内容简介
水库大坝在运行过程中，由于超标准洪水、自然老化、先天设计或施工缺陷、管理不到位等原因，均不可避免地存在溃坝风险。溃坝可能导致生命损失、经济损失、环境影响及综合性的社会影响等，如何有效量化溃坝风险后果是科学采取水库大坝风险管控措施的基础和关键。《水库溃坝风险后果评估》针对溃坝风险后果开展系统性的分析与论述，主要包括溃坝生命和经济损失风险快速评价、常规溃坝生命损失风险评价、溃坝生命损失区间量化分析、考虑风险人口避难行为的溃坝生命损失评估、溃坝环境影响评价等。
精彩书摘
第1章绪论
1.1水库溃坝风险后果的内涵与分类
为了获得供水、防洪、灌溉、航运、泥沙控制和水力发电等效益，世界上许多国家修建了数量巨大的水库大坝[1]。超标洪水、水库大坝存在先天不足或自然老化导致其防御洪水的能力不足等，使得潜在溃坝事故对大坝下游人民群众的生命、财产安全造成了一定的威胁，即水库大坝存在风险[2]。
根据2000年国际大坝委员会（International Commission on LargeDams，ICOLD）北京会议的定义[3]，风险是对生命、健康、财产和环境负面影响的可能性和严重性的度量，是溃坝可能性（概率）和溃坝后果（损失）的乘积，即R（风险）=P（概率）×L（损失）。这也是水库大坝风险管理与安全管理相比所具有的*大特点，即对大坝失事后果的考虑与大坝本身的安全并重。
目前关于水库大坝风险的表述，主要分为三类：①主要指概率大小，如某水库大坝发生了局部结构破坏，有可能失事，处于高风险状态；②主要指后果大小，如某水库大坝失事产生的洪水，给下游带来了很大的风险；③同时包含了概率和后果两个方面，如随着某水库大坝的自然老化及下游人口的不断增加，该大坝风险水平不断提高。
为了避免混淆，同时考虑到溃坝后果是否存在取决于溃坝是否发生（存在不确定性），本书采用“溃坝风险概率”来表征溃坝可能性，采用“溃坝风险后果”表征潜在溃坝损失，采用“溃坝风险”表征既考虑溃坝风险概率又考虑溃坝风险后果的综合风险。
根据国内外的研究及工程实际运用情况，溃坝风险后果主要包括生命损失（loss of life，LOL）、经济损失（loss of economy，LOE）、社会影响、环境影响四个方面。LOL主要是指大坝失事水流冲击、淹没和寒冷等因素造成的淹没范围内的人员损失；LOE主要是指大坝失事淹没造成的房屋、家具、物资、作物等直接LOE及影响交通运输、厂矿企业正常生产而产生的间接LOE；社会影响主要是指大坝失事对人们原有生活方式、生活质量、心理状态的改变及在政治系统和文化层面的影响；环境影响主要是指大坝失事洪水导致的河道形态及人文景观变化、重大污染等，具体体现在水环境、土壤环境、生态环境和人居环境等方面。
溃坝在造成LOL和LOE的基础上，对原有环境也会造成很大改变甚至破坏，因此也会产生很大的社会影响。将社会影响作为与LOL、LOE和环境影响并列的一种溃坝风险后果，是值得商榷的，因为社会影响与其他三种后果存在极大的相关性，即若无LOL、LOE和环境影响，则溃坝的社会影响也就不存在。因此，可以认为LOL、LOE和环境影响是溃坝风险后果的三个基础类别，社会影响则为上述三种后果的共同作用[4]。
1.2开展水库溃坝风险后果分析的意义与价值
1.2.1现实意义
根据中华人民共和国水利部发布的《2023年全国水利发展统计公报》，截至2023年，我国已建成水库94877座（总数为世界**）[5]，总库容达9999亿m3，如表1.1所示。
然而，由于特定历史原因[6]，我国相当一部分水库大坝在设计、施工过程中，未按照基本建设程序实施，存在防洪标准低、工程质量差和隐患多等问题，较多的溃坝事故发生，造成了严重的LOL和LOE，以及社会和环境影响。1963年8月，河北省中南部连日暴雨，海河流域发生了历史上*大的一次洪水灾害，部分中小型水库溃坝，子牙河、大清河、漳河等许多河段溃堤，造成5119人死亡，43386人受伤[7]；1970年9月，广东省揭西县横江水库在强降雨情况下发生溃坝，造成941人死亡；1971年6月，浙江省宁海县洞口庙水库发生溃坝，造成186人死亡；1973年4月，甘肃省庄浪县李家咀水库发生溃坝，造成662人死亡；1973年8月，甘肃省庄浪县史家沟水库发生溃坝，造成81人死亡；1993年8月，青海省共和县沟后水库发生溃坝，造成320余人死亡或失踪（为方便计算，后面提到时取320人）；2001年，四川省会理县大路沟水库因蚁穴发生管涌导致溃坝，造成26人死亡（或失踪）；2010年，吉林省桦甸市大河水库未及时开闸泄洪，导致洪水漫顶而溃坝，造成48人死亡（或失踪）；2012年，浙江省舟山市沈家坑水库发生溃坝，造成11人死亡，27人受伤；2018年8月1日，新疆维吾尔自治区哈密市特大暴雨导致射月沟水库溃坝，产生洪水（图1.1），洪水造成28人死亡（或失踪）。
根据水利部大坝安全管理中心盛金保等[8]的统计，我国自1954年有较系统溃坝记录以来，到2021年的68年间发生溃坝事件的水库共3558座，年均溃坝52.32座。溃坝水库统计如表1.2所示。
图1.1射月沟水库溃坝，产生洪水
由上述代表性溃坝事件和表1.2可以看出，随着经济社会发展和水库大坝安全保障体系的不断健全，水库年均溃坝数和溃坝LOL大幅度下降，但导致严重人员伤亡的溃坝事件的占比近年来不降反升。这与近年来极端气候影响加剧、城镇化发展有关，也反映出了在水库溃坝突发事件监测预警、人员应急转移、公众风险意识培养和科学制订应急预案等方面仍需大力改进[8]。
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 水库溃坝风险后果的内涵与分类 2
1.2 开展水库溃坝风险后果分析的意义与价值 3
1.2.1 现实意义 3
1.2.2 理论价值 6
1.3 国外溃坝风险后果研究成果及应用 8
1.3.1 国外溃坝风险后果研究历程与成果 8
1.3.2 国外溃坝风险后果研究的应用 10
1.4 国内溃坝风险后果研究现状 10
1.4.1 溃坝LOL和LOE分析研究现状 10
1.4.2 溃坝社会、环境影响分析 13
1.5 本章小结 14
第2章 基于突变理论的溃坝LOL和LOE风险快速评价 15
2.1 概述 16
2.2 突变评价法 16
2.2.1 突变理论 16
2.2.2 常用的突变模型 19
2.3 溃坝风险后果评价 22
2.3.1 指标选取的原则 22
2.3.2 评价指标体系 23
2.3.3 指标的标准化 25
2.3.4 评价步骤 26
2.4 实例分析 27
2.4.1 方法有效性验证 27
2.4.2 模拟应用 29
2.5 本章小结 30
第3章 基于AHP-BN法的溃坝LOL风险评价 31
3.1 概述 32
3.2 溃坝LOL评价指标体系的构建 32
3.3 基于AHP-BN法的溃坝LOL风险评价模型 33
3.3.1 运用AHP对风险进行定量分析 33
3.3.2 BN 计算概率 35
3.3.3 基于AHP-BN法的溃坝LOL计算 38
3.4 实例验证 38
3.4.1 案例资料 38
3.4.2 计算结果 39
3.5 本章小结 41
第4章 基于区间理论的溃坝LOL定量分析 43
4.1 概述 44
4.2 区间理论及其运算规则 44
4.2.1 区间理论 44
4.2.2 区间运算规则 46
4.3 溃坝LOL定量区间分析 47
4.3.1 LOL影响因素的确定 47
4.3.2 LOL的区间分析 49
4.3.3 LOL区间分析的有效性评判 52
4.4 实例分析 52
4.4.1 基础数据 52
4.4.2 区间分析结果及比较 52
4.5 本章小结 56
第5章 基于PAR避难行为模拟的溃坝LOL评估 57
5.1 概述 58
5.2 溃坝导致LOL的机理分析 58
5.2.1 LOL影响因素分析 58
5.2.2 LOL形成机理分析 59
5.3 溃坝洪水的模拟及其对LOL的作用 60
5.3.1 溃坝洪水的模拟 60
5.3.2 PAR的确定 61
5.3.3 暴露人口死亡率FM的确定 61
5.4 PAR的避难模拟 62
5.4.1 RP的确定 62
5.4.2 PAR RE的确定 63
5.4.3 暴露人口RS的确定 64
5.5 模拟分析 65
5.5.1 研究区域概况 65
5.5.2 溃坝洪水模拟 65
5.5.3 PAR避难行为模拟结果 66
5.5.4 LOL评估结果 69
5.6 本章小结 72
第6章 基于改进集对分析法的溃坝环境影响评价 73
6.1 概述 74
6.2 集对分析法 74
6.2.1 集对分析法的基本概念 74
6.2.2 集对分析法的特点及应用 77
6.2.3 传统集对分析法的改进 78
6.3 溃坝环境影响评价模型 85
6.3.1 评价指标体系 85
6.3.2 指标分类分级 85
6.3.3 基于广义集对分析法的评价过程 86
6.4 模拟分析 86
6.4.1 工程概况 86
6.4.2 指标值与权重 86
6.4.3 联系度计算 87
6.4.4 评价结果 88
6.5 本章小结 89
参考文献 90
试读
第1章绪论
1.1水库溃坝风险后果的内涵与分类
为了获得供水、防洪、灌溉、航运、泥沙控制和水力发电等效益，世界上许多国家修建了数量巨大的水库大坝[1]。超标洪水、水库大坝存在先天不足或自然老化导致其防御洪水的能力不足等，使得潜在溃坝事故对大坝下游人民群众的生命、财产安全造成了一定的威胁，即水库大坝存在风险[2]。
根据2000年国际大坝委员会（International Commission on LargeDams，ICOLD）北京会议的定义[3]，风险是对生命、健康、财产和环境负面影响的可能性和严重性的度量，是溃坝可能性（概率）和溃坝后果（损失）的乘积，即R（风险）=P（概率）×L（损失）。这也是水库大坝风险管理与安全管理相比所具有的*大特点，即对大坝失事后果的考虑与大坝本身的安全并重。
目前关于水库大坝风险的表述，主要分为三类：①主要指概率大小，如某水库大坝发生了局部结构破坏，有可能失事，处于高风险状态；②主要指后果大小，如某水库大坝失事产生的洪水，给下游带来了很大的风险；③同时包含了概率和后果两个方面，如随着某水库大坝的自然老化及下游人口的不断增加，该大坝风险水平不断提高。
为了避免混淆，同时考虑到溃坝后果是否存在取决于溃坝是否发生（存在不确定性），本书采用“溃坝风险概率”来表征溃坝可能性，采用“溃坝风险后果”表征潜在溃坝损失，采用“溃坝风险”表征既考虑溃坝风险概率又考虑溃坝风险后果的综合风险。
根据国内外的研究及工程实际运用情况，溃坝风险后果主要包括生命损失（loss of life，LOL）、经济损失（loss of economy，LOE）、社会影响、环境影响四个方面。LOL主要是指大坝失事水流冲击、淹没和寒冷等因素造成的淹没范围内的人员损失；LOE主要是指大坝失事淹没造成的房屋、家具、物资、作物等直接LOE及影响交通运输、厂矿企业正常生产而产生的间接LOE；社会影响主要是指大坝失事对人们原有生活方式、生活质量、心理状态的改变及在政治系统和文化层面的影响；环境影响主要是指大坝失事洪水导致的河道形态及人文景观变化、重大污染等，具体体现在水环境、土壤环境、生态环境和人居环境等方面。
溃坝在造成LOL和LOE的基础上，对原有环境也会造成很大改变甚至破坏，因此也会产生很大的社会影响。将社会影响作为与LOL、LOE和环境影响并列的一种溃坝风险后果，是值得商榷的，因为社会影响与其他三种后果存在极大的相关性，即若无LOL、LOE和环境影响，则溃坝的社会影响也就不存在。因此，可以认为LOL、LOE和环境影响是溃坝风险后果的三个基础类别，社会影响则为上述三种后果的共同作用[4]。
1.2开展水库溃坝风险后果分析的意义与价值
1.2.1现实意义
根据中华人民共和国水利部发布的《2023年全国水利发展统计公报》，截至2023年，我国已建成水库94877座（总数为世界**）[5]，总库容达9999亿m3，如表1.1所示。
然而，由于特定历史原因[6]，我国相当一部分水库大坝在设计、施工过程中，未按照基本建设程序实施，存在防洪标准低、工程质量差和隐患多等问题，较多的溃坝事故发生，造成了严重的LOL和LOE，以及社会和环境影响。1963年8月，河北省中南部连日暴雨，海河流域发生了历史上*大的一次洪水灾害，部分中小型水库溃坝，子牙河、大清河、漳河等许多河段溃堤，造成5119人死亡，43386人受伤[7]；1970年9月，广东省揭西县横江水库在强降雨情况下发生溃坝，造成941人死亡；1971年6月，浙江省宁海县洞口庙水库发生溃坝，造成186人死亡；1973年4月，甘肃省庄浪县李家咀水库发生溃坝，造成662人死亡；1973年8月，甘肃省庄浪县史家沟水库发生溃坝，造成81人死亡；1993年8月，青海省共和县沟后水库发生溃坝，造成320余人死亡或失踪（为方便计算，后面提到时取320人）；2001年，四川省会理县大路沟水库因蚁穴发生管涌导致溃坝，造成26人死亡（或失踪）；2010年，吉林省桦甸市大河水库未及时开闸泄洪，导致洪水漫顶而溃坝，造成48人死亡（或失踪）；2012年，浙江省舟山市沈家坑水库发生溃坝，造成11人死亡，27人受伤；2018年8月1日，新疆维吾尔自治区哈密市特大暴雨导致射月沟水库溃坝，产生洪水（图1.1），洪水造成28人死亡（或失踪）。
根据水利部大坝安全管理中心盛金保等[8]的统计，我国自1954年有较系统溃坝记录以来，到2021年的68年间发生溃坝事件的水库共3558座，年均溃坝52.32座。溃坝水库统计如表1.2所示。
图1.1射月沟水库溃坝，产生洪水
由上述代表性溃坝事件和表1.2可以看出，随着经济社会发展和水库大坝安全保障体系的不断健全，水库年均溃坝数和溃坝LOL大幅度下降，但导致严重人员伤亡的溃坝事件的占比近年来不降反升。这与近年来极端气候影响加剧、城镇化发展有关，也反映出了在水库溃坝突发事件监测预警、人员应急转移、公众风险意识培养和科学制订应急预案等方面仍需大力改进[8]。
