（水工结构工程专业论文）大坝失稳风险分析及水库可持续发展评价系统开发与应用.pdf

摘要 可持续发展已成为一种全球性的发展战略思想，作为水利人必须重视研究、 探讨水利的可持续发展问题。水库是将天然来水在时间和空间上实现重新分配的 重要设施，因此如何评价水库的可持续发展状况是亟待解决的问题。水利工程系 统技术复杂，投资巨大，影响面广，受自然和社会的不确定性因素影响众多，工 程一旦失事，将会给国家和人民带来严重的损失。要使水库得以可持续发展，就 必须对水库的风险予以分析，从而为水库的除险加固提供有力的科学证据。 本文结合沙河水库工程，对大坝失稳风险进行分析，计算了沙河水库主坝失 稳的风险概率。并对其运行、管理及周围生态环境和社会经济发展状况进行调查， 将调查资料进行分析、归纳、总结；在总结现有可持续发展研究的基础上，征求 专家的意见，进行数理统计分析，提出了一套适合该水库可持续发展的由4 个一 级指标、1 3 个二级指标、3 8 个基层指标组成的指标体系。以有关国际和国家标准、 中国2 1 世纪议程、中国水利现代化的要求、水库大坝安全评价导则中的相 应数值和此次调查的最优值、满意值来确定目标值，以实际调查的数据为指标值， 通过二者比较来确定每一基层指标的可持续发展指数。 本文采用层次分析法计算该水库的可持续发展指标体系各指标的权重和指 数值。并用d e l p h i 将整个评价融入水库可持续发展评价系统，对沙河水库的可持 续发展度予以了评价。最后对基层指标进行了灵敏度分析。 关键词：可持续发展风险分析层次分析法评价系统灵敏度 a b s t r a c t s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n th a sb e c o m eag l o b a ld e v e l o p m e n ts t r a t e g y a sf a ra sw a t e r c o n s e r v a n c yi sc o n c e r n e ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti sa l s ov e r yi m p o r t a n t r e s e r v o i ri s a ni m p o r t a n tf a c i l i t yw h i c hc a nr e a l l o c a t et h en a t u r a lw a t e ra c r o s st i m ea n dt h es p a c e s o h o wt oe v a l u a t er e s e r v o i r s s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tc o n d i t i o n si sat o pu r g a n tp r o b l e mt o b er e s o l v e d w h e nw eb u i l daw a t e rc o n s e r v a t i o np r o j e c ts y s t e m c o m p l i c a t e dt e c h n o l o g y , i m m e n s ei n v e s t m e n tm u s tb e 口u li nf o ri t a n dt h e r ea r em a n yu n c e r t a i nf a c t o r sf r o m n a t u r ea n ds o c i e t yt h a tc o u l dm a k ei n f i u e n c eo ni t t h u s hw ew a n tt om a k et h e d e v e l o p m e n to far e s e r v o i rt ob es u s t a i n a b l e ，a n a l y s e so nr i s ko f i tm u s tb e d o n et os u p p l y e f f e c t i v ep r o o ff o rt h em a k ei tg e tr i do fd a n g e r t a k i n gs h a h er e s e r v o i rf o ra ne x a m p l e t h el e x tm a k e s ar i s ka n a l y s i so ni n s t a b i l i t yo f t h em a i nd a mo fs h a h er e s e r v o i r a n dc a l c u l a t e st h ep r o b a b i l l a n da na n a l y s i so n c i r c u l a t i o n ，m a n a g e m e n ta n de n v i r o n m e n ta n ds o c i a ie c o n o m yd e v e l o p m e n tc o n d i t i o no f t h es u r r o u n d i n ge c o s y s t e mi sm a d e ，b a s e do nt h ee x i s t i n gr e s e a r c ho fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t e x p e r t s o p i n i o n sa n dm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sa n a l y s i s ，t h ea u t h o rb r o u g h t f o r w a r da ni n d i c a t i o n s y s t e ms u i t a b l e f o rr e s e r v o i r s s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i s s y s t e mi sm a d eu po f4f i r s tc l a s si n d e x e s 。13s e c o n dc l a s si n d e x e s ，3 8f e u n d a t i o n a i n d e x e s b a s e do nt h ei n t e r n a t i o n a ia n dn a t i o n a is l a n d a r d “t h ea g e n d ao fc h i n ai n2 1 c e n t u r i e s ”，t h em o d e r n i z eo fc h i n e s ew a t e rc o n s e r v a n c y , t h ec o r r e s p o n d i n gn u m b e r si n “t h er e s e r v o i rg r e a td a ms a f e e v a l u a t i o nl e a d 。t o g e t h e rw i t ht h eo p t i m a lv a l u ea n d s a t i s f a c t i o nv a l u ei nt h i si n q u i s i s o n t h i sa r t i c l ea c q u i r e sf a r g e tv a l u e s t h e n c o m b i n i n g w i t hp r a c t i c a ld a t a w ec a na c q u i r ei n d e xn u m b e r so fa l if o u n d a t i o n a i i n d e x e s t h i st e x tu s ea h pt oc a l c u l a t et h ep r o p o r t i o na n dn u m b e r so fe v e r yc o m p r e h e n s i v e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti n d e x e s t h e n t h et o t a ie v a l u a t i o ni sm a d ei n t ot h ee v a l u a t e s y s t e mo fr e s e r v o i r s s u s f a i n a b i ed e v e l o p m e n tw i t hd e l p h i a n de v a l u a t et h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tw i t ht h es y s t e m t h ei a v e io fs e n s i t i v i t yo ff o u n d a t i o n a i i n d e x e si sa n a l y z e d a t i a s t k e yw o r d s ：s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t r i s ka n a l y s i s a h p e v a l u a t es y s t e m s e n s i t m t y 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。 与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：罄l 氩巨一乡7 年弓月弓1 日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学 术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复 印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公 布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 止莹壹鞋力叼年月弓1 e t 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 无论是在自然界还是在人类社会中，风险都是普遍存在的【”，“天有不测风 云，人有旦夕祸福”，这句话指出了风险存在的普遍性和客观性。由于客观世界 的复杂性和人类认识的局限性，人类活动和决策都不可避免地受到不确定性因素 的影响，因而不可避免地冒着一定的风险。水利工程建设和运行管理也不例外， 特别是近代水利工程更是如此，所以对水利工程进行风险分析或评估是十分必要 的。大坝设计及运行的安全可靠性依赖于大坝承受外部荷载的能力，丽作用于大 坝上的荷载和大坝的抗力均随时间变化而改变，即存在随机性，因此大坝存在失 事风险。以风险分析来对大坝失事进行研究是非常合理的，因大坝失事的各影响 因素都具有随机性。应用风险分析理论能较好地反映这种不确定性。 据资料统计，目前世界上约l 3 的大坝失事是因洪水漫坝造成的【2 “。我国在 2 0 世纪5 0 9 0 年代，洪水漫坝失事的大坝共有1 1 4 7 座，约占同期大坝失事总 数的4 6 6 ；国外因大坝滑坡和塌方造成垮坝的占垮坝总数的1 4 2 ，国内因大 坝滑坡和塌方造成垮坝的占垮坝总数的3 8 ，0 。这说明，漫坝与坝体失稳是大坝 失事的两个最重要的原因，而在大坝失事事故中，土石坝所占比例高达7 0 5 ， 且由于历史原因，我国已建大坝中，9 0 以上为土石坝，多数已达到或即将达到 其正常使用年限。因此，研究土石坝漫顶失事和坝体失稳风险是十分有必要的。 在水库的建设和运行过程中，存在着不少工程质量问题，出现过一些工程事 故，有的甚至造成重大损失 2 1 1 3 1 。据统计：我国2 0 世纪7 0 年代中期以前建成的 坝，有约1 0 0 亿l n 3 的库容至今未能发挥应有效益。如何使现有的水资源的效益 发挥到极致，已经成为摆在我们面前的课题。 现如今，可持续发展已成为一种全球性的发展战略思想，作为水利人必须重 视研究探讨水利的可持续发展问题。水利是国民经济的基础设施和基础产业，水 利能否实现可持续发展对整个国民经济的可持续发展至关重要。水利资源属可再 生资源，只要按照自然规律办事，用新的理论方法、筑坝技术、防渗技术以及计 算机应用技术等控制管理水库，达到可持续发展的目的，其社会经济效益将十分 显著。 由此看来，大坝的安全才是根本，如果不能保证水库大坝的安全，就更不用 谈水库的可持续发展了。“稳定压倒一切”，研究大坝风险是保障水库可持续发展 的必要条件。下面来简单介绍一下国内外对大坝风险分析以及可持续发展的研究 概况。 第一章绪论 1 1 风险分析概述 1 1 1 风险的含义和风险的定义 风险的含义可以从多种角度来考察。首先，风险同人们有目的的活动有关。 人们从事活动，总是预期一定的结果，如果对于预期的结果没有十分的把握，人 们就会认为该项活动有风险。其次，风险同将来的活动和事件有关。已经结束了 的活动，既成事实，后果已无法改变。对于将来的活动、事件，总是有多种行动 方案可供人们选择，但是没有哪一个行动方案可确保达到预期的结果。那么，应 该采取何种办法和行动才能不受或少受损失，并取得预期的结果呢? 这就是说， 风险同行动方案的选择有关。第三，如果活动的后果不理想，甚至是失败，人们 总是要想：能否改变以往的行为方式成路线，把以后的活动做好? 另外，当客观 环境，或者人们的思想、方针或行动路线发生变化时，活动的结果也会发生变化。 这样，风险还与上述变化有关。若世界永恒不变，也就不会有风险的概念。 很多学科都涉及风险的研究。风险的定义有多种，这些风险的定义可分为主 观风险和客观风险两类：前者认为风险纯属个人对事物的主观估计，无法用客观 度予以衡量；后者认为风险是指系统在规定的工作条件下和规定的时间内，不能 完成预定功能的概率及由此而产生的后果。由此，风险可表示成失事概率与失事 后果的函数，即 r = f ( p ，c ) 式中，豆表示风险；p 表示失事概率；c 为对应的失事后果。 下面对风险概念中的两个条件( 工作条件、规定的时间) 及组成风险的两个 要素p ，c 做一讨论。 ( 1 ) 规定的工作条件是