梯级水库群漫坝失事风险分析及其应急处置研究

发布时间：2018-03-28 18:54

  本文选题：梯级水库群系统　切入点：风险传递　出处：《大连理工大学》2016年博士论文

【摘要】：随着大江大河的规模化梯级开发,流域梯级水库群系统的安全问题逐渐成为水利水电工程安全方面关注的新热点。由于库群系统受到地震、暴雨洪水等自然风险和规划、设计、施工、运行等人为风险及上游水库破坏与溃决等工程风险的综合影响,较之单体水库,其风险源更为复杂,破坏所影响范围和程度也更大。然而,当前阶段要全面认知各种可能风险因素及其破坏模式并合理分析其对梯级安全影响的程度大小是不现实的,为此,本研究结合我国水电基地的分布特征及其所在流域复杂的地质环境,选取大渡河流域上游为研究对象,从水电站枢纽的安全角度发出,重点分析极端事件下研究区梯级水库群的漫坝失事风险,剖析库群系统各元间风险传递关系和累积效应,建立基于概率分析基础之上的定量化梯级水库群风险评估方法,识别出梯级水库群中的薄弱环节,并进一步针对系统中重点单元开展应急处置研究。主要研究内容和成果如下：1)综合考虑大渡河干流近期开发目标及流域地质环境和工程经济因素,引入Bureau方法评估流域历史最高地震和断裂带活动性两种情景下研究区各水库的地震危险性,并进一步采用DB-IWHR模型对重点水库单元溃坝洪水过程进行了分析。结果表明：(1)该流域历史最高地震背景下各水库单元的地震危险性不高,均处于中等危险等级,符合大坝震害实情,而多断层活动背景下双江口水库TRF达到高危险性等级、下尔呷水库处于中等或高危险性等级,两座水库安全需予以高度重视；(2)从参数和系数的取值分析角度出发, D B-IWHR模型输入数据简单、概念清晰,更符合水力自然规律,其模拟结果合理,可较好的反映强震作用下水库的溃决特性。2)将上游溃坝洪水的作用考虑到水库漫坝失事风险分析中,在具体评估水库承担的失事风险率时,基于现有的模糊风险分析模型尝试采用直角梯形模糊数描述水库漫坝失事的风险指标,结合α-截集技术将模糊集合转化为经典集合,提出基于直角梯形模糊数的水库漫坝失事风险分析模型。以双江口水库为例进行研究,结果表明：(1)该模型能考虑多种不确定性因素影响的漫坝失事风险的可能状况,思路更接近于实际情况,其计算结果可为有关部门决策提供更多参考信息；(2)就研究对象而言,尽管考虑上游溃坝洪水时较高起调水位方案对应的漫坝失事模糊风险率均不同程度超出最大可接受风险,但只要做好预警工作并及时预泄水库蓄水就可以降低外部原因引起的漫坝失事风险保障水库安全运行。3)基于水库处于正常运行状态时对下游安全无影响的假设,在分析风险传播及演化过程的基础上,应用系统工程理论自上而下逐级分析各单元间安全状态的映射关系,给出了梯级建设环境下水库单元联合风险的解析表达式,结合可靠性理论构建库群整体漫坝模糊失效分析模型。以双江口水库及其上游3座水库为例进行分析研究,结果表明：(1)该模型能考虑单级、梯级水库运行引发的各类型风险的相互耦合与叠加关系,深层次反映多种不确定因素综合影响的流域库群系统风险评估的客观实际情况,其计算结果可为有关部门决策提供更多参考信息；(2)目标梯级各单元危险程度依次为卜寺沟达维巴拉双江口,其中达维、卜寺沟两座水库各起调水位方案对应的联合风险率区间上、下限均超出其最大可接受风险难以满足目标情景下的防洪要求,为梯级中的薄弱环节。4)以下尔呷、双江口两座梯级水库为背景,充分考虑不同的状态或不同险源之间的可能组合的影响,建立基于特大洪水、特大地震、工程故障的应急调度情景,结合梯级各水库单元的调节能力和上下游防洪要求,制定应对不同应急情景的梯级联合应急调度模式,并构建水库联合应急调度交互式模拟系统实现了对不同调度模式的应用效应及其对下游河道和堤防破坏作用的分析。结果表明：下尔呷水库出现险情而双江口正常运行、双江口出现险情而下尔呷正常运行两种情景的应急模式对应的下尔呷、双江口两座水库的漫坝失事的可能性较小,可保证水库防洪安全及洪水资源的有效利用,但其对下游河道堤防将造成一定的冲刷破坏；而下尔呷水库发生溃决的情景时,下游双江口水库处境严峻,将难以防护,在进行溃坝应急调度时,下-双区间洪水重现期越大,双江口水库确保自身安全所需的预泄时间越长,其抵御溃坝洪水的能力越弱,对下游河道漫滩的破坏力越大。5)引入事例推理(Case-Based Reasoning,简称CBR)技术建立基于事例推理的水库应急知识管理系统框架,充分融入相关领域专家知识、经验及历史上已发生的水库灾害应急案例,采用关联数据库实现知识数据源构造、事例库分类及预处理,以特征值的形式描述不同时段灾情和水库状态,实现对纷繁复杂的各类突发事件的抽象和概化,确保不同阶段灾害应急方案的动态调整,在此基础上,结合实际灾情特征和应急任务,通过开展对灾害事例的检索、修订与学习等工作进一步完善、充实事例库,提高事例与灾害水库应急处置方案间的自适应选择能力,提出应对当前灾情的解决思路和方法,提高应急管理与应急救援效率。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV697.1

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本文编号：1677604