□ 魏 寧

事故與風(fēng)險(xiǎn)的不確定性聯(lián)系緊密。從理論上說，風(fēng)險(xiǎn)主要有三個(gè)因素組成：事件發(fā)生的狀態(tài)、發(fā)生的概率（可能性）以及發(fā)生的后果。水利工程風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)該從系統(tǒng)理論出發(fā)，研究經(jīng)濟(jì)投入情況、水利工程系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)以及可能給人、物、環(huán)境等帶來的傷害和損失。國(guó)外一些國(guó)家，把風(fēng)險(xiǎn)定義為事件發(fā)生的概率和所導(dǎo)致的后果的乘積，也就是期望損失，最后將為提高系統(tǒng)的安全性而投入的經(jīng)濟(jì)和為降低期望損失進(jìn)行比較分析。但是在我國(guó)，由于其他一些原因，我們一般把風(fēng)險(xiǎn)稱為風(fēng)險(xiǎn)率，也就是所說的系統(tǒng)失效所產(chǎn)生損失的概率。最近幾年，水利工程安全人員開始著手研究許多水利工程失事后果，但最后基本都沒有與風(fēng)險(xiǎn)率相結(jié)合，并且許多評(píng)價(jià)模型都是借鑒國(guó)外成果，沒有形成自己的評(píng)價(jià)體系。本文主要基于水利工程風(fēng)險(xiǎn)，從風(fēng)險(xiǎn)率的角度對(duì)國(guó)內(nèi)外的水利工程風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行綜述。

自從20世紀(jì)70年代以來， 國(guó)外有學(xué)者開始論證分析了水利系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)性，并把風(fēng)險(xiǎn)分析方法在大壩、水庫(kù)、堤防等水利工程中進(jìn)行了應(yīng)用和推廣，取得了很好的效果。到目前為止，對(duì)水利工程進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)分析已經(jīng)從定性分析發(fā)展到了定量分析。通過調(diào)查分析資料，以主觀估計(jì)的方法確定數(shù)據(jù)閥值，然后利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、層次分析方法等數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理和風(fēng)險(xiǎn)分析。從水利工程的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，本人認(rèn)為可以將這些方法分為兩種，即單一風(fēng)險(xiǎn)分析和綜合風(fēng)險(xiǎn)分析。

一、單一風(fēng)險(xiǎn)分析

單一風(fēng)險(xiǎn)分析最重要的一點(diǎn)是考慮水利工程系統(tǒng)的不確定性，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，應(yīng)用范圍很廣，研究的也很成熟，已經(jīng)從以前的蒙特卡羅法(MC)、直接積分法等發(fā)展到了目前的均值改進(jìn)一次二階矩法、JC法、二次二階矩法等多種方法。

（一）直接積分法

直接積分法，主要是在確定工程的概率密度和概率關(guān)系，然后建立功能函數(shù)，最后進(jìn)行解析計(jì)算和數(shù)值積分計(jì)算，求出風(fēng)險(xiǎn)值。例如吳興征提出的堤防的水位荷載和承載土體的概率密度，其在數(shù)值積分的基礎(chǔ)上又建立了失穩(wěn)模型，最后計(jì)算出了結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)； Vrijling提出了大壩失穩(wěn)機(jī)理，利用積分的方法分別算出了漫頂和溢流的概率風(fēng)險(xiǎn)。這種方法理論性強(qiáng)，并且當(dāng)概率密度呈線性分布、影響因素少時(shí)，這種方法簡(jiǎn)單有效。但是，如果因素很多，那么找出概率密度就非常困難，即使能找到，求出解析解也非常困難，所以，直接積分法在運(yùn)用時(shí)會(huì)遇到很多限制。

（二）MC法

由于水利工程的荷載計(jì)算很復(fù)雜，找出概率密度也很復(fù)雜，所以求出解析解更是困難，正是這些原因，運(yùn)用MC法來統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)率，這樣可以直接處理其不確定性。MC法應(yīng)用非常廣泛，例如Hiei就是采用MC法分析了不同類型的電力工程擴(kuò)建過程中的風(fēng)險(xiǎn)；高波采用MC法計(jì)算了水庫(kù)調(diào)洪過程中的風(fēng)險(xiǎn)率；徐衛(wèi)亞分析了堤防失穩(wěn)條件概率的計(jì)算方法，還采用MC法算出了超標(biāo)洪水下堤防失事風(fēng)險(xiǎn)率等。

（三）FOSM法

FOSM法不需要計(jì)算概率分布，僅僅需要計(jì)算平均值和方差值，然后采用泰勒公式將風(fēng)險(xiǎn)變量展開，進(jìn)行線性化處理，最后利用迭代法求解，確定風(fēng)險(xiǎn)率。當(dāng)變量近似于正態(tài)分布時(shí)，按照不同的線性化點(diǎn)不同，又分為AFOSM法和MFOSM法。

除以上的方法外，單一風(fēng)險(xiǎn)分析還有其他一些方法，例如回歸法、重現(xiàn)期法、Bayer法、隨機(jī)有限元法等。從理論上來講，這些都是概率估計(jì)方法，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度主要取決于資料的準(zhǔn)確性，也歸因于基礎(chǔ)理論。例如Bay法，雖然理論基礎(chǔ)很完善，計(jì)算概率條件很難，工作量也很大。

二、綜合風(fēng)險(xiǎn)分析

從系統(tǒng)理論來看，水利工程本身就有很多不確定性，并且涉及的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、工程技術(shù)等都存在隨機(jī)性、灰色模糊性，那么運(yùn)用綜合的風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行定量分析就顯得十分困難，更難實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)衡和決策。

從數(shù)學(xué)的角度來說，綜合風(fēng)險(xiǎn)分析其實(shí)就是映射，把一些無(wú)序數(shù)據(jù)映射成有序數(shù)據(jù)，然后實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化。首先先對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行量綱化一，把一些無(wú)序的、不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)指標(biāo)映射成一個(gè)有序的、統(tǒng)一的空間上去，然后通過綜合分析方法，將單個(gè)指標(biāo)化為綜合指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的比較分析。

所以，綜合風(fēng)險(xiǎn)分析一般有這么幾步，首先確定評(píng)價(jià)對(duì)象，然后選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，再對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行極差變換、線性比例變換，主要是對(duì)其進(jìn)行量綱一化處理，最后確定權(quán)重系數(shù)，建立評(píng)價(jià)模型，得出綜合評(píng)價(jià)值。

（一）AHP法

AHP法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單、靈活、精度較高，是水利工程進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)分析中最常用的方法。當(dāng)這些權(quán)重確定后，將那些對(duì)比分析得到每個(gè)因素的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)相乘，得到一層的綜合評(píng)價(jià)值，然后逐步綜合即得到系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)。

AHP法綜合考慮了系統(tǒng)的影響因素，把主觀判斷進(jìn)行量化，同時(shí)計(jì)算不易定量和可定量的因素，把評(píng)價(jià)指標(biāo)也進(jìn)行了細(xì)化，辨別、篩選評(píng)判的合理性。另外，對(duì)那些非定量事件也做定量分析，客觀分析主觀判斷，通過以往的經(jīng)驗(yàn)來確定風(fēng)險(xiǎn)，在這方面有一定的失客觀性，會(huì)使判斷結(jié)果不一致，所以一般用于作風(fēng)險(xiǎn)分析的比較、模糊、參考、灰色分析法改進(jìn)的時(shí)候使用。AHP法還用于分析堤防失事模式，有時(shí)會(huì)結(jié)合AFOSM法來應(yīng)對(duì)。金菊良將城市防洪規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)分解為由許多自然技術(shù)指標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)組成的多目標(biāo)決策系統(tǒng)，研究了評(píng)價(jià)模型的建模過程。針對(duì)AHP中判斷矩陣中的一致性，從判斷矩陣的定義進(jìn)行研究，最后提出了加速遺傳算法，主要用來判斷矩陣一致性 ( AGA——AHP)等。

（二）模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法有很多不確定性，例如隨機(jī)不確定性，并且水利工程風(fēng)險(xiǎn)本身就存在大量的模糊因素，所以我們很難用數(shù)值對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行定量化，只能給出風(fēng)險(xiǎn)的大小程度。在實(shí)際應(yīng)用過程中，如果不考慮這些模糊性，那么計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)很大的誤差，甚至錯(cuò)誤。模糊綜合評(píng)價(jià)法就是把這些風(fēng)險(xiǎn)因素當(dāng)做模糊變量，應(yīng)用模糊集理論建立風(fēng)險(xiǎn)因子的隸屬函數(shù)，將文字性描述轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)描述，運(yùn)用模糊關(guān)系運(yùn)算對(duì)這些因素進(jìn)行計(jì)算量化，彌補(bǔ)了上述方法的不足。

（三）灰色綜合評(píng)價(jià)法

灰色綜合評(píng)價(jià)法是考慮了水利工程除隨機(jī)、模糊不確定性以外，還會(huì)存在資料不全，或者數(shù)據(jù)本身不準(zhǔn)確，例如數(shù)據(jù)誤差、資料數(shù)量等不準(zhǔn)確。信息的部分未知，就是灰色不確定性?；疑C合評(píng)價(jià)法主要是用于水利工程中模糊數(shù)學(xué)、隨機(jī)方法所不能解決的問題而進(jìn)行的計(jì)算分析，并為其提供利用貧信息來計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)的途徑。其主要的特點(diǎn)為“少數(shù)據(jù)建?！?，采用數(shù)據(jù)生成的方法，將那些無(wú)序的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，變成有規(guī)律的數(shù)據(jù)，以尋求現(xiàn)實(shí)規(guī)律。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文從水利工程風(fēng)險(xiǎn)分析的研究現(xiàn)狀出發(fā)，詳細(xì)分析了單一風(fēng)險(xiǎn)分析和綜合風(fēng)險(xiǎn)分析方法，從中可以看出，水利工程系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析無(wú)論是從理論上還是從計(jì)算和方法上都已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，從定性發(fā)展為定量，從主觀判斷實(shí)現(xiàn)了客觀分析，更全面地考慮了水利工程風(fēng)險(xiǎn)的不確定性。統(tǒng)觀文中所評(píng)述的水利工程單一和綜合風(fēng)險(xiǎn)分析方法，除了針對(duì)各方法進(jìn)行改進(jìn)外，還存在一些不足，例如對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析，沒有結(jié)合失事結(jié)果進(jìn)行深入的分析；分析側(cè)重于某一方面的分析，沒有將各種風(fēng)險(xiǎn)真正綜合到水利工程系統(tǒng)中去。