高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法
【专利摘要】本发明涉及水利水电工程施工导流风险分析技术，其针对传统技术中对高堆石坝中期度汛挡水风险率检测的不足之处，提出一种新的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，准确合理量化中期度汛挡水风险率，为度汛安全风险评估、施工进度计划制定等提供重要依据。本发明考虑防洪度汛高程的不确定性，构建高堆石坝工程中期度汛挡水风险数学模型；考虑各月停工天数与日平均上升速度的不确定性，建立坝体防洪度汛高程的仿真计算模型；量化分析了各月日平均上升速度的随机性；综合考虑水文、水力、填筑施工的随机性，基于Monte-Carlo方法原理，耦合各风险要素给出了挡水风险计算过程。本发明适用于对高堆石坝中期度汛挡水风险率评估。
【专利说明】高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水利水电工程施工导流风险分析技术，特别涉及一种高堆石坝中期度 汛挡水风险率检测方法。
【背景技术】
[0002] 在水利水电工程建设过程中，施工导流是贯穿水利水电工程建设全过程的关键环 节之一，是施工组织设计的重要内容，牵扯导流建筑物的布置与设计、施工阶段划分、首台 机组发电期等，影响工程建设全过程。然而，施工导流系统作为风险性系统，一旦挡水围堰 发生漫顶溃决事件，将严重影响工程本身的安全、进度及效益，并可能造成下游人民群众的 人身伤害和财产损失。
[0003] 高堆石坝中期度汛采用坝体临时断面挡水度汛方案时，一方面未做必要的坝面保 护措施条件下坝体本身结构会存在安全隐患；另一方面坝体汛期并未停工，一旦过水会造 成巨大损失。高堆石坝中期度汛挡水风险率计算的主要目的，是准确合理量化高堆石坝中 期度汛挡水系统失效的可能性。其研究的目的包括：定量分析系统运行中蕴含的不确定性 因素，计算挡水风险指标，以概率形式表征高堆石坝中期度汛挡水系统失效可能性，为中期 度汛安全风险评估、泄洪建筑物设计、中期度汛导流标准确定、汛前施工进度计划制定等提 供重要的理论基础。随着我国多座高堆石坝工程相继开工建设，这些工程建设难度高、洪水 变幅大，准确合理量化中期度汛挡水风险率意义重大。
[0004] 当前，水利水电工程施工方面的专家对施工导流风险分析开展了大量的研究，多 是从水文、水力、围堰堰前水位的角度来对施工导流风险率计算方法展开研究，这些计算方 法主要针对初期导流挡水围堰和高拱坝中、后期导流系统，模型中的挡水高程赋予定值。目 前，高堆石坝普遍采用全断面填筑上升方式，中期度汛汛前坝体处于填筑上升过程中，实际 挡水高程是不确定的，以往的计算方法无法考虑高堆石坝中期临时度汛坝体挡水高程的不 确定性，不能适应高堆石坝中期度汛风险率的计算，难以满足工程规划、设计、决策等的需 要。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：针对传统技术中对高堆石坝中期度汛挡水风险率 检测的不足之处，提出一种新的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，准确合理量化中 期度汛挡水风险率，为度汛安全风险评估、施工进度计划制定等提供重要依据。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
[0007] 高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，包括以下步骤：
[0008] a.构建高堆石坝工程中期度汛挡水风险数学模型；
[0009] b.构建汛前坝体填筑高程的仿真计算模型；
[0010] c.确定各月停工天数的概率分布；
[0011] d.确定各月坝体日平均上升速度的概率分布；
[0012] e.确定洪峰流量、水库库容关系系数、泄流能力系数的概率分布；
[0013] f.综合考虑施工洪水过程、泄洪过程、以及防洪度汛高程的随机性，模拟计算高堆 石坝中期度汛挡水风险率。
[0014] 进一步，步骤a中，以主汛期最高洪水位是否超过坝体实际达到的防洪度汛高程 为致险条件，构建高堆石坝工程中期度汛挡水风险数学模型：
[0015] RM = P (max (ZH (t)) >ZH | T 0, H〇, T H)；
[0016] 式中，rm为高堆石坝中期度汛挡水风险率；ZH(t)为坝前水位动态变化过程；Z H为 防洪度汛高程；T ^为模型分析的起始时刻；4为坝体τ ^时刻对应的坝体高程；τ H为主汛 期起始时刻；
【权利要求】
1. 高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，包括以下步骤： a. 构建高堆石坝工程中期度汛挡水风险数学模型； b. 构建汛前坝体填筑高程的仿真计算模型； c. 确定各月停工天数的概率分布； d. 确定各月坝体日平均上升速度的概率分布； e. 确定洪峰流量、水库库容关系系数、泄流能力系数的概率分布； f. 综合考虑施工洪水过程、泄洪过程、以及防洪度汛高程的随机性，模拟计算高堆石坝 中期度汛挡水风险率。
2. 如权利要求1所述的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，步骤a 中，以主汛期最高洪水位是否超过坝体实际达到的防洪度汛高程为致险条件，构建高堆石 坝工程中期度汛挡水风险数学模型： = P (max (ZH (t)) >ZH | T 0, Η〇, Τ Η)； 式中，RM为高堆石坝中期度汛挡水风险率；ZH(t)为坝前水位动态变化过程；ΖΗ为防洪 度汛高程；L为模型分析的起始时刻；％为坝体Τ ^时刻对应的坝体高程；Τ η为主汛期起 始时刻； 考虑坝体填筑过程的不确定性，高堆石坝工程中期度汛挡水风险模型可进一步表达 为：
式中，ZHV为初期导流围堰堰顶高程；zm为主汛前坝体填筑达到的高程。
3. 如权利要求2所述的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，步骤b 中，施工随机因素主要考虑各月停工天数Tt与日平均上升速度Hei的不确定性，则汛前坝 体填筑高程Z HB的仿真计算模型为：
式中，Μ为到\坝体填筑的月数；yi为第i月坝体上升速度；?\为第i月最多 施工天数；Tti为第i月停工天数；Hei为第i月日均上升速度； 因此，坝体防洪度汛高程ZH的仿真计算模型为：
4. 如权利要求1所述的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，步骤c 中，各月有效施工天数的不确定性主要受降雨的影响，各月停工天数Tti可认为服从正态 分布。
5. 如权利要求1所述的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，步骤d 中，各月日平均上升速度Hei服从三角形分布，其密度函数为：
式中，Vdi为下限值，即日均控制最低上升速度；Vmi为平均值，即日均平均上升速度，根 据前期施工统计数据的平均值计算；Vui为上限值，即最快日均上升速度，根据前期施工最 大填筑强度推算。
6. 如权利要求1所述的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，步骤e 中，所述洪峰流量符合P-III型分布，其密度函数如下：
式中，α，β，a(l为P-III型分布的形状、亥lj度和位置参数；
式中，Cs为P-ΠΙ型分布的离差系数；Cv为P-ΠΙ型分布的离势系数；μ Q为P-ΠΙ型 分布的均值；所述水库库容关系系数、泄流能力系数均符合三角形分布。
7. 如权利要求1所述的高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法，其特征在于，步骤f 中，所述模拟计算高堆石坝中期度汛挡水风险率的步骤包括： (1) 确定各风险要素随机分布参数，输入模型计算参数； (2) 确定模型仿真次数NF ; (3) 产生施工洪水洪峰随机数，模拟施工洪水过程； (4) 产生水库库容关系系数随机数，拟合水位库容关系曲线； (5) 产生泄流能力系数随机数，拟合泄流能力曲线； (6) 产生各月施工停工天数随机数，模拟各月施工有效天数； (7) 产生坝体日均上升速度随机数，模拟坝体日均上升速度； (8) 通过模拟得到的施工洪水过程、水位库容关系曲线、泄流能力曲线，仿真得到坝前 最1?洪水位； (9) 通过模拟得到的各月施工有效天数、坝体日均上升速度，计算仿真得到坝体填筑高 程，继而确定坝体防洪度汛高程； (10) 比较分析坝前最高洪水位是否超过防洪度汛高程； (11) 通过反复的抽样模拟计算，统计分析坝前最高水位超过防洪度汛高程的次数，记 为Νκ，则高堆石坝中期度汛挡水风险率估算式为 ：
式中，NF为仿真的总次数，Νκ为仿真的总次数中，坝前最高水位超过防洪度汛高程的次 数。
【文档编号】G06F19/00GK104050391SQ201410312903
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】张超 申请人:中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司