基于事故场景分析的调水工程输水隧洞风险评估方法研究

发布时间：2020-07-07 21:24

【摘要】：大型跨流域调水工程是解决我国水资源时空分布不均匀问题的重要途径之一,为我国经济社会的发展带来了巨大的效益。然而,调水工程中,输水隧洞工程具有埋深大、距离长的特点,且涉及技术种类多、建设周期长、参与单位多,各项可能发生的风险事故贯穿于输水隧洞全生命周期。本文基于事故场景分析,针对输水隧洞全生命周期中包含大量未知性、随机性及模糊性信息的问题,建立基于优化求解算法和不确定性理论的风险评估度量方法,研究合理可行的风险建模分析与评价方法。主要研究内容和取得的成果如下:针对输水隧洞进行风险识别。对输水隧洞施工期、运行期各项风险事件及地质构造、水文等影响因素进行辨识和累积效应分析,确定事故场景类型、来源及影响因素,搭建调水工程输水隧洞风险分析基本框架体系。针对不良地质现象,提出了基于马尔可夫原理的事故场景频率分析方法。以工程区地应力场、围岩力学性质、围岩等级及富水性作为马尔可夫模型输入项,引入增强学习更新估值函数从而预测隧洞沿线遭遇不良地质条件进而发生风险事故的可能。研究表明:基于马尔可夫方法的事故场景频率分析模型能够准确描述各不良地质现象可能引发的施工事故,解决了传统分析方法难以对已知地质信息进行风险量化的问题。基于数值模拟与可靠度理论,开展了输水隧洞事故场景风险量化分析。利用FLAC3D有限差分软件,对隧洞开挖、支护施工进行模拟,对不同横断面型式下的洞壁监测点位移变化规律、衬砌受力特点及地震作用下隧洞动力响应进行了分析;在数值模拟成果的基础上,利用核密度估计对功能函数值进行一维直接积分,计算输水隧洞在不同工况下的失效概率。基于安全栅与操作风险分析方法和蒙特卡罗模拟,提出了兼容多个事故场景的输水隧洞风险综合评价体系。针对岩爆、围岩失稳、涌水突泥、衬砌结构病害及渗漏五个事故场景进行失事概率计算及比较评价;研究表明:以随机分布来描述各事故场景的发生率及影响程度能够更准确地描述工程中风险的实际影响及可接受程度。通过敏感性分析,得出风险影响因子影响排序,为风险决策提供参考。针对各事故场景,提出了合理的风险防范与减缓措施。上述方法在风险量化及综合评价上取得了良好的效果。本文提出的风险评估模型为输水隧洞风险分析提供了新方法,为进一步确保输水隧洞安全施工及运行起到了推动作用,可为类似工程风险管理提供决策依据。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV554
【图文】：

调水工程,世界

我国自古以来即为水利大国，兴修了不可胜数以开发水利，减除水害为目的的水利工程。其中，调水工程最为瞩目：公元前486年修建了引长入淮的邗河工程；公元前256年修建的了引岷江水入成都平原的都江堰工程，始于春秋完成于隋朝的京杭大运河等[1]。随着我国社会经济的迅速发展，水资源短缺问题日益严峻，长距离跨流域调水工程是解决我国水资源时空分布不均匀的有效途径之一，也是促进南北方国民经济发展与水资源综合利用相平衡的重要举措。近年来，我国陆续兴修了 20 余项大型跨流域调水工程，如山东省引黄济青、江苏省江水北调、河北省引黄入卫、天津省引滦入津、甘肃省引大入秦、山西省引黄入晋、吉林省引松入长、辽宁省引碧入连、陕西省引汉济渭工程等。这一系列跨流域调水工程为受水区提供了稳定可靠的水源，在供水、发电、防洪、灌溉及旅游等方面发挥了重要作用，从规模、布局、技术上均带来了巨大的社会效益，有力地支撑了中国社会和经济的快速发展。据统计[2]，世界范围内，已有 40 多个国家和地区在建或已建超过 350 余项的调水工程，年调水规模超 5000x108m3，相当于半条长江。世界著名的调水工程有：美国加州北水南调工程、以色列北水南调工程、澳大利亚雪山工程、埃及西水东调工程等。世界各地的大型流域中都有着或大或小的调水工程，见图 1-1。

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技术路线图

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2 输水隧洞风险识别及事故场景频率分析不良地质条件进而发生风险事件的可能。本文采用一阶同质马尔可夫模型对输水隧洞事故场景进行频率分析，具有如下假（1）无后效性：工程在时刻 t 的状态仅与时刻 t-t’所处状态相关；（2）齐次性：状态转移速率矩阵与时间无关。.3 工程实例引汉济渭工程地跨长江、黄河两大流域，调水区位于陕西省陕南地区，受水区位西省关中地区，属陕西省境内一项由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和秦岭输水（分为黄三段、越岭段）组成的大型跨流域调水工程，其平面布置图见图 2-2。

【参考文献】