黄河下游堤防安全管理技术探讨

摘要：社会经济的发展对黄河下游堤防工程安全管理工作也提出了更高的要求, 科学技术的发展和综合国力的增强为堤防管理的现代化提供了技术经济支持, 这些都为开展黄河下游堤防工程的安全评估研究提供了很好的机遇。

关键词：黄河下游 堤防 安全管理技术

中图分类号：TV871文献标识码： A

一、前言

黄河下游堤岸防护工程是保护堤岸安全、稳定的有效措施。黄河下游堤岸在黄河洪水期经常受到水流、风浪的侵袭、冲刷, 严重的可造成失稳、破坏、以致决口失事, 因此对这些堤段必段采取防护工程措施以控制、调整水流、稳定岸线、保护堤岸安全。

二、堤防工程安全综合评估体系的构建

1、堤防工程安全综合评估的含义

安全评估是指对一个具有特定功能的工作系统中固有的或潜在的危险及其严重程度所进行的分析和评价, 并以既定指数、等级或概率值做出定量的表示, 最后根据定量值的大小决定采取预防或防护对策. 由此可见, 堤防工程安全评估应包括以下内容:

（1）分析存在的不安全因素, 堤防不安全的极限状态应是堤防决口, 包括漫决、冲决和溃决, 因此应围绕导致决口的内因和外因分析不安全因素;

（2）用系统的观点和方法分析各因素对堤防工程安全的影响程度并做出定量表示, 即在设定的边界条件下对各不安全因素对整个堤防工程可能造成的危害程度进行分析;

（3）根据确定的标准判定堤防的安全等级, 其中判定标准的确定又与堤防保护范围内的人口密度和经济发展水平有关, 也与整个社会的承受能力有关;

（4）对不同的安全等级采取相应的措施, 包括工程措施与非工程措施, 如在非汛期进行除险加固、维修养护, 在汛前做好防汛责任制落实、搞好各级洪水下的防洪预案, 在汛期抓好“洪水预报、洪水调度、查险抢险”三个关键环节. 从上述可以看出, 堤防的安全是相对的、动态的概念, 即安全是对一定的洪水量级、特定的工程与非工程保障措施而言的.

2、影响黄河堤防工程安全的因素分析

造成堤防决口的主要因素因决口的形式不同而有所不同，漫决是由堤防高度不达标或超标准洪水造成的, 评价时涉及堤防工程等级的确定、设计洪水频率及堤防超高的规定、设计洪水位的计算等问题。溃决多是因堤身内部隐患或强透水性堤基在高水位长期作用下发生渗水、管涌、漏洞, 在抢护措施不到位情况下, 继而发展为决口。冲决多是由河势变化造成大溜顶冲堤防, 或者风浪淘刷堤坡, 而堤身土质为砂性土且缺乏有效的防护措施造成堤岸崩塌, 抢护不力时便可发展为决口。

从上述分析可以看出, 堤身的材料特性、断面形式及大小、堤身隐患、防护措施等都是影响堤防安全的内部因素。洪水特性及河势是影响堤防工程安全最重要的外部因素. 同时还应该看到, 堤防工程在经历过多次险情后, 进行了不同程度的加固, 堤防的抗风险能力也会相应的加强, 因此除险加固措施也应作为内因来考虑。

综上所述, 影响堤防安全的因素十分复杂, 并且相互交错, 相互影响. 为此, 在评价堤防安全状况时,既要考虑多方因素的影响, 又要本着科学性、可行性、可操作性的原则, 有针对地、有重点地选择影响因素作为评价指标. 据此选择堤身断面( 堤顶及临背河地面高程、堤顶宽度、边坡比) 、粘粒含量、干密度、除险加固情况( 历史险情统计、隐患探测资料、加固措施及效果) 、防护情况( 护岸措施等) 以及堤基土层的渗透特性等作为内因评估指标, 将洪水位、洪水历时、降雨以及河势状况等作为外因评估指标, 而把查险抢险等人为因素作为预防措施来考虑, 不再单独作为评估指标。

3、影响因素的量化处理

由于各评估指标特点各异, 既有定性指标又有定量指标, 而且定量指标的量纲也不相同, 所以在评估之前, 必须确定基础指标的评估值。

基础指标即评估指标体系中不能再进一步分解的指标, 其中定性指标具有模糊性和非定量化的特点, 很难用精确的数学值来表示, 只能采用模糊数学的方法对模糊信息进行量化处理. 当采用专家打分法处理时, 如果专家选择合适, 专家的经验较为丰富, 对情况比较了解, 精度较高. 这就需要给专家提供尽可能多的信息, 并合理确定专家打分表, 以获取定性指标的评估值. 定量指标由于其量纲不尽相同,不具有可比性, 因此, 在知道指标的实际值后, 需要根据各指标的特点进行无量纲化处理后得到其评估值。

4、权数的选择

堤防工程安全评估指标体系具有明显的层次性，这就需要根据各指标对其上层指标的相对重要性程度分别赋予不同的权数，指标间的相对重要性程度是可以从不同角度加以反映的，包括信息量的多少、独立性的大小、可靠性的高低以及评价者的判断等。根据堤防工程安全评估问题的性质特点，其权数应该是估价权, 即下层指标对其所属的上层指标性能优劣的影响程度。

5、赋权方法的确定

估价权是以评价者的主观判断为依据的, 但是如果能够综合考虑客观赋权方法, 可以扬长避短, 建立适合堤防工程安全评估指标的静、动态权系数优化融合赋权模型. 鉴于以上目的, 在资料比较齐全的情况下, 可以考虑利用人工神经网络训练各因素的权重再结合层次分析法确定的静态权重, 建立堤防工程安全评估指标的融合权重模型; 而在监测资料缺乏的情况下, 只能利用层次分析法建立静态权重模型, 其虽然主要依靠人的主观判断, 也带有一定的客观性, 但是一种比较有效可行的权重确定方法。

6、评估指标集的选取

根据堤防工程的实际情况, 将堤防工程的安全性分为以下四个等级: 安全、较安全、不安全和很不安全, 各等级对应的安全性综合评估值及含义见表1，

上述四个等级的确定主要依据各因素的最佳组合( 上限) 和最不利组合( 下限) 而确定的. 当然, 这种评价标准还不十分严格, 有待进一步完善。

三、堤防工程安全实时监测与评估

1、实施安全监测的目标

当黄河水位达到警戒水位后, 防汛部门需组织大量人力对堤防工程安全实行拉网式检查. 这种检查在实战中已取得了很大成效, 但也有其局限性, 如只能等险情发展到堤防表面时才能发现, 同时还深受人为因素的影响. 为弥补传统的拉网式检查的不足, 争取防汛查险的主动性, 为“抢早抢小”提供条件, 有必要在堤防重要部位布置相应的自动化监测仪器, 以逐步实现监测的自动化和监测资料的实时分析. 如对堤防重点堤段的临河水情, 堤身滑坡、渗漏, 穿堤建筑物位移、底板扬压力、土石接合部渗漏等进行监测, 对护岸工程的根石走失、土心坍塌监测. 在论证监测方案时, 应充分考虑实用性和先进性的要求, 利用人工智能技术以及现代计算机软硬件技术, 开发相应的监测资料评估系统, 实现对监测资料进行科学管理和实时评估。

2、监测仪器的选择和布置

在我国, 随着大、中型水利水电工程的相继开工建设, 安全监测技术水平有了很大提高, 各种先进的监测仪器和监测技术不断引入并广泛应用于工程监测中。其中分布式光纤传感技术可望用于堤防滑坡、渗漏监测, 并突破以往点式监测的局限; GPS 技术用于变形监测时, 具有操作简单、观测时间短、定位精度高、能全天候作业、易于实现全系统的自动化等优点, 更加适合堤坝及水上目标的监测; 中子土壤水分仪原用于野外土壤水分测量, 具有不用取样、测量速度快、精度高、测深不限等优点, 可望用于监测堤身水分含量的空间分布, 为判断堤身的渗流动态提供依据。

3、监测资料的分析和评判准则的确定

对堤防工程监测资料的分析, 可采用统计模型、灰色系统理论等方法, 建立监测资料的预报模型. 根据各监测量的特点, 可选取一个或多个评判准则, 可采用极值评判准则、监控模型评判准则、时空分布评判准则、时效分量评判准则等, 以对堤防工程的安全运行情况进行实时监控。

四、结束语

在黄河堤防工程加固过程中, 曾出现因对堤防存在问题不明造成处理措施不当而影响加固效果的问题。在堤防运行管理中, 更需要明确所属堤防的安全状况, 做到心中有数、有重点地进行除险加固和防守。

参考文献

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作者简介：

常楠（1977--），男，山东鄄城人，本科，从事黄河水利工程运行管理工作