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基于FLDWAV潰壩模型的公明水庫失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

文檔作者：黃凌１宋洋２文檔來源：１．深圳市水務(wù)工程建設(shè)管理中心２．中國民航大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年12月28日
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２０１３ 年第６ 期
２０１３ Ｎｕｍｂｅｒ ６
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１１１ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１１
文章編號(hào)：１６７１ －３３５４（２０１３）０６ －０００１ －０５
收稿日期：２０１３ －０５ －１８ 作者簡介：黃　凌，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水務(wù)工程建設(shè)技術(shù)與管理研究及實(shí)踐工作。
基于ＦＬＤＷＡＶ 潰壩模型的公明水庫失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
黃　凌１，宋　洋２
（１．深圳市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東深圳?。担保福埃矗?；２．中國民航大學(xué)，天津　３００３００）
摘要：充分運(yùn)用大壩失事概率分析和大壩失事所造成的下游經(jīng)濟(jì)損失、生命損失估算基礎(chǔ)上的風(fēng)險(xiǎn)概念，通過對(duì)由６ 座
大壩和中間相連山丘組成的公明水庫進(jìn)行深入的風(fēng)險(xiǎn)分析研究，采用專家經(jīng)驗(yàn)法定量確定了風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率，采用
美國國家氣象局（ＮＷＳ）開發(fā)的ＦＬＤＷＡＶ 潰壩模型進(jìn)行了工程失事洪水演進(jìn)分析，確定了潰壩影響范圍以及失事后果。
與此同時(shí)對(duì)大壩及泄洪泄水建筑物的型式、位置、大小等進(jìn)行綜合分析論證，提出針對(duì)性地預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生和減少潰壩
帶來的損失的抑制、轉(zhuǎn)移措施，優(yōu)化了工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)提高大壩安全運(yùn)行保證率有重大的意義。研究工作可為其他
類似情況的水庫工程風(fēng)險(xiǎn)分析研究工作提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：水庫；風(fēng)險(xiǎn)分析；專家經(jīng)驗(yàn)法；ＦＬＤＷＡＶ 潰壩模型
中圖分類號(hào)：ＴＶ６４：Ｘ８２０．４　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ
Risk Evaluation of Gongming Reservoir Dam-break Based
on FLDWAV Model
ＨＵＡＮＧ Ｌｉｎｇ１ ， ＳＯＮＧ Ｙａｎｇ２
（１．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｗａｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０４８， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３００， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ Ｇｏｎｇｍｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｂｙ ｓｉｘ ｄａｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｈｉｌｌｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅｍ ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｍ
ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｃｏｎｃｅｐｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｏｆ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ａｒｅａｓ
ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄａｍ ｆａｉｌｕｒｅ， ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｏｆ Ｇｏｎｇｍｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｆｉｒｍ
ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｉｓｋ．Ｔｈｅ ＦＬＤＷＡＶ ｍｏｄｅｌ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｅａｔｈｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ （ＮＷＳ） ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ
ｆｌｏｏｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｆａｉｌｕｒｅ ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｄａｍ ｂｒｅａｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒａｓｈ
ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｔｙｐｅ， ｌｏｃａｔｉｏｎ， ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ
ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｒｉｓｋ ａｎｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｏｓ -
ｓｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄａｍ ｆａｉｌｕｒｅ ｗｉｔｈ ａｎ ａｉｍ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｅｎ -
ｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ． Key words： ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ； ｒｉｓｋ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｅｘｐｅｒｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｍｅｔｈｏｄ； ＦＬＤＷＡＶ ｍｏｄｅｌ
　　自從２０ 世紀(jì)８０ 年代初不少關(guān)于水庫大壩風(fēng)險(xiǎn)分
析的原理、方法和實(shí)例的研究成果不斷出現(xiàn)，大壩風(fēng)險(xiǎn)
分析技術(shù)發(fā)展很快，特別是在美國、加拿大、澳大利亞
和西歐發(fā)展迅速。美國陸軍工程師團(tuán)（ＵＳＡＣＥ）的Ｈｕｇｅｎ
最早提出的風(fēng)險(xiǎn)概念，用相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來判斷大
壩風(fēng)險(xiǎn)［１ －２］ ；美國墾務(wù)局（ＵＳＢＲ）推薦使用現(xiàn)場評(píng)分法
來衡量水庫大壩的風(fēng)險(xiǎn)［１ －２］ ；美國國家氣象局（ＮＷＳ）
開發(fā)了一系列潰壩模型。從ＤＡＭＢＲＫ 模型到
ＢＲＥＡＣＨ 模型［３］ ，再到ＦＬＤＷＡＶ 模型［４］ ，為潰壩洪水
計(jì)算提供了強(qiáng)大的軟件支持，大壩風(fēng)險(xiǎn)分析可以直接
應(yīng)用這些計(jì)算成果進(jìn)行潰壩后果評(píng)價(jià)；澳大利亞大壩
委員會(huì)（ＡＮＣＯＬＤ）頒布了枟ＡＮＣＯＬＤ 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南枠，
為大壩安全評(píng)估的應(yīng)用提供了概念性基礎(chǔ)，但沒有提
供進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的細(xì)節(jié)指南；此外，英國、加拿大、瑞典
１
水電與新能源２０１３ 年第６ 期
等國也都在大壩風(fēng)險(xiǎn)分析方面取得了不少的研究成果。
在我國研究大壩漫頂、裂縫、滲流破壞和大壩滑坡
等事件的可靠度分析方法中，陳肇和等［５］ 提出要關(guān)注
高浪翻壩問題；李雷、盛金保［６］ 提出了判斷裂縫的功
能函數(shù)；李雷、王昭升、彭雪輝［７］ 根據(jù)中國１９５４ ～２００１
年已潰壩資料，詳細(xì)分析了中國平均年潰壩率和導(dǎo)致
大壩潰決的主要機(jī)理和原因，抓住主要問題，由專家簡
化荷載、潰壩模式和破壞路徑，確定各環(huán)節(jié)的發(fā)生概率
和潰壩事件的概率；王仁鐘、王昭升、彭雪輝［８］ 較全面
地介紹了大壩風(fēng)險(xiǎn)分析中涉及的潰壩影響及其后果
（包括生命、經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)和環(huán)境影響） 的確定
方法。
本文簡要地介紹了公明供水調(diào)蓄工程大壩風(fēng)險(xiǎn)分
析的基本理論、基本方法，內(nèi)容包括大壩風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)
險(xiǎn)估計(jì)方法等。通過采用建立在大壩失事概率及大壩
失事造成的生命損失和經(jīng)濟(jì)損失估算基礎(chǔ)上的大壩風(fēng)
險(xiǎn)分析技術(shù)，對(duì)該大壩進(jìn)行深入的風(fēng)險(xiǎn)分析研究，通過
風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)，明確主要風(fēng)險(xiǎn)因子和風(fēng)險(xiǎn)概率，采用
專家經(jīng)驗(yàn)法定量確定了風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率，并且采
用美國國家氣象局（ＮＷＳ）開發(fā)的ＦＬＤＷＡＶ［４］ 潰壩模
型進(jìn)行了失事洪水演進(jìn)分析，同時(shí)對(duì)大壩及泄洪泄水
建筑物的型式、位置、大小等進(jìn)行綜合分析論證，并提
出抑制和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策。對(duì)于工程的安全起到十分
重要的作用，可以針對(duì)性地預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生和減少潰
壩帶來的損失，對(duì)提高大壩安全運(yùn)行保證率有較大意
義。同時(shí)為其他類似工程的風(fēng)險(xiǎn)分析研究工作提供經(jīng)
驗(yàn)教訓(xùn)。
１　公明水庫大壩群工程概況
公明供水調(diào)蓄工程位于深圳市西北部的公明、光
明兩街道辦轄區(qū)內(nèi)。公明水庫是其重要的組成部分，
位于茅洲上游的一級(jí)支流———新陂頭水和樓村水。大
壩以上控制集雨面積１１．７７ ｋｍ２ 。水庫設(shè)計(jì)正常蓄水
位５９．７ ｍ，校核洪水位６０．５８ ｍ，總庫容為１．４８
億ｍ３ ，屬大（２）型水庫。主要構(gòu)筑物包括新建６ 座大
壩、壩體總長４．４ ｋｍ；庫盆地貌形態(tài)為丘間小盆地；庫
盆及壩址部位為剝蝕臺(tái)地，迎水面前沿較長。水庫下
泄水向西流經(jīng)茅洲河直接匯入珠江，水庫東、南兩側(cè)山
體雄厚，地下水位高于庫水位，無貫通分水嶺的斷裂構(gòu)
造，不存在向鄰谷滲漏問題，故一般不會(huì)危及與其東、
南相鄰的深圳市區(qū)。西側(cè)及北側(cè)為剝蝕殘丘與各大壩
相連，迎水坡殘坡積層和全風(fēng)化層有一定厚度，多為弱
透水。設(shè)計(jì)預(yù)測滲漏量有限，其防滲處理將與壩基和
繞壩防滲處理相結(jié)合，庫岸邊坡穩(wěn)定性好，尚未發(fā)現(xiàn)坍
塌或崩落危險(xiǎn)邊坡，水庫淤積輕微，庫區(qū)的工程地質(zhì)條
件較好。水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為１００ ａ 一遇，校核洪水
標(biāo)準(zhǔn)為５ ０００ ａ 一遇。水庫的調(diào)蓄作用顯著。
２　公明水庫大壩群工程風(fēng)險(xiǎn)分析
２．１　風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)
結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況和具體特點(diǎn)，抓住其主要風(fēng)
險(xiǎn)因素進(jìn)行分析。其中，主要的影響因素包括：①漫壩
風(fēng)險(xiǎn)；②壩體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)；③管涌、流土、裂縫風(fēng)險(xiǎn)；④引
水系統(tǒng)失事風(fēng)險(xiǎn)；⑤其他形式失事風(fēng)險(xiǎn)；⑥輸泄水建筑
物中出現(xiàn)裂縫、滲漏、閥門故障、水利不確定性。
２．２　可能失事模式和概率
本文采用目前國外較為盛行的“允許風(fēng)險(xiǎn)分析方
法”。對(duì)于土石壩潰壩形式的失事風(fēng)險(xiǎn)，其失事概率
Pf 可以通過建立L －R 作用抗力模型進(jìn)行求解。而失
事?lián)p失c 是指由于它的失效所導(dǎo)致的期望經(jīng)濟(jì)損失。
漫壩風(fēng)險(xiǎn)損失可以宏觀地表示為土石壩受破壞后壩本
身的經(jīng)濟(jì)損失和因壩失事而殃及其他機(jī)構(gòu)以及由于垮
壩帶來的下游的相應(yīng)損失。這樣，漫壩總損失可用一
個(gè)經(jīng)濟(jì)損失量C 來表示：C ＝KCm。式中，K 為損失潛
力的度量值，用于描述垮壩引起的、出去本身的損失。
對(duì)于人口多少、重要程度的不同，K 值可?。?～１００
不等。
查看１９５４ ～２０００ 年的統(tǒng)計(jì)資料［９］ ，可以了解到我
國主要潰壩原因及其所占比例、潰壩率和我國水庫大
壩非潰壩事故統(tǒng)計(jì)。上述歷史資料可以用于某一事件
出現(xiàn)的概率的估計(jì)。
結(jié)合公明供水調(diào)蓄工程水庫大壩所面臨的實(shí)際情
況，總結(jié)該水庫可能的潰壩模式如表１ 所示。
采用專家經(jīng)驗(yàn)法來定量確定潰壩模式中各環(huán)節(jié)發(fā)
生概率，把專家對(duì)某一事件可能出現(xiàn)的定性判斷轉(zhuǎn)化
為出現(xiàn)的定量概率。結(jié)合我國具體情況和國外使用的
經(jīng)驗(yàn)，可以采用如表２ 所示的事件發(fā)生的定性描述到
概率間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
從總結(jié)出的可能破壞途徑和模式看，要判斷潰決
事件發(fā)生的概率，主要牽涉到表３ 中的１０ 個(gè)主要環(huán)節(jié)
發(fā)生的可能性。上述各主要環(huán)節(jié)發(fā)生的概率可根據(jù)客
觀實(shí)際情況和設(shè)計(jì)方案確定，在評(píng)價(jià)表中，可以定性地
分為５ 級(jí)（如表２），每級(jí)概率在一定范圍內(nèi)變化，專家
可根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)賦分。應(yīng)該指出這是一種較近似的
方法。
參照以上方法進(jìn)行試分析，公明供水調(diào)蓄工程水
庫大壩的風(fēng)險(xiǎn)（以主壩４ 號(hào)壩為例），得出成果如表４。
２
黃　凌，等：基于ＦＬＤＷＡＶ 潰壩模型的公明水庫失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)２０１３ 年１１ 月
表１　公明供水調(diào)蓄工程失事或潰決模式分析表
起始條件建筑物破壞模式原因機(jī)理可能引發(fā)事件
非汛期
正常運(yùn)行
大壩下游坡滑坡強(qiáng)度下降浸潤線上升壩頂降低，滲徑縮短
大壩壩體
滲流破壞內(nèi)部沖蝕管涌、反濾失效管涌型潰壩
裂縫破壞施工質(zhì)量較差管涌引起滲流、管涌乃至潰壩
大壩壩基滲流破壞
接觸面沖刷
基礎(chǔ)裂隙沖蝕
接觸面抗?jié)B坡降低
管涌型潰壩
滲流量增加導(dǎo)致管涌型潰壩
溢洪道
裂縫破壞施工質(zhì)量較差
岸坡滑塌防滑強(qiáng)度下降
大壩形成潰口
庫水大量下泄，潰口逐
步擴(kuò)大，最終形成垮壩
放水洞滲流破壞
洞身斷裂或沿接
觸面管涌流土
接觸面抗?jié)B坡降低管涌型潰壩
汛期高
水位非
常運(yùn)行
大壩
漫頂大洪水超高不足潰壩
滑坡降雨下游坡飽和壩頂降低，漫壩潰決
滲流破壞
內(nèi)部沖刷高水位下管涌、無反濾保護(hù)管涌型潰壩
接觸面沖刷管涌型潰壩
基礎(chǔ)裂隙沖蝕接觸面抗?jié)B坡降低滲流量增加，導(dǎo)致管涌型潰壩
壩腳淘刷下泄水流淘刷下游壩坡失穩(wěn)，發(fā)展為漫頂
溢洪道
沖毀破壞設(shè)計(jì)不周、施工質(zhì)量差泄洪能力不足庫水位逼高漫頂
岸坡滑塌防滑強(qiáng)度下降大壩形成潰口
庫水大量下泄，潰口逐步擴(kuò)大，
最終形成垮壩
放水洞
滲流破壞
洞身斷裂或沿接
觸面管涌流土
形成管涌管涌型潰壩
洞口堵塞洞口淤積
閘門失效控制系統(tǒng)失靈
泄洪能力不足
漫頂潰壩
漫頂潰壩
調(diào)度管理不當(dāng)漫頂泄洪不及時(shí)漫頂潰壩
地震
大壩
漫頂
沉降超高不足
上游坡破壞（液化） 強(qiáng)度下降
下游坡破壞（液化） 強(qiáng)度下降
滑坡引起涌浪超高不足
漫頂潰壩
管涌
沉降和裂縫管涌
上游坡破壞
下游坡破壞接觸面抗?jié)B能力降低
基礎(chǔ)接觸面存在裂隙
管涌型潰壩
溢洪道結(jié)構(gòu)破壞
剪切破壞，斷面
不足，強(qiáng)度不夠
洪水不能安全下泄，
形成潰口
潰口逐步擴(kuò)大，沖刷下
游坡腳，最終形成垮壩
放水洞
閘門破壞機(jī)械裝置失靈水位超過壩頂高程漫頂潰壩
管涌
涵洞裂縫引起洞身滲漏
接觸面材料沖刷
邊坡破壞沿破壞區(qū)滲漏
形成管涌管涌型潰壩
３
水電與新能源２０１３ 年第６ 期
表２　公明供水調(diào)蓄工程水庫大壩破壞事件定性描述和概率對(duì)應(yīng)表
定性描述相應(yīng)概率判斷依據(jù)
事件不會(huì)發(fā)生１０ －６ ～１０ －４
事件基本不會(huì)發(fā)生１０ －４ ～１０ －２
事件可能發(fā)生１０ －２ ～１０ －１
事件很可能發(fā)生 ０．１ ～０．５ 事件肯定發(fā)生 ０．７ ～１ 針對(duì)不同事件，根據(jù)
歷史資料和大壩安
全分析結(jié)果，并結(jié)合
水庫大壩安全管理
和設(shè)計(jì)方案給出
表３　與潰壩事件發(fā)生有關(guān)的１０ 個(gè)主要環(huán)節(jié)
編號(hào)環(huán)節(jié)編號(hào)環(huán)節(jié)
１ 閘門失效 ６ 大壩滲流破壞 ２ 洪水漫頂 ７ 壩下埋管滲流破壞 ３ 洪水不能安全下泄 ８ 大壩裂縫 ４ 壩基滲流破壞 ９ 溢洪道破壞 ５ 大壩滑動(dòng) １０ 人工干預(yù)搶險(xiǎn)失敗 表４?。?號(hào)壩各風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)致潰壩事件發(fā)生的概率
風(fēng)險(xiǎn)因素
庫水位
／ｍ
該水位出現(xiàn)
的概率
該風(fēng)險(xiǎn)因素
出現(xiàn)的概率
出現(xiàn)該風(fēng)險(xiǎn)因素
破壞的概率
搶險(xiǎn)不成
功的概率
潰壩的概率
大壩漫頂 ６０．５８ ０．０００ ２ ０．０３８ １．０００ １．０００ ７．６００ ×１０ －６ 壩體滑坡 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．１７０ ０．０２８ ０．１２０ １．１４２ ×１０ －７ 壩體滲漏 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．０５０ ０．０１５ ０．０９０ １．３５０ ×１０ －８ 壩腳淘刷 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．２１０ ０．０２２ ０．１５０ １．３８６ ×１０ －７ 溢洪道沖毀 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．０７０ ０．６００ ０．６００ ５．０４０ ×１０ －６ 溢洪道岸坡滑塌 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．０１０ ０．６００ ０．５８０ ６．９６０ ×１０ －７ 放水洞滲流 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．０７６ ０．００９ ０．１００ １．３３８ ×１０ －８ 放水洞洞口堵塞 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．０２０ ０．０４５ ０．１１０ １．９８０ ×１０ －８ 放水洞閘門失效 ６０．２５ ０．０００ ２ ０．００１ ０．０２０ ０．０７０ １．４００ ×１０ －８ 調(diào)度管理不當(dāng) ６０．２５ ０．０００ ２ ０．００１ ０．０８７ ０．０２７ ４．６９８ ×１０ －１０ 總潰壩概率 １．３６５ ×１０ －５ 　　由表４ 可見，大壩漫頂和溢洪道放水洞缺陷堵塞
等是主要的風(fēng)險(xiǎn)因素，應(yīng)當(dāng)特別予以關(guān)注。同樣，我們
可以得到１、２、３、５、６ 號(hào)壩在上述３ 種情況下的潰壩概
率如表５ 所示。
表５　公明供水調(diào)蓄工程大壩失事概率
壩號(hào) １ ２ ３ ５ ６ 概率 １．２０９ ×１０ －５ １．７０３ ×１０ －５ １．４２９ ×１０ －５ １．９７７ ×１０ －５ １．５８３ ×１０ －５ 　　由表５ 可見，公明供水調(diào)蓄工程６ 個(gè)大壩，其中，５
號(hào)壩危險(xiǎn)性相對(duì)較高，后面依次是２、６、３、４、１ 號(hào)壩。
應(yīng)該指出：以上失事概率未考慮設(shè)計(jì)和施工中出現(xiàn)的
質(zhì)量問題和變化，故只能作為參考。
２．３　失事對(duì)下游的影響及評(píng)價(jià)
失事及其影響分析是針對(duì)某一失事模式和某一洪
水位下進(jìn)行洪水及其演進(jìn)計(jì)算，獲得潰口流量和水位
過程線，以及沿程各處的流量、水位、流速、洪峰到達(dá)時(shí)
間等，從而確定潰壩影響范圍，是評(píng)價(jià)失事后果的基礎(chǔ)
性工作。土石壩的失事多半是逐步發(fā)展的，而且隨不
同材料、不同壩料組合及不同的填筑質(zhì)量，潰決過程也
不一樣。研究圍繞潰口的部位和形狀、潰口的沖刷和
發(fā)展及數(shù)學(xué)模型的建立，目前已有較為簡化的計(jì)算方
法，可供不同階段不同壩型計(jì)算采用。本研究采用簡
化計(jì)算法，壩址處的最大潰壩流量Qｍ 為［３］
Qｍ ＝２．５KFV０．７６ H０．１ （１）
Vｍ ＝Qｍ ／A （２）
式中：Qｍ 為最大潰壩流量，ｍ３ ／ｓ；F 為簡化評(píng)估特征參
數(shù)，F(xiàn) ＝１．３；V 為下泄水的總體積，１０６ Ｌ；H 為最大水
深，ｍ；K 為調(diào)整系數(shù)；Vｍ 為最大流速，A 為最大流速的
過水面積。
在獲得壩址處最大流量、流速及水深后，便可利用
相應(yīng)的失事洪水演進(jìn)模型進(jìn)行失事洪水演進(jìn)分析。美
國國家氣象局開發(fā)的ＦＬＤＷＡＶ［４］ 模型以圣維南一維
非恒定流方程與一系列的內(nèi)邊界條件的隱式有限差分
４
黃　凌，等：基于ＦＬＤＷＡＶ 潰壩模型的公明水庫失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)２０１３ 年１１ 月
法為依據(jù)，用于模擬各種不同形式的水工建筑物所控
制的非恒定流。ＦＬＤＷＡＶ 模型特殊模擬的性能包括：
隨時(shí)間變化的堤壩潰決、堤防漫頂和開裂；隨時(shí)間變化
的閘控出流、各式溢洪道泄流、擋潮翻板閘門、單獨(dú)的
滯洪區(qū)，以及與河道相連或與鄰近蓄洪池相連的泛洪
區(qū)蓄洪池在輸水時(shí)的自由出流或淹沒出流。ＦＬＤＷＡＶ
可廣泛用于各種非恒定流中，包括實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)、管涌
失事和可能最大洪水漫頂引起的堤壩潰決分析，河道
整治設(shè)計(jì)、洪水保險(xiǎn)研究時(shí)的洪泛區(qū)繪圖、泥石流淹沒
繪圖以及幕雨排水的設(shè)計(jì)。本研究采用ＦＬＤＷＡＶ 進(jìn)
行公明供水調(diào)蓄工程大壩失事洪水演進(jìn)分析，確定失
事洪水的演進(jìn)特性、過程和淹沒范圍。由于公明供水
調(diào)蓄工程水庫下游人口及經(jīng)濟(jì)資料目前還比較少，只
能根據(jù)這些資料對(duì)６ 個(gè)大壩的潰決后果作一個(gè)大概估
計(jì)，給出各壩潰壩后果綜合系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)值。
１、２ 號(hào)壩如果發(fā)生潰決，洪水將從南方的泄水路
線匯入茅州河，下游淹沒損失相對(duì)較小，３、４、５、６ 號(hào)壩
如果發(fā)生潰決，洪水將從北方的泄水路線匯入茅州河，
下游淹沒損失相對(duì)較大，１、３、６ 號(hào)壩都比較小，發(fā)生潰
壩時(shí)下泄洪水量也相對(duì)較小，經(jīng)分析，１ 號(hào)壩潰壩后果
綜合系數(shù)L 和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最小，以１ 號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)，將其潰壩
后果綜合系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)設(shè)為１，其他大壩的潰壩后
果綜合系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)比較１ 號(hào)壩給出相對(duì)值。具體
數(shù)據(jù)如表６ 和７ 所示。
表６　公明供水調(diào)蓄工程水庫各壩潰壩后果綜合系數(shù)L 相對(duì)值
壩號(hào) １ ２ ３ ４ ５ ６ L 相對(duì)值 １．００ １．７２ １．４３ ２．３２ ２．１６ １．４１ 表７　公明供水調(diào)蓄工程水庫各壩風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R 相對(duì)值
壩號(hào) １ ２ ３ ４ ５ ６ R 相對(duì)值 １．０００ ２．４２３ １．６９０ ２．６１９ ３．５３２ １．８４６ 　　由表５、表６ 可見，５ 號(hào)大壩的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大，雖然
５ 號(hào)壩的潰壩后果綜合系數(shù)較４ 號(hào)壩為低，但其潰壩
概率較高，故其風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大，其設(shè)計(jì)及施工應(yīng)予以注
意；４ 號(hào)壩風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排第二，其潰壩后果綜合系數(shù)最
高，說明４ 號(hào)壩一旦潰決，造成的下游損失最為嚴(yán)重，
其設(shè)計(jì)及施工也應(yīng)予以注意；２ 號(hào)壩潰壩后果綜合系
數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于中游，同樣應(yīng)受到關(guān)注。此外，１、３、
６ 號(hào)壩風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，主要是由于其工程規(guī)模較小，潰
壩下泄量較小。故在工程設(shè)計(jì)和施工過程中要多關(guān)注
２、４、５ 號(hào)壩，特別是４、５ 號(hào)壩的風(fēng)險(xiǎn)因素，加強(qiáng)預(yù)防管
理，避免工程建成后出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事故。
３　結(jié)　語
鑒于公明水庫工程特殊情況：①水庫由６ 座大壩
和中間相連的山丘組成，總長愈４ ｋｍ；②水庫較大而
集雨面積較小，點(diǎn)暴雨形成的入庫洪峰、洪量有待進(jìn)一
步論證落實(shí)，考慮超標(biāo)準(zhǔn)洪水或其他有效措施。本文
充分運(yùn)用大壩失事概率分析和在大壩失事所造成的下
游經(jīng)濟(jì)損失、生命損失估算基礎(chǔ)上的風(fēng)險(xiǎn)概念，通過對(duì)
工程大壩進(jìn)行深入的風(fēng)險(xiǎn)分析研究，采用專家經(jīng)驗(yàn)法
定量確定了風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率，采用美國國家氣象
局（ＮＷＳ）開發(fā)的ＦＬＤＷＡＶ 潰壩模型進(jìn)行了工程失事
洪水演進(jìn)分析，確定了潰壩影響范圍以及失事后果，同
時(shí)考慮到不同量級(jí)的出庫、入庫洪峰和工程的諸多不
確定性、事件的突發(fā)性和隨機(jī)性，對(duì)此工程的風(fēng)險(xiǎn)分析
作出了評(píng)價(jià)，對(duì)大壩及泄洪泄水建筑物的型式、位置、
大小等進(jìn)行綜合分析論證，提出針對(duì)性地預(yù)防災(zāi)害的
發(fā)生和減少潰壩帶來的損失的抑制、轉(zhuǎn)移措施，力求使
抑制風(fēng)險(xiǎn)的各種對(duì)策及時(shí)地一一付諸實(shí)施，優(yōu)化了工
程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)提高大壩安全運(yùn)行保證率有重大的
意義?？梢詾槠渌愃魄闆r的大壩群工程風(fēng)險(xiǎn)分析研
究工作提供參考借鑒。
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