姚 虞，鄭聲安，張國(guó)新

(1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

0 引 言

水電站大壩一旦失事，潰壩洪水可能對(duì)下游和兩岸造成巨大破壞。對(duì)于流域水電站群，由于各水電站大壩壩型、防洪標(biāo)準(zhǔn)、抗風(fēng)險(xiǎn)能力和庫(kù)容不一，若其中1座大壩失事，極有可能導(dǎo)致下游大壩連潰，造成巨大損失和嚴(yán)重社會(huì)影響。1975年8月，我國(guó)河南省特大洪水導(dǎo)致板橋、石漫灘等數(shù)10座水庫(kù)潰壩，造成河南省29個(gè)縣市、1 100萬人受災(zāi)，傷亡慘重[1]。因此，在進(jìn)行流域水電站群的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，有必要在流域?qū)用婢C合考慮風(fēng)險(xiǎn)和效益2個(gè)方面的因素。

對(duì)于水電站的風(fēng)險(xiǎn)防控，許多國(guó)家和地區(qū)在上世紀(jì)已制定了相關(guān)的法規(guī)政策，包括美國(guó)、英國(guó)[2-3]、澳大利亞、西班牙[4]等。2004年～2007年，以Ignacio Escuder Bueno博士作為主要研究者，西班牙國(guó)家科學(xué)研究計(jì)劃開展了“風(fēng)險(xiǎn)分析程序在水庫(kù)大壩安全管理、保護(hù)、運(yùn)行和維修中的應(yīng)用”研究[5]。2012年，西班牙大壩委員會(huì)在研究國(guó)內(nèi)外大壩風(fēng)險(xiǎn)分析和管理理論的基礎(chǔ)上，開展了“水庫(kù)大壩運(yùn)行技術(shù)指南”的研究，并將風(fēng)險(xiǎn)分析方法應(yīng)用于大壩安全管理中，開發(fā)了iPresas大壩風(fēng)險(xiǎn)分析系列軟件[5]。

我國(guó)在大壩風(fēng)險(xiǎn)分析與管理方面起步較晚，過去對(duì)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)主要依照設(shè)計(jì)規(guī)范分別對(duì)抗滑穩(wěn)定、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、滲流穩(wěn)定以及抗裂、防洪等因素分項(xiàng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)分析。2006年，李雷等[6]通過引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的大壩風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)，并針對(duì)我國(guó)的實(shí)際國(guó)情，從水庫(kù)大壩的破壞概率和潰決模式、潰壩對(duì)下游的影響及評(píng)價(jià)、大壩風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)、水庫(kù)大壩風(fēng)險(xiǎn)管理等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并通過工程實(shí)例進(jìn)行了分析驗(yàn)證。2008年，王志軍[7]分析了大壩風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容與程序，得出了大壩風(fēng)險(xiǎn)分析的框架結(jié)構(gòu)。2010年，杜效鵠、周建平[8]在考慮各行業(yè)生命風(fēng)險(xiǎn)損失標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，初步探討了生命風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定的影響因素，提出我國(guó)水電站大壩統(tǒng)一的生命個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。2011年，王昭升、盛金保[9]針對(duì)現(xiàn)行大壩安全評(píng)價(jià)體系中存在的不足，建議開展水庫(kù)大壩的安全鑒定工作，形成業(yè)主、政府、公眾互相監(jiān)督制約的機(jī)制。2015年，周興波等[10]闡述了可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)確定的基本原則和方法，在國(guó)內(nèi)外潰壩統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，采用以年計(jì)的失效概率，提出我國(guó)大壩可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的建議值。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者積極開展關(guān)于大壩風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究[11-15]，并已開始對(duì)流域梯級(jí)水電站群風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行研究[16-17]。

目前，對(duì)于水電站風(fēng)險(xiǎn)防控主要還是針對(duì)單個(gè)水電站，還沒有形成公認(rèn)的流域?qū)用娴娘L(fēng)險(xiǎn)定量分析理論[3，18-21]。因此，對(duì)于流域水電站群的風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)研究以及在此基礎(chǔ)上的流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃研究具有重要意義。為此，本文基于流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)價(jià)理論，進(jìn)一步給出流域水電站群的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃理論，提出針對(duì)梯級(jí)水電站群的概化數(shù)學(xué)模型，并對(duì)大渡河梯級(jí)水電站群進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃分析。

1 流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.1 單個(gè)水電站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)的大小由事故發(fā)生的概率和事故后果共同決定[22]。對(duì)水電站而言，事故的后果包括生命損失、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境損失等，可以用向量表達(dá)為

c=(c1c2c3…)

(1)

式中，c為事故后果向量；c1、c2、c3分別為生命損失、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境損失?？梢砸阅撤N方式定義事故后果向量c的范數(shù)，即

(2)

式中，c為事故后果向量的范數(shù)，即用1個(gè)標(biāo)量描述事故后果的大小。

1個(gè)水電站可以發(fā)生大小不同的事故。從事故法則等統(tǒng)計(jì)規(guī)律來看[22]，可以認(rèn)為事故發(fā)生的概率與事故的后果的大小存在相關(guān)性，設(shè)其事故后果概率密度曲線為

p=p(c)

(3)

式中，p為發(fā)生事故后果的概率密度。將水電站的風(fēng)險(xiǎn)R定義為

(4)

為了方便計(jì)算，可將式(4)進(jìn)行離散。離散的方法是將事故后果分級(jí)，這也與分級(jí)防控理念相吻合。將事故后果按大小分為n級(jí)，則式(4)可寫為

(5)

式中，c0為不發(fā)生事故的事故后果大小，取0。

1.2 流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

對(duì)于流域里的所有水電站，每個(gè)水電站都可能發(fā)生不同等級(jí)的事故，對(duì)于1個(gè)有m個(gè)水電站的流域，構(gòu)成1個(gè)流域事故矩陣S，即

S={Si，j}m×(n+1)

(6)

式中，Si，j表示第i個(gè)電站發(fā)生了第j級(jí)事故是假或真，為0或1；i從1到m取值，j從0到n取值。每個(gè)流域事故矩陣代表1種事故發(fā)生情況，共有m×(n+1)種情況。將每種情況的后果大小從小到大排序，得到相應(yīng)的后果大小序列{ck}m×(n+1)與概率序列{p(ck)}m×(n+1)，可以得到流域風(fēng)險(xiǎn)大小Rb，即

(7)

式(7)理論上可以用來計(jì)算流域的風(fēng)險(xiǎn)大小，但實(shí)際操作起來困難很多。一是，幾個(gè)電站同時(shí)發(fā)生事故的事故后果難以評(píng)價(jià)，需要做太多的事故后果分析，而目前一般只對(duì)單個(gè)水電站的事故后果進(jìn)行分析；二是，幾個(gè)電站同時(shí)發(fā)生事故的概率難以計(jì)算。

事實(shí)上，即使是發(fā)生流域性的超標(biāo)洪水或地震，水電站發(fā)生事故往往也有其自身的偶然因素，如泄洪設(shè)施不能正常使用等，幾個(gè)水電站的事故作為獨(dú)立的偶然事件同時(shí)發(fā)生的概率是極小的，因此只對(duì)每個(gè)水電站單獨(dú)發(fā)生事故做事故后果分析。注意水電站大壩連潰往往是上游大壩失事帶來的必然結(jié)果，直接在上游大壩失事后果分析中計(jì)入?；谶@種考慮，流域水電站群的風(fēng)險(xiǎn)可以由下式計(jì)算

(8)

也可離散為

(9)

2 流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃

對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行定量計(jì)算之后，便可將流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)管控納入到流域水電規(guī)劃中。流域水電站群規(guī)劃應(yīng)同時(shí)考慮流域水電站群凈綜合效益和流域水電站群的風(fēng)險(xiǎn)，其中流域水電站群凈綜合效益包括凈利潤(rùn)、社會(huì)效益和環(huán)境效益等。首先應(yīng)按與式(2)中計(jì)算事故后果大小同樣的方式評(píng)價(jià)流域水電站群凈綜合效益大小Bn，則流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)效益綜合值Bc為

Bc=Bn-Rb

(10)

規(guī)劃的原則為最大化Bc，即對(duì)于不同的規(guī)劃方案，分別計(jì)算其對(duì)應(yīng)的Bc，最后取用Bc最大的方案。這種規(guī)劃方式綜合考慮了效益與風(fēng)險(xiǎn)，可以避免風(fēng)險(xiǎn)過大的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也保證了效益。若進(jìn)一步考慮投入資金的效率，定義流域年均成本Ca為考慮資金的時(shí)間成本后流域內(nèi)各電站平均到其有效期每1年的成本之和，則流域水電站風(fēng)險(xiǎn)效益綜合產(chǎn)出率P為

(11)

以最大化流域水電站風(fēng)險(xiǎn)效益綜合產(chǎn)出率P為原則，保證了投入資金效率的最大化。

3 概化數(shù)學(xué)模型

要將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論和綜合規(guī)劃理論應(yīng)用于實(shí)際，需要確定事故后果概率密度曲線和水電站的綜合效益。嚴(yán)格來說，這兩者需要針對(duì)各個(gè)電站進(jìn)行研究確定。為簡(jiǎn)便起見，本文提出針對(duì)梯級(jí)水電站群的概化數(shù)學(xué)模型，可由易于得到的物理量對(duì)流域梯級(jí)水電站群進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃分析。

模型所需要的物理量包括：所在地GDP、所在地人口、最大壩高、庫(kù)容、等級(jí)概率系數(shù)、壩型風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、調(diào)節(jié)庫(kù)容、多年平均發(fā)電量、動(dòng)態(tài)投資、上網(wǎng)電價(jià)。其中，水電站所在地建議選取所在的縣級(jí)地區(qū)，若處于兩地區(qū)或多地區(qū)交界，則取平均值；等級(jí)概率系數(shù)是反映電站等級(jí)對(duì)其發(fā)生事故概率影響的物理量，電站等級(jí)越高取值越小，建議大(1)型取1/5 000，等級(jí)每降1級(jí)取值增為5倍；壩型風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)反映不同壩型對(duì)電站失事風(fēng)險(xiǎn)的影響，風(fēng)險(xiǎn)越大取值越大，建議重力壩取0.5，拱壩、閘壩取1，面板壩取1.5，心墻壩取2。

模型所需要的參數(shù)包括人口因子、壩高庫(kù)容后果因子、調(diào)節(jié)庫(kù)容后果因子、衰減因子、附加洪水底數(shù)、附加洪水系數(shù)、方差調(diào)整系數(shù)、調(diào)蓄效益系數(shù)、最可能后果計(jì)算系數(shù)、電站有效期系數(shù)、電站有效期指數(shù)、基準(zhǔn)收益率。各參數(shù)的用法及建議值將在下文模型中給出。

概化數(shù)學(xué)模型的要點(diǎn)在于確定各個(gè)電站的事故后果概率密度曲線。從海因里希事故法則(在機(jī)械事故中，死亡或重傷、輕傷和無傷害事故的比例為1∶29∶300)來看，發(fā)生后果嚴(yán)重的事故概率低，發(fā)生后果不嚴(yán)重的事故概率高。由龔鐵強(qiáng)[23]給出的2002年～2004年湖南省煤礦事故統(tǒng)計(jì)情況，作出各類事故頻率與經(jīng)濟(jì)損失的散點(diǎn)圖(見圖1)，以及其中瓦斯事故死亡人數(shù)的頻率分布直方圖(見圖2)。從圖1可以看出，煤礦不同類型的事故基本符合經(jīng)濟(jì)損失不太大的事故發(fā)生頻率最高，經(jīng)濟(jì)損失很大的發(fā)生頻率很小的規(guī)律。從圖2可以看出，國(guó)有和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦企業(yè)發(fā)生頻率也是死亡人數(shù)較小的一般事故發(fā)生頻率最高，而死亡人數(shù)很多的特大、重特大事故發(fā)生頻率較小，且國(guó)有企業(yè)的一般事故發(fā)生頻率更高，特大、重特大事故發(fā)生頻率更小。

圖1 煤礦各類事故經(jīng)濟(jì)損失與發(fā)生頻率關(guān)系

圖2 煤礦瓦斯事故死亡人數(shù)頻率分布

基于以上規(guī)律，假設(shè)事故發(fā)生的概率密度曲線為截?cái)嗾龖B(tài)分布(見圖3)。圖3中，cmax為最大可能后果；cp為最可能后果(即概率密度最大的后果)。確定了cmax、cp和方差σ，則后果概率密度曲線可以確定。記模型所需的物理量矩陣X={xi，j}(i代表電站序數(shù)，j代表物理量類別序數(shù))，模型所需的參數(shù)向量A={ak}(ak為模型參數(shù)；k代表參數(shù)類別序數(shù))。

圖3 截?cái)嗾龖B(tài)分布的后果概率密度曲線

為了計(jì)算最大可能后果cmax，首先考慮第i個(gè)電站潰壩產(chǎn)生的潰壩洪水在電站所在地的影響fi,i與最大壩高和庫(kù)容有關(guān)，即

fi，i=a2xi，3xi，4

(12)

對(duì)電站所在地產(chǎn)生的后果ci,i為

ci，i=(xi，1+a1xi，2)fi，i

(13)

潰壩洪水除對(duì)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生影響外，將向下游傳遞。在洪水傳遞到第l個(gè)電站時(shí)(i+1≤l≤m，m為電站總數(shù))，傳遞到壩前的洪水影響相對(duì)從第l-1個(gè)電站下泄的洪水影響會(huì)衰減，設(shè)為

(14)

出于簡(jiǎn)化起見，這里對(duì)洪水的衰減僅考慮了經(jīng)過水電站的個(gè)數(shù)，而沒有考慮洪水行進(jìn)的路程等。這種簡(jiǎn)化也有其道理，體現(xiàn)在河道中的水是由于水電站的存在而壅高的，洪水在有水電站的情況下更容易溢出河道而衰減。

洪水從在第l個(gè)電站壩前到從第l個(gè)電站下泄，受到第l個(gè)電站2個(gè)方面的影響，一是，第l個(gè)電站水庫(kù)的調(diào)蓄作用，考慮該調(diào)蓄作用與第l個(gè)電站水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容的大小有關(guān)，故設(shè)經(jīng)第l個(gè)電站水庫(kù)調(diào)蓄后洪水影響變?yōu)?/p>

(15)

另一方面，第l個(gè)電站在上游洪水的作用下可能產(chǎn)生附加洪水(如在上游洪水作用下潰決)，考慮該附加洪水與第l個(gè)電站的最大壩高、庫(kù)容、壩型，以及上游洪水與第l個(gè)電站庫(kù)容的比值有關(guān)，設(shè)為

(16)

另外，若調(diào)蓄后洪水影響為0，則下泄洪水影響亦為0。從第l個(gè)電站下泄的洪水影響為

(17)

則洪水對(duì)第l個(gè)電站所在地產(chǎn)生的后果為

ci，l=(xi，1+a1xi，2)fi，l

(18)

如此可以遞推計(jì)算第i個(gè)電站潰壩對(duì)下游各梯級(jí)所在地產(chǎn)生的后果。若fi，l=0，則潰壩洪水對(duì)其下游梯級(jí)皆無影響，即ci，k=0(l+1≤k≤m)，則第i個(gè)電站的最大可能后果為

(19)

考慮電站年度效益包含發(fā)電和調(diào)蓄2個(gè)部分，其中發(fā)電效益為

(20)

調(diào)蓄效益與電站調(diào)節(jié)庫(kù)容、當(dāng)?shù)丶跋掠蜧DP和人口有關(guān)。為簡(jiǎn)化起見，認(rèn)為調(diào)蓄作用的衰減規(guī)律和潰壩洪水衰減規(guī)律相同，則調(diào)蓄效益設(shè)為

(21)

水電站效益為

(22)

考慮最可能后果為電站和庫(kù)區(qū)內(nèi)的一些影響電站正常運(yùn)行的事故，會(huì)造成電站效益的損失，且工程等級(jí)越高事故頻率越小，庫(kù)區(qū)越大事故頻率越大，故假定最可能后果與電站年度效益、庫(kù)容和工程等級(jí)有關(guān)，設(shè)為

(23)

對(duì)后果方差的假定基于如下考慮：正態(tài)分布中若干倍的方差代表變量在一定概率內(nèi)的取值范圍，即方差與取值范圍有關(guān)，因而在假定為截?cái)嗾龖B(tài)分布的后果概率密度曲線中，方差應(yīng)與最大可能后果cmax有關(guān)。此外，隨著工程等級(jí)的提高方差應(yīng)越小。故設(shè)為

(24)

對(duì)于各個(gè)電站凈效益的計(jì)算，需要將水電站的動(dòng)態(tài)投資平均到使用壽命內(nèi)的每年上。參考GB 50199—2013《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和SL 654—2014《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，水電站的使用壽命和工程等級(jí)有關(guān)，故水電站的使用年限(有效期)N為

N=a10/(xi，5)a11

(25)

年均成本設(shè)為

(26)

水電站的凈效益為

(27)

各個(gè)水電站的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合值為

(28)

各個(gè)水電站的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合產(chǎn)出率為

(29)

流域梯級(jí)水電站群的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合值為

(30)

流域梯級(jí)水電站群的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合產(chǎn)出率為

(31)

模型參數(shù)建議值見表1。

4 案例分析

依據(jù)提出的模型，對(duì)大渡河上已投產(chǎn)的14座梯級(jí)水電站進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃分析。14座水電站信息見表2。模型所需物理量取值見表3。其中，所在地GDP和所在地人口按2015年的統(tǒng)計(jì)值；龔嘴和銅街子的動(dòng)態(tài)投資參照枕頭壩一級(jí)由其裝機(jī)按比例換算而來；上網(wǎng)電價(jià)統(tǒng)一取0.3元/(kW·h)。模型參數(shù)按表1取值。

表1 模型參數(shù)建議值

表2 大渡河已投產(chǎn)梯級(jí)水電站信息

表3 大渡河已投產(chǎn)梯級(jí)水電站模型物理量取值

表4 大渡河已投產(chǎn)梯級(jí)水電站風(fēng)險(xiǎn)效益分析結(jié)果

(1)龔嘴(序號(hào)11)和銅街子(序號(hào)12)2個(gè)電站的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合值最小，而瀑布溝(序號(hào)7)電站的風(fēng)險(xiǎn)效益綜合產(chǎn)出率明顯高于其他電站。

將瀑布溝電站和龔嘴電站的位置互換，即讓擁有大型調(diào)節(jié)水庫(kù)的瀑布溝電站建在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集地區(qū)的上游附近，計(jì)算結(jié)果見表5。從表5可知，調(diào)換后，流域風(fēng)險(xiǎn)效益綜合值進(jìn)一步提高。可見，應(yīng)優(yōu)先在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集地區(qū)的上游附近建立擁有大型調(diào)節(jié)水庫(kù)的電站，以充分發(fā)揮其防洪等調(diào)蓄效益。

表5 調(diào)換瀑布溝電站和龔嘴電站位置計(jì)算結(jié)果

以下針對(duì)梯級(jí)水庫(kù)群的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。首先，針對(duì)梯級(jí)水庫(kù)群的風(fēng)險(xiǎn)問題提出相關(guān)定義：

(1)流域風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵梯級(jí)指其風(fēng)險(xiǎn)占流域風(fēng)險(xiǎn)比重最高的梯級(jí)。

(2)流域風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)指對(duì)上游潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)有較大限制作用的梯級(jí)。

(3)流域風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)指易受上游潰壩洪水影響而發(fā)生潰壩等事故，使得上游潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)增大的梯級(jí)。

這3種梯級(jí)對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)的影響較大，需重點(diǎn)關(guān)注并采取工程措施以控制流域風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵梯級(jí)，需采用超常規(guī)的設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，保證在極端組合條件下也不至發(fā)生潰壩；對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)，應(yīng)通過分析上游梯級(jí)潰壩模式、潰壩時(shí)間、潰壩洪水演進(jìn)情況，確定本梯級(jí)應(yīng)采取的措施，限制風(fēng)險(xiǎn)傳遞；對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)，需采用工程措施，盡可能提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

從表4的風(fēng)險(xiǎn)列可知，瀑布溝(序號(hào)7)的風(fēng)險(xiǎn)占流域風(fēng)險(xiǎn)比重最高，且遠(yuǎn)大于其他電站，為流域風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵梯級(jí)，其風(fēng)險(xiǎn)主要由其遠(yuǎn)大于其他電站的庫(kù)容所造成。因此，梯級(jí)水庫(kù)群中擁有大型水庫(kù)的電站往往是流域風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵梯級(jí)。

對(duì)于流域風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)和流域風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)，可通過研究各個(gè)水電站對(duì)流域其他梯級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的影響來確定。將指定電站的第3～9個(gè)物理量置為0，即對(duì)第i個(gè)電站，令xi，j=0(j=3，4，…，9)，計(jì)算出流域其他電站風(fēng)險(xiǎn)之和，與不置為0時(shí)流域其他電站風(fēng)險(xiǎn)之和進(jìn)行比較，可得出該電站的存在使得流域其他電站風(fēng)險(xiǎn)之和產(chǎn)生的增長(zhǎng)率。表6給出了各電站的存在使流域其他電站風(fēng)險(xiǎn)之和產(chǎn)生的增長(zhǎng)率。從表6可知，瀑布溝(序號(hào)7)的存在使流域其他電站的風(fēng)險(xiǎn)之和減小最多，可列為流域風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)；長(zhǎng)河壩(序號(hào)2)的存在使流域其他電站的風(fēng)險(xiǎn)之和增大最多，可列為流域風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)。

表6 各電站的存在使流域其他電站風(fēng)險(xiǎn)之和產(chǎn)生的增長(zhǎng)率 %

由式(15)～(17)可知，模型中電站對(duì)流域其他電站風(fēng)險(xiǎn)的影響作用由電站水庫(kù)對(duì)上游洪水的調(diào)蓄作用和在上游洪水作用下產(chǎn)生的附加洪水作用組成。調(diào)蓄作用更強(qiáng)的梯級(jí)為風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)，附加洪水作用更強(qiáng)的梯級(jí)為風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)。調(diào)蓄作用由調(diào)節(jié)庫(kù)容控制，調(diào)節(jié)庫(kù)容相對(duì)上游洪水越大則調(diào)蓄作用越強(qiáng)；附加洪水作用由壩高、壩型控制，相同庫(kù)容情況下壩高越高、超載能力越差的壩型附加洪水越大。瀑布溝有遠(yuǎn)超其他電站的調(diào)節(jié)庫(kù)容；而長(zhǎng)河壩為大型工程猴子巖下游的高土石壩，相對(duì)于猴子巖失事后的洪水，長(zhǎng)河壩的調(diào)蓄能力不足，加重洪災(zāi)的可能性更大(如連潰)，反而增大了猴子巖的失事風(fēng)險(xiǎn)。因此，流域風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)是擁有大調(diào)節(jié)庫(kù)容的電站，應(yīng)注意在汛期等事故多發(fā)期預(yù)留好應(yīng)急庫(kù)容；流域風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)是位于高壩大庫(kù)下游附近的調(diào)蓄能力相對(duì)不足、擋水建筑物為超載能力弱的土石壩的電站，應(yīng)采用工程措施，盡可能提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力，如加強(qiáng)泄洪能力等。

5 結(jié) 語

本文對(duì)單個(gè)水電站和流域水電站群的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論進(jìn)行研究，初步構(gòu)建了流域水電站群風(fēng)險(xiǎn)效益綜合規(guī)劃理論框架，在簡(jiǎn)化假設(shè)條件下提出了參數(shù)意義明確、物理量易于得到的概化數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用于大渡河上已投產(chǎn)的14座梯級(jí)水電站群風(fēng)險(xiǎn)效益分析中，得出以下結(jié)論：

(1)水電開發(fā)應(yīng)綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)和綜合效益，發(fā)電效益高、風(fēng)險(xiǎn)小的發(fā)電為主的水電站不一定優(yōu)于發(fā)電效益相對(duì)較低、風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較大但調(diào)蓄能力強(qiáng)的綜合水利樞紐。

(2)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的地區(qū)及其上游附近進(jìn)行水電開發(fā)時(shí)，應(yīng)更多考慮電站水庫(kù)的調(diào)蓄能力建設(shè)；若無建設(shè)大型調(diào)節(jié)水庫(kù)的條件，則應(yīng)建立潰壩洪水較小的低水頭電站以降低潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)。

(3)流域風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵梯級(jí)是擁有大型水庫(kù)的梯級(jí)，需采用超常規(guī)的設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，保證在極端組合條件下也不至發(fā)生潰壩；流域風(fēng)險(xiǎn)限制梯級(jí)是擁有大調(diào)節(jié)庫(kù)容的電站，應(yīng)注意在汛期等事故多發(fā)期預(yù)留好應(yīng)急庫(kù)容；流域風(fēng)險(xiǎn)放大梯級(jí)是位于高壩大庫(kù)下游附近的調(diào)蓄能力相對(duì)不足、擋水建筑物為超載能力弱的土石壩的電站，需采用工程措施加大泄洪能力，盡可能提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力。