高堆石坝中期度汛挡水风险率检测方法

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。

主权项

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；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：R_M＝P(max(Z_H(t))>Z_H|Τ₀,H₀,Τ_H)；式中，R_M为高堆石坝中期度汛挡水风险率；Z_H(t)为坝前水位动态变化过程；Z_H为防洪度汛高程；Τ₀为模型分析的起始时刻；H₀为坝体Τ₀时刻对应的坝体高程；Τ_H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：$R_M=\left\{\begin{array}{cc}P\left(max\right(Z_H\left(t\right))>Z_{HV}|T_0,H_0,T_H)& Z_{HV}>Z_{HB}\\ P\left(max\right(Z_H\left(t\right))>Z_{HB}|T_0,H_0,T_H)& Z_{HV}\le Z_{HB}\end{array}\right.,$式中，Z_HV为初期导流围堰堰顶高程；Z_HB为主汛前坝体填筑达到的高程；步骤b中，施工随机因素主要考虑各月停工天数Τ_t与日平均上升速度H_ei的不确定性，则汛前坝体填筑高程Z_HB的仿真计算模型为：$Z_{HB}=H_0+\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\mu }_i=H_0+\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}(T_i-T_{ti})H_{ei};$式中，M为Τ₀到Τ_H坝体填筑的月数；μ_i为第i月坝体上升速度；Τ_i为第i月最多施工天数；Τ_ti为第i月停工天数；H_ei为第i月日均上升速度；因此，坝体防洪度汛高程Z_H的仿真计算模型为：$Z_H=\left\{\begin{array}{cc}{Z}_{HB}& Z_{HB}>Z_{HV}\\ Z_{HV}& Z_{HB}\le Z_{HV}\end{array}\right.;$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N_F；(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，仿真得到坝前最高洪水位；(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N_R，则高堆石坝中期度汛挡水风险率估算式为：$R_M=\frac{N_R}{N_F}$式中，N_F为仿真的总次数，N_R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。