考慮上游同步建設(shè)條件下沙坪一級水電站初期導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析

聶 鵬，胡志根，劉 全，王哲鑫，田建海

(1.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072;3.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

1 工程概況

沙坪一級水電站是大渡河干流22級水電梯級開發(fā)中第20個(gè)梯級的第一級，為二等大(2)型工程，位于四川省樂山市金口河區(qū)境內(nèi)，距上游枕頭壩二級水電站壩址9.0 km。沙坪一級水電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，采用河床式開發(fā)方式，壩址控制流域面積73 339 km2，多年平均流量1 370 m3/s，水電站壩頂高程581 m，最大壩高63.0 m，正常蓄水位577.0 m，水電站裝機(jī)容量360 MW。

這是一個(gè)很有趣味的問題.直觀感覺有兩種結(jié)果,也就是鏡面與水平面成70°角或20°角.卻不知不覺犯了與文[1]所指的同樣錯(cuò)誤.原來學(xué)習(xí)光學(xué)讓我們產(chǎn)生了思維定勢,誤將問題限定在同一平面中考慮.其實(shí),許多人都有這樣的生活體驗(yàn),當(dāng)陽光射入室內(nèi)時(shí),用一面鏡子可將光線反射向每一個(gè)角落.因此,這一問題應(yīng)在三維空間中進(jìn)行思考.這就需要借助處理空間線面關(guān)系的數(shù)學(xué)模型.所以,該問題是體現(xiàn)數(shù)學(xué)與生活及其它學(xué)科間聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的好素材,有助于學(xué)生認(rèn)識數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值.

綜合沙坪一級水電站壩址處地形、地質(zhì)、水文條件及導(dǎo)流建筑物布置條件等因素，施工導(dǎo)流采用分期攔斷河床、泄洪閘導(dǎo)流方式，樞紐布置為壩址右岸河床式廠房、左岸5孔泄洪閘。沙坪一級水電站和枕頭壩二級水電站的建設(shè)開發(fā)同屬國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，故兩個(gè)水電站在導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的決策過程中不僅需考慮本工程的導(dǎo)流布置，還應(yīng)綜合考慮上、下游梯級的導(dǎo)流特點(diǎn)。兩電站地理位置如圖1所示。

圖1 梯級水電站地理位置示意

施工導(dǎo)流系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響工程的工期和投資，進(jìn)行導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析對導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的決策具有重要的意義[1-3]。隨著我國梯級開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，上下游梯級水電站同步建設(shè)的案例逐漸增加[4]，如烏東德水電站與白鶴灘水電站，瀑布溝水電站與深溪溝水電站等。在梯級水電站同步建設(shè)環(huán)境下，上游水電站導(dǎo)流系統(tǒng)改變了天然河段的水力水文參數(shù)，相鄰下游水電站導(dǎo)流系統(tǒng)的施工洪水隨之改變，施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)因素增加。胡志根等[5]基于Monte-Carlo方法模擬施工洪水并進(jìn)行施工洪水調(diào)洪演算；劉全等[6]基于上游已建梯級、區(qū)間洪水、支流匯入、上游在建梯級和下游在建梯級，建立水電工程施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)測度模型；薛進(jìn)平等[7]采用Couple函數(shù)構(gòu)建聯(lián)合分布，討論了上游水電站同步建設(shè)對下游水電站的影響；張超等[8]構(gòu)建梯級水電站施工導(dǎo)流系統(tǒng)整體的施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析模型。上述文獻(xiàn)從各方面詳細(xì)描述了梯級施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，但分析下游水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)未充分考慮到上游水電站導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)和水庫連潰因素，風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果偏小。因此，本文為全面分析下游水電站施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，考慮相鄰兩個(gè)施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)要素間的耦合作用，探索合理的風(fēng)險(xiǎn)度量方法。

2 梯級施工導(dǎo)流系統(tǒng)分析

枕頭壩二級水電站與沙坪一級水電站相距較近，不考慮壩址間區(qū)間洪水遭遇。按照洪水演進(jìn)過程，梯級施工導(dǎo)流系統(tǒng)整體描述如圖2所示。

Platinum doublet chemotherapy, S1 plus CDDP, is widely used as a neoadjuvant chemotherapy for AGC with PAN metastasis. The study showed a pronounced propensity for patients with a good clinical response to have undergone a D3 dissection.

圖2 梯級施工導(dǎo)流系統(tǒng)概化

圖中A、B分別代表枕頭壩二級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)和沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)；QA(t)、qA(t)分別為枕頭壩二級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)的施工洪水過程與下泄洪水過程；QB(t)、qA(t)分別為沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)的入庫洪水過程與下泄洪水過程。

2.1 施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)定義

在確定的導(dǎo)流時(shí)段內(nèi)，施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)是指導(dǎo)流系統(tǒng)在規(guī)定條件下失效的概率。施工導(dǎo)流系統(tǒng)的主要作用為宣泄洪水，保證基坑內(nèi)正常施工。因此，可以認(rèn)為當(dāng)圍堰堰前水位高于堰頂高程時(shí)，導(dǎo)流系統(tǒng)失效。故上、下游水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)R定義為

R=P(Zup>Hup)

(1)

由于施工導(dǎo)流過程中存在許多不確定因素，無法準(zhǔn)確計(jì)算上游圍堰的堰前水位，需對施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)的不確定性進(jìn)行分析。其中，影響施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)不確定性的主要為施工洪水的不確定性和導(dǎo)流建筑物泄流能力的不確定性。

2.2 不確定性分析

式中，Zup為擋水期上游圍堰堰前水位；Hup為擋水期上游圍堰設(shè)計(jì)高程。

根據(jù)以上計(jì)算步驟計(jì)算枕二風(fēng)險(xiǎn)、水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)、枕二級未失效時(shí)沙一風(fēng)險(xiǎn)及同步建設(shè)時(shí)沙一風(fēng)險(xiǎn)。梯級施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)率如表5所示，其中單獨(dú)建設(shè)時(shí)沙一風(fēng)險(xiǎn)為沙坪一級水電站遇典型洪水時(shí)施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)。

3 梯級導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型

在分析完施工導(dǎo)流系統(tǒng)的特征后，為求解梯級導(dǎo)流系統(tǒng)中各水電站的風(fēng)險(xiǎn)，需建立梯級導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型。風(fēng)險(xiǎn)模型的整體求解思路為：基于Monte-Carlo方法模擬洪水過程，計(jì)算枕頭壩二級水電站導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)，再結(jié)合枕頭壩二級的下泄洪水特征經(jīng)潰堰洪水計(jì)算、河道洪水演進(jìn)計(jì)算得到沙坪一級水電站的施工洪水，最后計(jì)算得到沙坪一級水電站導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)[9]。

2.3 兩組患者心室率比較 治療前，兩組患者靜息狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下心室率均異常升高；治療后，兩組心室率均明顯減慢，且觀察組改善程度較地高辛組更明顯，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

3.1 洪水模擬

在導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流建筑物確定的情況下，根據(jù)已知的施工洪水過程線、泄洪建筑物的泄流能力曲線及水位庫容關(guān)系等基本資料，模擬洪水入庫到出庫的全過程，最后基于調(diào)洪演算得到堰前水位分布和下泄流量過程線，便可判斷是否發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。其中，調(diào)洪演算的核心為求解水量平衡方程為

第二，有悟性的人一切從現(xiàn)實(shí)、實(shí)際出發(fā)。有的解決方案之所以做不好，是因?yàn)闆]了解實(shí)際情況，都是套工具、模式和理論。只要一件事干不了，就想著是因?yàn)闆]有掌握神秘的工具，實(shí)際是不了解具體情況，不明白到底是什么造成當(dāng)前的局面。只要把實(shí)際情況掌握之后，解決方案就出來了。

(2)

式中，Q1、Q2分別為計(jì)算時(shí)段Δt始、末入庫流量；q1、q2分別為計(jì)算時(shí)段Δt始、末出庫流量；V1、V2分別為計(jì)算時(shí)段Δt始、末的水庫蓄水量。

3.2 潰堰洪水計(jì)算

11.(1)c(OH-) (2)0.17 (3)2∶16FeOOH+(NH4)2SO4+4H2O[或Fe6(OH)1 2SO4+O2==6FeOOH+H2SO4+2H2O] (4)3.03 (5)① 不變 ②H2SO4

枕頭壩二級水電站和沙坪一級水電站相距僅為9.0 km，壩址間洪水演進(jìn)速度很快，故梯級水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)研究對風(fēng)險(xiǎn)分析和防控有重要的指導(dǎo)意義[10]。枕頭壩二級水電站的圍堰類型為土石圍堰，當(dāng)堰前水位高于圍堰堰頂高程(即漫頂)時(shí)，考慮風(fēng)險(xiǎn)最大情況，認(rèn)為圍堰瞬時(shí)全潰，且壩址出流不受下游水流影響。采用謝任之公式[11]計(jì)算最大潰堰流量Qm，則有

(3)

式中，Qm為最大潰堰流量；λ為流量參數(shù)；m為河谷斷面形狀指數(shù)；H0為包括流速水頭的潰堰前上游最大水深；v0為潰堰前流速。

3.3 洪水演進(jìn)計(jì)算

無論枕頭壩二級水電站是否發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，其下泄洪水都會(huì)經(jīng)過河道演進(jìn)形成沙坪一級水電站的入庫洪水。河道洪水演進(jìn)計(jì)算主要有水力學(xué)和水文學(xué)兩種方法，其中屬于水文學(xué)方法的馬斯京根法因其簡單便捷被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。本文采用馬斯京根法[12]中的調(diào)蓄函數(shù)進(jìn)行河道洪水演算，函數(shù)方程為

Q1=C0I2+C1I1+C2Q2

(4)

3.4 施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

枕頭壩二級水電站和沙坪一級水電站都是二等大(2)型工程，根據(jù)DL/T5397—2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.4.1條，導(dǎo)流建筑物級別為4級，其圍堰等土石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年～10年一遇。由于導(dǎo)流建筑物布置條件有限，枕頭壩二級和沙坪一級的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的不同主要體現(xiàn)在圍堰高程上。為分析上游枕頭壩二級導(dǎo)流系統(tǒng)對下游沙坪一級施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，現(xiàn)擬定以下4種導(dǎo)流圍堰高程組合方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，如表1所示。

在2018年，普通人感到自己越來越無關(guān)緊要。在TED演講、政府智庫和高科技會(huì)議中，人們興奮傳播許多神秘的術(shù)語（全球化、區(qū)塊鏈、基因工程、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)），普通人無論男女，都會(huì)認(rèn)為這些術(shù)語與他們無關(guān)。

(5)

4 沙坪一級水電站初期導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1 方案組合及計(jì)算參數(shù)

枕頭壩二級水電站與沙坪一級水電站壩址處水頭不連續(xù)，不考慮沙坪一級水電站庫區(qū)回水的影響，故枕頭壩二級施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)僅為其導(dǎo)流系統(tǒng)失效的概率。而計(jì)算沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，不僅要考慮系統(tǒng)本身蓄泄及泄洪能力，還要考慮枕頭壩二級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)下泄洪水的影響。當(dāng)枕頭壩二級施工導(dǎo)流系統(tǒng)發(fā)生潰堰時(shí)，其下泄洪水特性的改變會(huì)顯著增大沙坪一級施工導(dǎo)流系統(tǒng)失效的概率[13]。因此，在枕頭壩二級導(dǎo)流建筑物規(guī)模確定的情況下，其下泄洪水需分兩種情況討論：①枕頭壩二級導(dǎo)流系統(tǒng)未失效時(shí)，洪水經(jīng)導(dǎo)流建筑物正常下泄；②枕頭壩二級導(dǎo)流系統(tǒng)失效，下泄洪水轉(zhuǎn)變?yōu)闈⒀吆樗?/p>

表1 導(dǎo)流圍堰高程組合方案 m

根據(jù)各電站的洪水實(shí)測資料，兩個(gè)水電站的洪峰流量頻率見表2，各區(qū)域設(shè)計(jì)洪水資料見表3，各水電站泄流能力參數(shù)見表4。

表2 洪峰流量頻率

表3 設(shè)計(jì)洪水資料

表4 泄流能力參數(shù)

4.2 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

以本文所建立梯級施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型對該案例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算(枕頭壩二級水電站簡稱為枕二，沙坪一級水電站簡稱為沙一)，枕二導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)具體計(jì)算流程如下：①輸入枕二導(dǎo)流系統(tǒng)相關(guān)水文和水力參數(shù)，確定Monte-Carlo方法的模擬總次數(shù)N。②基于調(diào)洪演算得到N組堰前水位分布及下泄流量過程線，判斷導(dǎo)流系統(tǒng)是否發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。③統(tǒng)計(jì)枕二導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生總次數(shù)λA，得到枕二導(dǎo)流系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)率P(a)=λA/N。

假定事件a為枕頭壩二級導(dǎo)流系統(tǒng)失效，事件b為沙坪一級導(dǎo)流系統(tǒng)失效，根據(jù)貝葉斯公式[14]，則有

表5 梯級施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)率

經(jīng)過多年工程實(shí)踐證明，洪水過程受多種復(fù)雜因素影響，隨機(jī)變量總體分布難以確定，我國一般假定洪峰流量服從P-Ⅲ型分布。導(dǎo)流建筑物的泄流能力與建筑物的過水?dāng)嗝婷娣e、濕周、底坡和糙率等水力參數(shù)相關(guān)，過水?dāng)嗝婷娣e、濕周和底坡近似服從正態(tài)分布，糙率一般認(rèn)為服從三角形分布。

4.3 成果分析

從表5可以看出：

(1) 對比方案一和方案二、方案三和方案四，在同步建設(shè)條件下，枕頭壩二級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)越高，沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)越低。

儒家追求盡心而成性，進(jìn)而到達(dá)圣人之境，最終擁有理想的人格?！笆ト恕笔冀K是儒家所求的理想人格的代稱，由此，儒家認(rèn)可的理想人格最直接的標(biāo)準(zhǔn)就是圣人所代表的概念。而胡宏對此的理解，不僅對許多先賢大儒的眾多理論予以了承繼，而且還進(jìn)行了積極的探究，進(jìn)而使其提出的圣人理論極具個(gè)人特色。

(2) 4個(gè)方案的水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)都超過80%，說明上游枕頭壩二級水電站潰堰后，下游沙坪一級水電站的施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)很大。

市場成交價(jià)比較法是將相同或相似的林木資源資產(chǎn)的現(xiàn)行市場成交價(jià)格作為基礎(chǔ)，計(jì)算擬核算對象經(jīng)濟(jì)價(jià)值的方法。參照對象一般應(yīng)選取三組以上的已成功交易的可參照案例對象。其計(jì)算公式為：

(3)方案一中單獨(dú)建設(shè)時(shí)沙坪一風(fēng)險(xiǎn)率為4.61%，枕二級未失效時(shí)沙坪一風(fēng)險(xiǎn)率為3.82%，由此可知，在不考慮連潰的情況下，由于枕頭壩二級水電站具有蓄泄的功能，沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)得到降低。

(4) 對比同步建設(shè)沙坪一風(fēng)險(xiǎn)率與單獨(dú)建設(shè)時(shí)沙坪一風(fēng)險(xiǎn)率可知，考慮枕頭壩二級梯級潰堰影響后，同步建設(shè)時(shí)的下游水電站導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)要高于單獨(dú)建設(shè)時(shí)。

(5)方案二中枕頭壩二級導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)率2.65%要低于方案三中的4.21%，下游導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)率5.98%也低于方案三中的6.21%，由此可知，考慮水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)，提高枕頭壩二級導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)比提高沙坪一級導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)更能有效降低兩個(gè)水電站的施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)，方案二要優(yōu)于其他方案。

在中小學(xué)的語文、數(shù)理化等領(lǐng)域，時(shí)常會(huì)有鼓勵(lì)學(xué)生拓展和創(chuàng)造的各種活動(dòng)和比賽。而中小學(xué)的英語界，除了應(yīng)試類型的比賽，就鮮有看到其他活動(dòng)和賽事。該現(xiàn)象表明英語教育界對活動(dòng)和賽事的激勵(lì)導(dǎo)向意識不足，還體現(xiàn)了其對中小學(xué)生英語能力的信心不足，也側(cè)面體現(xiàn)了其對現(xiàn)有體制下英語教育水平的信心不足。該現(xiàn)象對市場起到了對相關(guān)英語資源的催生刺激缺乏的負(fù)面效應(yīng)。

5 結(jié) 論

本文基于Monte-Carlo方法建立了梯級施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)模型，運(yùn)用貝葉斯公式將枕頭壩二級導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)及水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合，通過風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算分析了沙坪一級電站水電站施工導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，討論了同步建設(shè)環(huán)境下上游導(dǎo)流系統(tǒng)對下游導(dǎo)流系統(tǒng)的影響。導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果表明，在梯級水電站同步建設(shè)環(huán)境下，枕頭壩二級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)的蓄泄能在一定程度上可降低下游水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。但由于兩電站相距較近，且水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)較大，沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)反而因枕頭壩二級水電站的建設(shè)而變大。因此，相較于提高沙坪一級水電站導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，提高枕頭壩二級水電站的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)更能有效地降低沙坪一級施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果符合工程實(shí)際和客觀認(rèn)知，證明了梯級施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)模型及風(fēng)險(xiǎn)度量方法的合理性，給梯級施工導(dǎo)流系統(tǒng)的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)決策提供了依據(jù)。

本文旨在描述枕頭壩二級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)對沙坪一級水電站導(dǎo)流系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響。而兩水電站相距較近，故文中對區(qū)間洪水特征及其對下游水電站風(fēng)險(xiǎn)的影響涉及較少，還需進(jìn)行專門研究。且潰堰方式分瞬間潰和漸進(jìn)潰，仍需針對不同情況改進(jìn)文中水庫連潰風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法。

致謝:本文研究過程中，得到了中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司黃維正高級工程師、任金明正高級工程師、周元高級工程師、胡小禹高級工程師、邱亞鋒高級工程師等專家指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝!