and Challenges. Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.03.005

Contents lists available at ScienceDirectjournal homepage: www.elsevier.com/locate/engEngineering117Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx

坝性状与模拟过程之间建立紧密的联系；发布用于教育目的的业内实践指南；改善用以解决与安全性相关的数学模型；评估用于优化设计、仪器监测、监控和安全/ 风险评估程序的计算机编程的潜在能力。2011—2015年，对于最后一个主题，陆续提出了三个与风险评估紧密相关的议题(见图1)，并对风险评估过程的不同阶段开展了大量的研究。本文将对基准研讨会的议题和所取得的主要成果进行详细的论述。2. 2011年巴伦西亚研讨会：重力坝滑动破坏模式下的溃坝概率估算2011年10月20—21日，第11届大坝数值分析基准研讨会在巴伦西亚召开。本次会议主题C的目的是确定80 m高重力坝沿坝基滑动失稳模式下库水位、安全系数和溃坝概率之间的关系。在对大坝和它的基础进行分析时采用了不同的模型以及可靠度分析技术，并公布了8个小组的计算成果[1]。在解决上述拟定问题时，所有参与者都按照以下步骤开展相同的工作。2.1. 安全系数首先，每个小组选择一个二维模型，计算(滑动破坏模式下)不同库水位的安全系数。所有参与者至少需要选择一种二维刚体极限平衡模型(LEM)。虽然更为成熟的、基于有限元分析的模型开发有了长足进展，但是刚体极限平衡模型仍被公认为是分析大坝安全的最常用方法[2]。在刚体极限平衡分析模型中，大坝与基础接触的有效面积能提供倾覆抵抗力矩，通过减少这一面积来模拟水平裂缝的演变过程。有两个研究小组在有限元分析模型中，借助变形体模型来评估裂缝的长度。研究人员采用不同的方法模拟水平裂缝，并计算排水有效和排水失效两种工况下的安全系数。对于排水有效这一工况的安全系数，各个小组得到的安全系数差异情况见图2。如图2所示，在应用可靠度分析方法之前，不同方法得到的安全系数呈现出明显的差异。这种差异性主要是由于选定的假设和模型设置所引起的，另一个重要因素是确定安全系数，即使采用相同的刚体极限平衡模型和相同的强度参数，也不一定能得到相同的结果。

2.2. 摩擦角和凝聚力各小组确定所选的随机变量(如摩擦角ϕ和凝聚力c)的分布特性。选择摩擦角(ϕ)或摩擦系数(tanϕ)为随机变量，会对计算结果产生一定的影响。根据计算结果来看，选择tanϕ为随机变量并假定其为正态概率密度函数(PDF)得到的失效概率，似乎比选择摩擦角(ϕ)为随机变

量并假定其服从正态分布得到的失效概率更大一点。另外，需要确定使用何种概率密度函数。本案例提供了大量的试验数据，以便使这一工作简化，但是在通常的案例中，即使有数据产生，其数值也很小。除了所提供的数据外，参与者还提出(或考虑)了几种分布函数，如正态分布、对数正态分布、瑞利分布和贝塔分布等。在确定概率密度函数时，不仅需要考虑所选的分布函数的类型，还要考虑其适用性的物理含义。当使用无界概率密度函数，如正态分布时，其计算结果显示，对分布函数进行截断就成为分析过程的关键点，此时需要用工程经验来帮助确定概率密度函数截断所采用的最小值。

2.3. 溃坝概率参与者使用至少一种二级可靠度分析方法，和一种三级方法——蒙特卡洛模拟法，来确定滑动破坏模式下重力坝的溃坝概率。关于这些可靠度分析方法的详细内容参见文献[3]。可靠度分析方法的类型也会对计算结果产生明显的影响。二级分析方法操作起来相对简单，如果所采用的变量数目较少，其用时也相对较短；而采用三级的蒙特卡洛模拟法得到的计算结果则更为精确，但计算时间较长，计算工作量也更大。在溃坝概率分析

图1. 基准研讨会议题和风险分析各部分之间的联系。图2. 在排水有效的情况下，参与者用不同方法得到的安全系数与库水位之间的关系。118Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx

时，二级和三级可靠度分析方法经常与刚体极限平衡分析模型结合起来使用。总的说来，三级可靠度分析方法得到的溃坝概率比用二级分析方法得到的溃坝概率更低。

2.4. 事件树模型最后，许多小组综合考虑了两种排水条件下的结果，通过事件树模型将各单独的概率合并分析，获得总的溃坝概率。用三级可靠度分析方法得到的结果见图3。从图3可看出，不同的参与者获得的计算结果差异显著。产生这一差异的主要原因在于设定二维模型和确定随机变量。比较刚体极限平衡模型和有限元模型使用三级的蒙特卡洛模拟法得到的计算结果可以发现，在排水有效的条件下，当库水位低于坝顶高程时，两种模型的计算结果基本一致；当库水位高于坝顶高程时，使用有限元模型得到的溃坝概率值接近于1，而刚体极限平衡模型的预测值则低于10–2，这是因为在刚体极限平衡分析模型中，线性应力分布假设处于“不安全”侧的原因。综上所述，所有参与者的计算结果，为大坝分析中不确定性的主要来源开辟了新的讨论空间，如分析模型的类型、安全系数的确定和随机变量的统计分析等。总之，参数的不确定性仅是问题的一部分，而且在整个分析过程中其他不确定性因素也明显存在，需要进行更深入的研究来处理这些不确定性因素。

3. 2013年格拉茨研讨会：大坝风险评估中后果估计的计算挑战

2013年10月2—4日，第12届大坝数值分析基准研讨会在格拉茨召开。本次会议主题C “大坝风险分析中后果估计的计算挑战”(由Yazmin Seda-Sanabria、Enri-que E. Matheu和 Timothy N. McPherson提出[4])的主要目