预测溃坝概率：对专家定性描述进行定量化

从风险分析的水平〔5〕来看,可以分为4种不同的水平,即初筛(Screening)、初步分析(Preliminary)、详细分析(Detail)和非常详细分析(Very Detail)。在详细分析和非常详细分析中,需通过可靠度理论计算来获得某一事件出现的概率,将会提出非常高的技术资料要求,往往难以达到,而且中间的某些环节是难以进行理论分析的。目前,世界上溃坝概率分析极少采用详细分析的方法。绝大多数的风险分析是根据不同要求,采用初筛或初步分析的方法。在初步分析时,破坏概率主要依靠经验来估算,目前常用的方法是历史资料统计法和专家经验法。

2.5.1 历史资料统计法

所谓历史资料统计法,是根据历史上发生过类似事件的概率,来确定将来发生该事件的可能性。但是历史上该事件(如发生渗流破坏)发生时,大坝内部和外部条件和所分析的水库大坝的内部、外部条件是不同的,很可能彼此没有可比性和可借用性。因此,历史资料统计的应用应注意可比性,和专家经验相互比较,谨慎使用。

2.5.2 专家经验

国际上目前通用的方法是采用专家经验来定量确定溃坝过程中各个环节发生的概率,把专家对某一事件可能出现的定性判断转化为可能出现的定量概率。国际上已有几种经验供参考。

(1)Barneich和Vick提出的事件发生定性判断和定量概率的转换。表2.14是Steven G.Vick在1992年、J.Barneich分别在1992年和1996年提出的事件发生概率的定性描述和定量概率之间的转换关系表。这些关系表已经有不少专家(如M.A.Foster、Robin Fell)予以引用。

表2.14　Barneich和Vick提出的定性描述和定量概率间转换表

Steven G.Vick在其著作中[10]中用试验结果验证了1992年提出的转换表的正确性。美国垦务局[11]也在1999年提出了结合两者优点的一种转换表,如表2.15所示。

表2.15　美国垦务局1999年提出的转换表

这些转换表把专家的定性描述判断转化为定量的发生概率,围绕着事件是否会发生的定性描述进行判断,将概率分成5～7个等级来赋值。从转换表来看,各国专家根据各自的爱好、经验和本国的具体情况,选择不同方式把定性描述转化为定量概率,并没有认为哪一种更好。事实上,上述诸表是适用于任何过程的一些原则,都还存在一些不足。如0.1～1.0之间是各种事件发生概率的集中区,而Barneich(1996)提出的转换表中,恰恰缺乏该区域的表述;在Vick(1992)提出的转换表中,对于一些小概率事件(如发生概率为0.001、0.0001的事件)缺乏足够的估计。美国垦务局在上述两个方面做了修正,提出了分为7个区域的转换表(表2.15),但是对某一事件是否可能发生的描述是否准确,缺乏判断的依据,在具体事件的判别中,可能由于个人实际判断依据不同而带来较大的分歧和差别。为此,澳大利亚2003年的风险评价导则中给出了判断的依据。(www.xing528.com)

(2)2003年澳大利亚的风险评价导则列出了如表2.16所示的各种程度可能性的定性描述与相应概率,并给出了判断依据。在表2.16中,10-4～10-6虽然理论上是可能的,但实际上是难以准确区分的,操作非常困难,没有必要分得这么细;在0.2～0.9的区间内,将集中绝大多数事件的发生与否,应该再予以细化,有助于实际操作;尽管给出了判断依据,但判断依据过于笼统,没有给出专业方面的表述,实际判断中还有很大困难。

表2.16　定性描述和事件发生概率的转换(Bowden,2001)

大坝溃决实际上是各种事件发生发展的结果,很多过程的判断是复杂的。例如,判断“发生渗流破坏”这个事件时,是否可能发生,将牵涉到许多方面的情况,如工程的设计、施工、管理是否存在隐患,多年运用中是否出现过渗流破坏迹象,现状防渗体系情况如何,监测资料反映的坝体实际情况如何等,只有在对上述问题的正确理解和准确判断下,才能够对是否会发生渗流破坏这一事件做出正确判断。上述转换表都没有对具体问题的判断过程给予细化。没有一个专家是万能的,不可能根据上述原则性的转换表对所有环节都能做出准确判断。因此,必须在可操作性方面作进一步的完善,在判断依据上给予细化。

(3)我国的定性描述和概率转换建议表。在定性描述和事件发生概率的转换方面,我国尚无成熟的经验。很多水库大坝已经做过安全鉴定,根据规定,6～10年要进行一次。安全鉴定中,已经对洪水标准、工程质量、现场安全检查、运行管理、渗流安全、结构安全、金属结构、地震安全等方面作了专题的研究分析,并根据分析结果作出了分级评价。安全鉴定的关心重点是工程某一方面的安全性是否满足设计和规范的要求,工程是否安全;风险分析关心重点是溃决事件是否会发生,构成这一事件的各个环节是否会发生。尽管重点有所不同,但安全鉴定结果对溃决事件是否发生的判断是十分重要的,对这些前期资料的掌握有助于判断的正确性和准确性,两者的有机结合可以大大增加判断的可操作性。结合我国具体情况和国外使用经验,笔者提出了如表2.17所示的事件是否发生的定性描述到概率间的转换关系。

从总结出的可能破坏途径和模式看,要判断溃决事件发生的概率,主要牵涉到表2.18中10个方面的主要环节发生的可能性。

表2.17　我国大坝破坏事件发生的定性描述和概率对应表

表2.18　与溃坝事件发生有关的10个主要环节

上述各个环节发生的概率,可参考附表1～附表10,它们是这10个主要环节发生概率的判断依据。表中将定性评价分为5级,即很可能(靠)、可能(靠)、一般、不可能(靠),很不可能(靠),每级概率在一定范围内变化,专家可根据自己的经验赋分。

如果某一环节没有包含在上述10个事件之内,则可根据附表原则制订。