【XX拱坝风险评估研究开题报告文献综述6100字】

XX拱坝风险评估研究开题报告文献综述研究背景及意义水库大坝在国民的经济发展进程中起着重要的维系作用，特别是在防洪、供水、发电、灌溉、航运、旅游等方面发挥着不可替代的作用，是我国重要的基础设施。并且水库大坝在完善江河湖泊防洪体系，优化水资源配置及调控水资源的时空分布等方面是重要工程举措REF_Ref97299822\h[1]。根据2020年全国水利普查公报显示REF_Ref97299829\h[2]：全国已建成各类水库98566座，水库总库容9306亿立方米。其中：大型水库774座，总库容7410亿立方米；中型水库4098座，总库容1179亿立方米，我国已成为世界上拥有水库大坝最多的国家。但中国现有的水库大坝中大部分建于20世纪50年代到70年代，由于当时所处的历史背景和相对落后筑坝等技术导致了工程的建设质量差、标准低，带来诸多隐患问题。同时，2000年前水库管理薄弱并伴随工程运行的老化、带来众多风险，是我国当前水库大坝安全管理所面临的重大问题。我国自1954年有较为完整的溃坝纪录以来，随着水库的运行管理等各项工作的不断完善，大中型水库的溃坝事件随时段剧减。1954~2018年水库共溃坝3541座REF_Ref97299840\h[3]，其中1954~1982年共溃坝3115座，年均溃坝107.4座；1983~1999年共溃坝332座，年均溃坝19.5座；2000~2018年共溃坝84座，年均溃坝4.4座，年均溃坝概率降至0.45×10-4REF_Ref97299840\h[3]-REF_Ref98429498\h[7]。这主要得益于近20年来，大坝的风险评估和管理技术在中国得到显著且快速的发展，在大坝的实际运行中得到良好应用。然而，我国的病险水库数量众多，建设资金短缺，设计的相关成因复杂，使得我国的大坝风险仍然很高，大坝安全形势依然严峻。导致溃坝的原因主要包括超标洪水漫顶、大坝质量问题及管理不当等REF_Ref97299881\h[4]。特别是近年来，全球气候异常变化导致极端天气频频发生，超标洪水频率明显上升，给水库大坝带来了严峻的挑战，如2020年乌兹别克斯坦的萨尔多巴水库溃坝，以及美国密歇根州的伊登维尔大坝及桑福德大坝溃坝REF_Ref97299881\h[4]这些溃坝事故造成严重的经济和生命损失。根据2020年全国水利普查公报显示REF_Ref97299829\h[2]：2020年，我国洪涝灾害直接经济损失2669.8亿元（水利设施直接经济损失644.8亿元），占当年GDP的0.26%。全国农作物受灾面积7190千公顷，绝收面积1321.7千公顷，受灾7861.5万人次，因灾死亡失踪279人，倒塌房屋8.96万间。为了尽可能的减少洪涝及大坝失事带来的损失，大坝风险管理显得格外重要。我国经济社会的高速发展、城市化进程的逐步推进、基础设施建设的不断完善使得我国人口越来越集中，导致我国水库大坝不仅为国民的经济发展做出更为重大贡献，也成为下游区域的人们生命财产安全成倍的潜在风险REF_Ref97299822\h[1]。注重大坝风险并对其进行管理，不仅是关注大坝工程安全，更是关系公共安全的重大课题REF_Ref97299930\h[9]。大坝风险管理不同于传统的大坝安全管理，传统的大坝安全管理主要关注的是大坝本身的工程安全，一般较少考虑对下游地区可能造成的风险后果。而大坝风险管理是基于风险的理念，其考虑水库大坝工程本身的安全的同时，也考虑对下游地区造成的风险后果。即大坝风险管理理念认为研究溃坝对下游地区造成的影响与研究大坝本身的溃坝概率一样重要REF_Ref97299908\h[8]。按照澳大利亚大坝委员会给出的风险定义，风险是指对生命、健康、财产和环境负面影响的可能性和严重性的度量，对于大坝风险则是发生溃坝的可能性和溃坝造成后果的乘积，即将风险等价于概率乘以后果REF_Ref97299822\h[1]REF_Ref97299930\h[9]。大坝风险是全过程的动态管理，以风险控制为核心。通过采用管控风险的政策和程序，对大坝建设、施工、运行等全过程的风险进行监测、分析、评估和处理。大坝风险管理分为两个理念模块REF_Ref97299881\h[4]：一方面大坝的风险是始终存在的，无法完全规避；另一方面是需要承受“适度风险”，其指的是可以被社会人们所接受的风险，通过采用合适的措施来防控实现。大坝的风险管理主要分为四个部分内容：风险标准建立、风险分析、风险评估和风险处理，且在风险管理过程中这四部分通常依次进行。其中风险分析是风险管理的核心部分，进一步分为风险识别、溃坝概率计算和溃坝后果评估三块。溃坝概率涉及材料力学方法，随机有限元方法等。溃坝后果评估内容一般包括生命损失评估、经济损失评估、社会环境影响三个方面。过往水库大坝建设及管理长期以大坝工程本身的安全为核心，导致水库大坝的研究人员及管理部门对大坝下游地区的人口空间分布、经济社会情况及政治环境等相关数据的欠缺考虑。同时，这些数据相较复杂、涉及区域广，统计难度大，使得大坝风险后果相比于其他部分的研究更薄弱。因此，大坝风险研究同时考虑大坝自身安全与大坝失事风险后果，对完善大坝风险管理体系有重要意义。国内外大坝风险评估研究现状20世纪80年代，RichardB.Waite，DavidS.Bowels为美国的几个大坝进行了风险评估等时运用了风险评估的方法REF_Ref97300087\h[11]REF_Ref99720277\h[12]。到90年代初，BCHydro和澳大利亚大坝委员会（ANCOLD）制定了生命损失的风险评估标准。在美国、澳大利亚、加拿大等国家，大坝风险评估技术得到了高速发展，并制定了诸多完善的大坝风险法规及标准。例如，ANCOLD在1994年到2000年间分别颁布了《风险评估指南》REF_Ref97300091\h[13]REF_Ref99720303\h[14]、《大坝可接受防洪能力选择指南》以及《大坝溃决后果评估指南》REF_Ref97300097\h[15]，加拿大BCHydro也在2000年制定的风险标准REF_Ref97300103\h[16]。除美国、澳大利亚、加拿大等国家将风险管理应用于水利水电工程外，芬兰、英国、挪威、瑞典、葡萄牙、新加坡等国家也在大坝工程上应用了风险分析及管理评估技术REF_Ref99654746\h[17]REF_Ref99720325\h[18]。风险分析是风险管理的核心内容，是进行风险评估前的准备步骤。风险分析最早起源于美国应用在工业、军事等方面，是近几十年来发展起来的综合性边缘科学REF_Ref97300063\h[10]。后引入在水利工程中，早在上世纪70年代，美国的土木工程师协会（ASCE）就采用了风险分析的方法来评估已建大坝溢洪道的泄洪能力REF_Ref97300069\h[19]。后续随着相关研究成果逐步发表，以及美国和其他国家发生的多起因大坝失事造成灾难性后果的事故，大坝的安全评估逐步受到重视。随后在1988年，ASCE发表“大坝水文安全评估程序”报告将风险分析归为评估大坝安全的主要方法。技术方面，美国的国家气象局开发了一系列的溃坝模型用于溃坝洪水的模拟演算，如DAMBRK模型、BREACH模型以及FLDWAV模型等REF_Ref97300107\h[20]。芬兰的环境研究院和环境中心等于2000年左右一同开发了RESCDAM软件REF_Ref97300111\h[21]，对数字地形模型进行了应用，采用一维和二维耦合模拟溃坝洪水。此后，欧洲成立专门工作小组，研究水库大坝的可靠性和进行风险分析，提出了相关研究方法、理论框架及评估等级指标等。风险分析方法常分为定性风险分析方法和定量风险分析方法。定性分析运用经验、归纳、分析、逻辑推理和辩证思维等方式研究客观事物的属性及性质。而定量分析观察事物的数量特征、数量关系与数量变化进行分析借助数量和计算方法等工具。定性风险分析是根据研究人员的经验、知识、环境、先关政策法规趋势等非定量数据来判断系统的风险状态，主要是针对风险度量能力较小的风险主体REF_Ref97300365\h[22]。借助于定性风险分析，可以方便、系统地估计资源及风险性。风险分析中常用的定性方法包括专家经验法、矩阵分析法以及层次分析法等。定量风险分析法REF_Ref97300374\h[23]-REF_Ref97300430\h[27]是以定性分析的逻辑为基础，借助数学工具，对风险主体的特征定量关系及变化进行研究，确定风险主体的风险率。风险分析中常用的定量分析方法包括有数理统计分析法、模拟风险分析法、模糊风险分析法、最大熵法及基于可靠度的风险分析法：数理统计分析法：数理统计分析法分为数据统计分析法和极值统计法。数据统计分析方法在进行不确定性分析中较为常用。常规统计方法可以用来求解数据的均值和方差，作为不确定性数据的源头。我们熟悉的数据统计方法有假设检验、变异性分析、置信区间分析、抽样方法、曲线拟合、回归分析、相关性分析等。极值统计法是对随机变量极端变异性会有巨大影响的统计分析方法，用来处理一定规模的样本，用带有各自分布特征的随机变量模拟这些值。模拟风险分析法：在风险分析过程中，各风险因子间的影响机制比较复杂，很难准确的知道各随机变量间的相关性，常采用模拟风险分析法解决此类问题。对某特定的系统及问题建立数学模型进行试验，通过试验得到他们的变化规律。模拟分为概率型模拟和确定型模拟，前者是不确定的，后者是确定的，风险分析采用的是概率型模拟。最常用的是蒙特卡罗（MonteCarlo）模拟法，通过对随机变量进行统计试验，以达到利用随机模拟的方法求解问题的近似解。模糊风险分析法：在风险分析中，模糊语言变量采用隶属度函数来量化的方法称为模糊分析法。适用于具体项目进行风险评估，使用的评估指标存在着大量难以精确描述的情况。具体而言，确定风险模糊综合评估指标集并进行风险综合评估等级集的划分。最大熵法：最大熵法是以信息的均值为基础，对所有包含的随机变量的不确定性进行量度，通过将风险估计、信息熵和概率论方法联系起来建立最大熵风险估计模型，利用最大熵准则来获得随机变量概率分布。基于可靠度的风险分析法：研究大坝风险离不开对大坝可靠度即风险率的研究。基于可靠度的风险分析方法常用的有：重现期法、一次二阶矩法、直接积分法、点估计法、响应面法、随机有限元法等。近年来，澳大利亚、加拿大等国，建议大坝安全的评估标准用概率的允许风险值来划分。国际上大体认同此理念，并认为绘制大坝洪水的风险图是大坝风险评估的重要工作。众多国际组织如国际水利学会（IAHR）和国际大坝委员会（ICOLD），都将风险分析作为了大会的议题点。第20届国际大坝会议于2000年在北京召开，会议主题是“风险分析在大坝安全决策和管理中的应用”，其主要讨论了风险的定义、评估方法、管理及应急预案等。ICOLD在2005年发布的公报《大坝安全管理中的风险评估》REF_Ref97300141\h[28]介绍了风险分析的相关原理和术语及其在大坝安全决策中的应用，这标志着水利界接受了风险的概念REF_Ref97300063\h[10]。国内在20世纪80年代末才开始进行大坝风险管理评估分析研究，起步晚加上历史环境等诸多因素影响，理论成果相对薄弱。1987年肖焕雄教授对导流建筑物泄洪风险率进行研究，提出了相关计算方法，并建议将“风险率”作为描述施工导流标准的指标REF_Ref97300176\h[29]。1990年姜树海教授研究了水工力学领域的可靠性分析方法REF_Ref97300181\h[30]。同年李雷基于结构的可靠度提出了总体安全度法及水库大坝风险的评估标准，考虑了水库大坝工程的建设经济及其对社会造成的影响REF_Ref97300209\h[31]-REF_Ref97300213\h[32]。冯尚友对进行了深入研究了水资源系统，提出的多层结构控制模式，基于大系统理论和多目标决策系统研究了实际工程问题REF_Ref99654763\h[33]。1996年朱元生、王道席、李其军等人对溃坝风险问题进行了研究，并提出了关于土石坝的风险模型及风险辨识方法REF_Ref97300220\h[34]-REF_Ref97300243\h[36]。1997-2000年，李君纯、李雷等综合考虑大坝自身的安全性和其对人类社会的贡献及危害，针对大坝提出新的评价方和大坝总体安全判别标准REF_Ref99654787\h[37]REF_Ref99654797\h[38]。1999年范子武模拟了库坝洪区的洪水REF_Ref97300240\h[39]。2002年姜树海、范子武等人采用GIS及数值模拟等技术，模拟和调控洪水溃堤演进的过程、并分析评估了防洪失控的风险REF_Ref97300263\h[40]。2003年彭雪辉详细地介绍大坝风险分析技术，并应用分析于实际工程当中REF_Ref97300270\h[41]。2004年，王仁钟等借鉴国外ANCOLD理论，针对土石坝的提出了进行风险评估的风险分析方法和风险标准REF_Ref99654836\h[42]。2006年马福恒对病险水库大坝的风险分析和灾害预警系统进行了研究，基于WebGIS技术搭建了针对病险水库大坝的灾害预警系统架构REF_Ref97300276\h[43]。2015年张建云、盛金保等系统探讨了我国水库大坝溃坝规律，大坝安全评估方法及病险水库除险加固技术REF_Ref97300282\h[44]。2015年顾冲时、苏怀智基于我国的混凝土坝工程建设及运行管理现状，对混凝土坝长效服役与风险评定的方法、理论等的研究现状进行了详细的论述，并在2018年对大坝风险标准的建立、识别、评估及处理的研究现状进行了论述REF_Ref97300292\h[45]-REF_Ref97300295\h[46]。2016年杨德玮，盛金保等利用BREACH模型与MIKE21模型在溃坝风险中进行耦合分析REF_Ref97300301\h[47]。诸如以上，国内许多学者对水利水电工程的风险管理评估开展了大量的研究工作，取得了许多重要的科研成果，推动了水利工程风险分析及评估的相关研究及工程实际工作进展，但距发达国家还存在一定差距。风险分析及管理评估研究缺乏系统性，相关规范及标准还未落实，体系尚未建立REF_Ref97299930\h[9]。大坝风险分析及管理评估理论及制度在实际工程中投入不足，手段落后，缺乏工程验证，有待进一步深入研究。本文的主要内容大坝的风险管理主要包括风险标准建立、风险分析、风险评估和风险处理4个部分内容，本文主要对前三部分内容进行研究。针对加固后的SJ拱坝在历史事故洪水工况下进行风险评估，涉及洪水频率、溃坝概率、溃坝后果及风险等级等的分析。本文主要内容与章节安排如下：第二章，研究洪水过程线的推求方法，针对传统水文放大法的不足，提出一种新的洪水放大法-自适应洪水放大法。结合Copula函数构建年最大入库洪水过程线模型，用以LHS-MC随机模拟推求设计洪水频率。通过某拱坝工程实例，对传统水文方法与自适应洪水放大法进行对比分析，对自适应洪水放大法的合理性进行验证；第三章，对拱坝坝肩存在薄弱面时的拱坝的稳定性进行分析，研究了弹塑性分析原理及强度储备安全系数的计算方法，并对强度储备安全系数和溃坝概率间的转换关系进行了研究；第四章，利用ArcGIS和HEC-RAS软件模拟拱坝溃坝及遭遇超标洪水的洪水演进过程，并研究失事洪水造成生命损失的评估方法。依托某拱坝工程，进行溃坝生命损失的评估。第五章，研究基于ALARP准则风险标准的确定方法和基于可靠度的全定量综合风险评估方法，依据2018年的大坝安全现状对风险评价标准进行更新。第六章，针对加固后SJ拱坝在历史事故洪水工况下，进行风险分析并分别采用基于ALARP准则风险标准评估方法和基于可靠度的综合定量评估方法进行风险评估。第七章，对本文研究内容进行了总结，阐述了本文的主要的工作以及结论，并提出不足之处，展望进一步的研究工作。参考文献[SEQRef.\*ARABIC1]李巍.基于云模型及改进可变模糊集合的中国溃坝风险后果评估[D].郑州大学,2019.[SEQRef.\*ARABIC2]2020年全国水利普查公报.[SEQRef.\*ARABIC3]李宏恩,盛金保,何勇军.近期国际溃坝事件对我国大坝安全管理的警示[J].中国水利,2020(16):19-22+30.[SEQRef.\*ARABIC4]盛金保,厉丹丹,蔡荨,彭雪辉.大坝风险评估与管理关键技术研究进展[J].中国科学:技术科学,2018,48(10):1057-1067.[SEQRef.\*ARABIC5]李雷,王仁钟,盛金宝,等.大坝风险评估与风险管理[M].中国水利水电出版社,2006.[SEQRef.\*ARABIC6]何晓燕,王兆印,黄金池,丁留谦.中国水库大坝失事统计与初步分析[A].中国水利学会.中国水利学会2005学术年会论文集——水旱灾害风险管理[C].中国水利学会:中国水利学会,2005:10.[SEQRef.\*ARABIC7]彭雪辉,盛金保,李雷,刘来红,周克发,郑昊尧.我国水库大坝风险标准制定研究[J].水利水运工程学报,2014(04):7-13.[SEQRef.\*ARABIC8]杜群超.基于GIS的水库土石坝工程洪水溃坝损失研究[D].广西大学,2012.[SEQRef.\*ARABIC9]盛金保,历丹丹,龙智飞,周克发等.水库大坝风险及其评估与管理[M].河海大学出版社,2019.[SEQRef.\*ARABIC10]严磊.大坝运行安全风险分析方法研究[D].天津大学,2011.[SEQRef.\*ARABIC11]ANCOLD(Australiannationalcommitteeonlargedams),Guidelinesonriskassessment,2003.[SEQRef.\*ARABIC12]葛巍.土石坝施工与运行风险综合评价[D].郑州大学,2016.[SEQRef.\*ARABIC13]ANCOLD,Guidelinesonassessmentoftheconquencesofdamfailures,2000,5.[SEQRef.\*ARABIC14]袁坤,傅蜀燕,欧正峰,王之博.水库大坝安全评价技术现状与发展[J].人民珠江,2013,34(06):63-67.[SEQRef.\*ARABIC15]楼渐逵,加拿大BCHydro公司的大坝安全风险管理,大坝与安全,2000,14(4):7-11.[SEQRef.\*ARABIC16]D.L.FredandJ.M.Lewis,NWSFLDWAVMODEL,HydrologicResearchLaboratoryOfficeofHydrology,NationalWeatherService,1998,11.[SEQRef.\*ARABIC17]李芬花.水利水电工程系统的风险评估方法研究[D].华北电力大学（北京）,2011.[SEQRef.\*ARABIC18]李奇.基于集对分析的大坝风险后果评价模型研究[D].郑州大学,2017.[SEQRef.\*ARABIC19]DavisS.Bowels,LorenR.AndersonandTerryF.Glover,THEPRACTICEOFDAMSAFETYRISKASSESSMENTANDMANAGEMENT:ITSROOTS,ITSBRANCHES,ANDITSFRUIT,PresentedattheEighteenthUSCOLDAnnualMeetingandLecture,Buffalo,NewYork,August8-14,1998.[SEQRef.\*ARABIC20]TimoMaijiala,RESCDAMdevelopmentofrescueactionsbasedondam-breakfloodanalysis,FinlandEnvironmentInstitute,June1999-March2001.[SEQRef.\*ARABIC21]ICOLD,Q76:TheUseofRiskAnalysistoSupportDamSafetyDecisionsandManagement,ICOLD20thCongress,Beijing,2000.[SEQRef.\*ARABIC22]谢洪,刘