梯级水库联合防洪应急调度模式及其风险评估.pdf
《梯级水库联合防洪应急调度模式及其风险评估.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《梯级水库联合防洪应急调度模式及其风险评估.pdf(8页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、梯级水库联合防洪应急调度模式及其风险评估王冰,冯平(天津大学 建筑工程学院,天津300072)摘要:以岗南、黄壁庄梯级水库为例,拟定了水库应急调度规则,提出了应急调度风险评估的方法,给出了漫坝危险度、易损度和风险度的定量标准。并对岗南、黄壁庄梯级水库两种应急调度模式下的风险情况进行了评估。结果表明:在合理的应急调度模式下,突发事件导致水库漫坝失事可能性较小,均属于低度危险,应急调度是一种有效减少洪灾损失的非工程措施;由于梯级水库下游人口、设施众多,梯级水库漫坝易损度较高,有效的应急调度模式也可以最大限度地减轻洪灾损失。关键词:水库;防洪;应急调度;风险评估;风险度中图分类号:TV122文献标识
2、码:A1研究背景水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库,利用水库库容拦蓄洪水,削减进入下游河道的洪峰流量,可达到减免洪水灾害的目的。至2006年底,我国已建成各类水库大坝85 849座,其中坝高15m以上的大坝约1.8万座,水库总库容约5 842亿m3 1。由于各类随机因素以及不可控因素的影响,大坝事故的发生常常难以避免。当水库大坝遭遇不利的突发事件时,这些水库大坝不仅不能正常发挥工程效益,而且可能发生危及安全的事故甚至溃决,严重影响下游生命财产、基础设施和生态与环境的安全,制约当地经济社会的可持续发展。我国的 应急预案2中水库遭遇的突发事件
3、是指水库工程因超标准洪水、工程隐患、地震灾害、地质灾害、上游水库溃坝、上游大体积漂移物的撞击事件、战争或恐怖事件等因素导致大坝产生重大险情。随着国内外对大坝安全的日益重视,现今世界各国都重视并强化了针对突发事件的水库大坝安全管理应急预案编制工作。应急预案是一项重要且有效的降低大坝风险的非工程措施。美国、加拿大、欧洲各国、澳大利亚等发达国家都要求大坝管理部门制订切实可行的应急预案,将其纳入大坝安全管理的重要组成部分。我国政府不仅重视大坝本身的安全,同时重视大坝建成后的安全管理工作及大坝溃决的损失评估,深入开展应急预案研究。水库防洪应急调度是应急预案的一部分,水库防洪风险计算方法主要包括:频率分析
4、法、随机模拟法、随机微分方程法等。Louks D P等3通过分析来水洪量与防洪库容之间的关系,得出了在一定防洪库容的情况下,不同洪量所造成的风险。Ezio Todini等4编制了FLOODSS(flood operational decision support system)平台,此平台可以在不同时空条件下进行洪水预报、风险分析,并结合此场洪水对社会、经济和环境造成的危害进行评定。Eric Parent等5建立了POT(peak over threshold)模型来改进水文极值事件的风险分析。姜树海6建立了漫坝失事的随机模糊风险分析模型,实现了对大坝防洪能力的定量化,进而为已建大坝和待建大坝
5、的防洪安全评估和校核创造条件。熊明7提出了大坝防洪安全风险计算的原则、方法及适用条件。莫水利学报SHUILIXUEBAO2011年2月第42卷第2期文章编号:0559-9350(2011)02-0218-08收稿日期:2009-07-05基金项目:国家自然科学基金创新研究群体科学基金(51021004);国家自然科学基金项目(50909069)作者简介:王冰(1985-),女,河北邢台人,博士生,主要从事文学与水资源研究。E-mail: 218崇勋等8应用风险分析理论对澄碧河水库大坝进行了漫坝风险研究,计算了土坝的漫坝风险,探讨了该土坝的漫坝风险标准。梅亚东等9应用一阶季节性自回归模型对入库洪
6、水进行模拟,应用三角分布和正态分布描述水力不确定性对泄洪能力的综合影响,在初始起调水位和调洪规则不变的情况下计算了洪水漫坝风险率,此方法综合了水文、水力不确定性的影响,考虑因素比较全面。麻荣永10提出了计算土石坝漫坝风险的积分一次二阶矩法,其中漫坝风险计算模型考虑了风浪的影响。水库防洪应急调度是应急预案中最为重要的组成部分,然而我国在水库大坝具体的防洪应急调度措施方面研究较少,特别是2008年5月12日四川省汶川发生8.0级强烈地震,对四川、陕西、甘肃三省的水利工程造成巨大破坏,形成了大量的病险水库,震区90%以上水利工程不同程度出现了损毁,严重威胁着下游人民生命财产的安全。所以,当水库大坝突
7、遇险情时,研究如何通过水库联合应急调度措施,降低水库大坝风险,最大程度保障人民群众生命安全,将洪灾损失降至最低,对水库防洪减灾具有重大意义。2岗南、黄壁庄梯级水库概况岗南水库和黄壁庄水库位于海河流域子牙河系滹沱河的中游(图1),该流域大部分地区属季风型大陆气候,汛期多出现集中暴雨,而冬季降水很小。岗南水库位于河北省平山县境内,控制流域面积15 900km2,防洪标准为万年一遇,是一个防洪、灌溉、发电、供给城市用水等综合利用的水利工程。黄壁庄水库位于河北省获鹿、灵寿、平山交界处,连同上游28km处的岗南水库形成梯级水库,并进行联合调度,总控制流域面积23 400km2,占全流域面积的95%,是一
8、座具有防洪、灌溉、发电、城市供水、水产养殖等综合功能的大型水利枢纽工程。下游30km为河北省石家庄市,南北交通干线京广铁路和南水北调中线输水工程在此通过。京广铁路以东为人口稠密的广大河北平原、津浦铁路和华北油田等。其地理位置十分重要,水库的安危,直接影响着河北省国民经济的发展和广大人民群众生命财产的安全。3应急调度原理水库调洪的状态转移方程主要是水量平衡,其一般形式如下:Vn+1-Vn=()Qn+1+Qn-()qn+1+qnt 2(1)式中:Vn和Vn+1分别为n时段初和时段末水库蓄水量(m3);Qn和Qn+1分别为n时段初和时段末水库入库流量(m3/s);qn和qn+1分别为n时段初和时段末
9、水库出库流量(m3/s)。219水库联合应急调度的作用是保证在大坝遭遇险情面临溃决危险时,决策者和执行者均能及时采取有效的处理措施,防止事故发生或者减少灾害损失。水库联合应急调度应能够在一定条件下(如:紧急泄洪,利用上下游梯级水库调蓄洪水)最大可能地保障大坝安全,实现成功保坝的目标;如果导致大坝可能溃决的不利因素已经脱离了可控范围,则应最大程度地降低人员伤亡风险和减少社会经济损失,即应使溃坝时间延迟,为下游风险区域的人员和财产转移预留必要的时间,并尽量削弱洪水强度,以减轻风险区域内基础设施和不动产等资产的损失。由水库基本情况可知,岗南、黄壁庄水库汛期调洪汛限水位分别为192.0和114.0m,
10、两库联合调度运用方式如下:(1)岗南水库调度方式。起调水位192.0m。库水位低于203.0m时:当黄壁庄水位低于116.6m时,与区间凑泄400m3/s;当黄壁庄水位低于126.6m时,与区间凑泄3 300m3/s。库水位高于203.0m时:当黄壁庄水位低于127.5m时,岗南全部正常泄洪设施(输水洞不参加)敞泄;当黄壁庄水位高于127.5m时,岗南正常溢洪道局部开启6.0m,新增溢洪道局部开启3.0m。库水位高于207.3m时,岗南敞泄。库水位达到207.5m时,启用非常溢洪道。(2)黄壁庄水库调度方式。起调水位114.0m。库水位低于116.5m时,限泄400m3/s。库水位低于127.
11、5m时,限泄3 300m3/s。当库水位大于127.5m时,所有泄洪设施全开。当岗南水库或黄壁庄水库遭遇突发事件而使水库大坝出现险情时,根据水库联合应急调度的作用及目的,拟制定岗南、黄壁庄水库联合应急调度规则如下:(1)应急调度模式一:岗南水库出现险情,黄壁庄水库正常运行。汛期岗南水库从起调水位192.0m以最大泄洪能力泄流至死水位180.0m;黄壁庄水库从起调水位114.0m按正常调度规则调度。(2)应急调度模式二:岗南水库正常运行,黄壁庄水库出现险情。汛期岗南水库从起调水位192.0m开始蓄水至防洪高水位203.0m开始调洪泄流,且泄水量不大于来水量,当库水位达到校核洪水位208.46m时
12、敞泄;黄壁庄水库从起调水位114.0m以最大泄洪能力泄流。可以看出,上述拟定的两种应急调度模式目的十分明确。当岗南水库出现险情,黄壁庄水库正常运行时,模式一的应急调度方式中岗南水库紧急泄水,使得库水位降至最低,尽量少蓄水,以避免发生溃坝性的灾害事件;下游的黄壁庄水库在保证自身水库大坝安全的同时,为了下游的防洪安全,采用原有的调度规则尽量利用水库库容调洪,蓄滞上游岗南水库的出库洪水,消减入库洪峰流量,减少下游防护区遭受的损失。当岗南水库正常运行,黄壁庄水库出现险情时,模式二的应急调度方式中岗南水库在保证水库大坝安全的同时,尽可能将上游入库洪水蓄积在本水库中,减少向下游黄壁庄水库泄流的水量,减少黄
13、壁庄水库的防洪负担;而黄壁庄水库为了大坝安全紧急泄水,尽快降低库水位,减少蓄水量以避免水库大坝溃决。4应急调度风险评估方法由于定义的角度不同,形成了风险的不同认识,但多数人已达成以下共识,即应包括3个方面的内容:(1)在某项工程或运作过程中可能发生什么事故(事故类型);(2)发生该类型事故的概率是多大;(3)发生该类型事故的后果(经济损失、生态环境及社会影响等)。联合国人道主义事务部提出自然灾害风险表达式为11-12:风险度=危险度易损度。其中,危险度反映了灾害的自然属性,是灾害发生概率的函数,取值为01;易损度反映了灾害的社会属性,是承灾体人口、财产、经济和环境损失的函数,取值为01;风险度
14、是灾害自然属性和社会属性的结合,表达为危险度和易损度的乘积,取值为01。岗南、黄壁庄水库均为土石坝,而土石坝一般不能经坝顶溢流。这样,水库应急调度时可将洪水漫坝作为水利枢纽失事判定标准,故应急调度的漫坝风险评估可采用如下表达式:R=HV(2)220式中:R为应急调度的漫坝风险度;H为应急调度的漫坝危险度;V为应急调度的漫坝易损度。三者的取值范围均为01或者0%100%。4.1漫坝危险度评估水库漫坝概率通过转换赋值函数转换后的结果即为水库应急调度时的漫坝危险度。在应急调度时的洪水与风浪联合作用下,水库应急调度的漫坝风险计算模型如下8:P=p()z()t Z=p()zmax+hpZ(3)式中:P为
15、应急调度的漫坝概率;z()t为坝前库水位,由坝前最高洪水位zmax和波浪爬高hp组成;Z为坝顶高程;zmax为随机变量,其不确定性由洪水、库容和泄流能力的不确定性引起。可以采用Monte Carlo的方法13对应急调度时的漫坝风险模型进行求解。根据水库工程特性及应急调度时的漫坝风险的特点,可采用如下危险度赋值函数:H=1PPmaxP-PminPmax-PminPmaxPPmin0PPmin(4)式中:H为应急调度的漫坝危险度;P为应急调度的漫坝概率计算值;Pmax和Pmin分别为漫坝概率的允许最大和最小值,其中Pmax根据工程等级取定,可取水库校核洪水对应的频率,Pmin为所接受的漫坝概率允许
16、值,目前一般可取10-6。4.2漫坝易损度评估水库应急调度时的漫坝灾害与泥石流灾害具有相似的自然和社会特征,根据漫坝灾害的特点将漫坝易损度评价指标归纳为两种基本类型14:财产指标和人口指标。(1)财产指标。水库应急调度时漫坝易损度评价中的财产指标可表示为:V1=I+E+L(5)式中:V1为财产指标(万元);I为物质易损度指标(万元);E为经济易损度指标(万元);L为环境易损度指标(万元)。物质易损度为有形资产,主要指建筑物和基础设施。建筑物主要包括水库大坝本身以及其下游受损的住宅公寓、宾馆饭店、商厦办公楼和仓储等。基础设施主要包括交通设施(公路、铁路、航道和桥梁)和生命线工程(供水、排水和供气
17、管道,输电和通信线路)。经济易损度包括无形资产和个人物产,主要指经济收入、个人财产和国内生产总值。环境易损度主要指自然资源,包括水、气和土地资源。对应急调度漫坝灾害来说,土地资源是环境易损度中的主要承灾体,可作为代表环境易损度的主要指标。土地资源又包括居民点、工矿和交通用地,耕地、园地和林地,牧草地和水域,未利用土地、荒地和难用地。(2)人口指标。水库应急调度时漫坝易损度评价中的人口指标为:V2=aD(6)式中:V2为人口指标(人/km2);a为65岁(含)以上老人和15岁以下少年儿童的比例;D为人口密度(人/km2)。水库应急调度时漫坝失事可能造成的最大生命损失与人口数量和人口密度有关。漫坝
18、下游区内人口密度越大,人口数量越多,遭受灾害时,人员伤亡的可能性就越大,也即易损度就越大;同时也与人口质量有关,65岁及以上老人和15岁以下少年儿童所占比例越高,该人群的灾害反应能力和抗灾自救能力相对就越差,人员伤亡的可能性就越大,也即易损度就越大。(3)转换赋值函数。根据水库所在地漫坝灾害的损失程度,拟定其财产指标和人口指标的转换赋值函数分别为:FV1=11+exp()-1.25()logV1-5(7)FV2=1-exp()-0.00 35V2(8)式中:FV1为财产指标V1(万元)的转换函数赋值(01或者0%100%);FV2为人口指标V2(人/km2)221的转换函数赋值(01或者0%1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 梯级 水库 联合 防洪 应急 调度 模式 及其 风险 评估
限制150内