土石坝病险识别及溃坝风险分析关键技术研究

摘要

土石坝在国民经济和社会发展中发挥着非常重要的作用，一旦失事将会造成下游人民生命财产和社会生态环境的巨大损失。我国的病险土石坝数量众多，补强修复和除险加固作为新时期我国坝工领域中一项重要工作和长期任务，对保障我国大坝工程服役安全、充分发挥工程效益、进一步延长水库大坝服役周期等具有极其重要的意义。本文着重于土石坝病害诊断及除险加固决策问题，充分依据历史统计资料及分析成果，遵循“病险辨识-风险评估-加固决策”的思路，开展了土石坝风险评估及风险管理等方法研究，在此基础上，考虑大坝复杂系统存在着大量不确定性因素的特性，探讨了病险土石坝除险加固多目标决策模型和优化算法。主要研究内容和成果如下： (1)在查阅国内外土石坝溃坝失事统计资料的基础上，分析了引起土石坝溃决事故和非溃坝性事故的类型及原因，分类讨论了土石坝常见的破坏形式及失事模式的类型及特点，对土石坝典型溃坝模式及溃坝路径进行了挖掘。从模式识别理论出发，采用定性分析和定量判别的方法对土石坝存在的病险因素进行识别，建立一种可同时确定目标权重与目标相对隶属度的多因素模糊模式识别算法，在一定程度上降低了主观随意性和对样本的依赖性，能够较为客观的反映土石坝病险程度，为制定相应的处理建议及加固措施提供客观依据。 (2)在风险分析理论的基础上，针对土石坝失事的三种典型模式，研究了各个模式失事风险度的计算方法，采用蒙特卡罗法实现了土石坝溃坝风险的量化计算，并尝试探讨了风险度的评判标准。依据我国国情，运用模糊集理论与层次分析法，结合专家评判，建立了适合我国的土石坝溃坝洪灾生命损失、经济损失和社会环境影响的失事后果综合评价模型，并给出了评价步骤。 (3)考虑除险加固工程中大量确定和不确定性因素的相互影响，建立了基于Vague集的病险土石坝除险加固多目标方案决策模型。在全面分析各项决策影响因素的基础上，经过指标筛选构建了包含6项二级指标和23项三级指标的除险加固方案决策指标体系。引入Vague集理论，采用主客观综合赋权法求取决策指标权重，将理想解法决策理论扩展到Vague环境，给出了正负理想解的确定方法及各除险加固备选方案与理想解的综合贴近度，充分兼顾模型的多样性和收敛性，开展病险土石坝除险加固方案决策寻优方法研究，并通过工程实例探讨了相应的实现过程和步骤。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国外的研究现状与发展

1.2.1 大坝风险分析研究现状

1.2.2 大坝病害识别研究

1.2.3 溃坝损失评估研究现状

1.2.4 大坝风险决策研究现状

1.3 问题的提出

1.4 研究的主要内容和创新点

2 土石坝病害识别及溃坝模式分析

2.1 我国已发生的溃坝情况统计分析

2.2.1 溃坝失事类型及原因

2.2.2 病险事故类型及原因

2.3 土石坝病险识别

2.3.1 病险机理定性分析

2.3.2 基于模糊模式识别的定量判别

2.4 溃坝模式分析

2.5 实例分析

2.6 本章小结

3 溃坝风险分析理论

3.1 风险分析基本理论

3.1.1 风险的概念与基本特征

3.1.2 风险分析的主要内容

3.1.3 风险计算的方法

3.2 风险估计

3.2.1 溃坝概率估算

3.2.2 溃坝后果估算

3.2.3 流域梯级水库溃坝风险分析

3.3 溃坝风险综合评价

3.3.1 层次分析法

3.3.2 模糊综合评价

3.3.3 基于熵权理论的多层次模糊综合评价模型

3.4 实例分析

3.5 本章小结

4 土石坝风险分析及溃坝后果综合评价

4.1 风险度计算理论与方法

4.1.1 土石坝风险率计算的基本原理

4.1.2 基于蒙特卡罗法的风险率计算原理和步骤

4.2.1 洪水漫顶风险计算模型

4.2.2 坝坡失稳风险计算模型

4.2.3 渗透破坏风险计算模型

4.2.4 土石坝综合风险

4.2.5 土石坝风险度评判准则

4.3 失事后果综合评价

4.4.1 基本资料

4.4.2 溃坝风险计算

4.4.3 溃坝后果综合评价

4.5 本章小结

5 土石坝除险加固多目标决策模型和实现方法

5.1 除险加固多目标决策指标体系的构建

5.1.1 多目标决策指标体系构建原则

5.1.2 多目标决策指标体系构建步骤

5.1.3 决策影响因素分析

5.2.1 指标选取

5.2.2 权重确定

5.3 基于Vague集的病险土石坝除险加固决策模型

5.3.1 Vague集多属性决策问题

5.3.2 矩阵规范化

5.3.3 理想解法基本原理

5.3.4 距离测度

5.3.5 正负理想解贴近度

5.4.1 工程概况

5.4.2 水库现状

5.4.3 除险加固方案拟定

5.4.4 除险加固方案决策

5.4.5 主客观综合权重计算

5.4.6 多目标加固方案决策

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

致谢