标题

第 36 卷 第 3 期 Vol. 36 No. 3 水 利 水 电 科 技 进 展 Advances in Science and Technology of Water Resources 2016 年 5 月 May 2016 DOI:10. 3880 / j. issn. 1006 7647. 2016. 03. 012 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 漫 溢 风 险 分 析 赵 庚 润, 李 羽 文, 崔 摇 冬, 杜 小 弢 ( 上 海 市 水 利 工 程 设 计 研 究 院 有 限 公 司, 上 海 摇 200061) 摘 要 : 为 明 确 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 防 御 能 力, 采 用 2012 年 防 汛 墙 高 程 监 测 数 据 以 及 黄 浦 江 防 汛 墙 设 计 参 数, 利 用 蒙 特 卡 罗 法 计 算 不 同 潮 位 下 防 汛 墙 漫 溢 概 率 以 及 远 期 海 平 面 上 升 情 况 下 的 漫 溢 概 率, 提 出 防 汛 墙 漫 溢 风 险 评 价 准 则, 并 统 计 相 应 的 漫 溢 风 险 结 果 表 明 : 现 状 防 汛 墙 防 御 能 力 明 显 不 足, 如 果 再 考 虑 到 近 年 来 黄 浦 江 水 位 趋 势 性 抬 高 及 未 来 海 平 面 上 升, 黄 浦 江 防 汛 形 势 不 容 乐 观 ; 漫 溢 高 风 险 区 主 要 集 中 在 市 区 段 上 游 ; 黄 浦 江 防 汛 墙 漫 溢 风 险 不 仅 与 防 汛 墙 高 程 欠 缺 有 关, 也 与 不 同 岸 段 采 用 的 设 计 潮 位 有 关 关 键 词 : 防 汛 墙 ; 漫 溢 风 险 ; 蒙 特 卡 罗 法 ; 风 险 分 析 ; 黄 浦 江 ; 上 海 市 中 图 分 类 号 :TV877 摇 摇 摇 文 献 标 志 码 :A 摇 摇 摇 文 章 编 号 :1006 7647(2016)03 0057 05 Overtopping risk analysis of downtown section of flood wall in Shanghai along Huangpu River / / ZHAO Gengrun, LI Yuwen, CUI Dong, DU Xiaotao( ShangHai Water Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200061, China) Abstract: In order to determine the defensive capability of the downtown section of flood wall in Shanghai along the Huangpu River, using monitoring data of flood wall elevation from 2012 and design parameters of the flood wall along the Huangpu River, the Monte Carlo method was applied to calculate the overtopping probability of the flood wall with different tide levels under the current conditions and future conditions of sea level rise, propose evaluation criteria for overtopping risk analysis of the flood wall, and quantify the corresponding overtopping risk. The results show that the current defensive capability of the flood wall is clearly insufficient and Huangpu River flood prevention is inadequate considering the rising water level of the Huangpu River in recent years and the continuing sea level rise that will occur in the future. The high 鄄 risk area of overtopping is concentrated upstream of the downtown section of the flood wall. The overtopping risk of the flood wall is related not only to the lack of elevation but also to different designed tide levels adopted in different sections. Key words: flood wall; overtopping risk; Monte Carlo method; risk analysis; Huangpu River; Shanghai 摇 摇 风 险 分 析 理 论 在 20 世 纪 30 年 代 由 军 工 生 产 发 展 而 来,20 世 纪 50 年 代 引 入 到 水 利 工 程 中, 至 今 在 防 波 堤 海 岸 工 程 工 程 结 构 抗 震 标 准 岩 土 工 程 土 石 坝 水 利 经 济 水 环 境 评 价 水 资 源 管 理 防 洪 调 度 等 方 面 得 到 了 应 用 [1] [2] Tung 等 分 静 态 和 时 变 情 况, 考 虑 了 水 文 水 力 的 不 确 定 性, 建 立 了 漫 堤 风 险 [3] 模 型 Duckstein 等 利 用 蒙 特 卡 罗 法 计 算 了 交 汇 [4] 河 段 处 防 洪 堤 的 漫 溢 风 险 Lee 等 提 出 了 基 于 防 洪 堤 的 荷 载 和 抗 力 条 件 概 率 分 布 的 防 洪 堤 性 能 动 态 模 型 Davis [5] 基 于 风 险 和 不 确 定 性 的 概 念 提 出 了 一 种 改 进 的 量 化 堤 防 工 程 中 流 量 水 位 和 损 失 的 不 确 定 性 方 法 Wolff [6] 将 防 洪 堤 不 同 失 效 模 式 的 失 效 功 能 函 数 表 示 为 洪 水 位 的 函 数 van der Meer [7] 等 在 前 人 研 究 的 基 础 上 综 合 考 虑 水 力 边 界 条 件 堤 顶 高 程 的 不 确 定 性 堤 防 的 维 修 成 本 洪 水 造 成 的 损 失 及 其 发 生 概 率 等 因 素 对 堤 防 工 程 进 行 了 风 险 分 析 Vrijling [8] 对 荷 兰 防 洪 系 统 的 概 率 设 计 方 法 进 行 总 结, 研 究 防 洪 系 统 的 概 率 设 计 方 法, 并 通 过 引 入 成 本 效 益 描 述 防 洪 系 统 的 容 许 风 险 水 平 和 决 策 问 题 [9] 在 国 内, 朱 元 甡 采 用 频 率 组 合 法 对 长 江 防 汛 墙 南 京 段 设 计 洪 水 位 的 风 险 进 行 了 分 析 赵 永 军 [10] 等 计 算 了 河 道 堤 坝 由 于 水 流 参 数 出 现 偏 差 而 失 [11] 事 的 概 率 王 卓 甫 等 提 出 了 防 洪 堤 的 边 坡 失 稳 [12] 和 渗 透 变 形 风 险 计 算 模 型 王 光 远 等 建 立 了 安 全 中 介 失 效 冶 三 级 工 作 模 式, 并 建 立 了 依 赖 于 常 规 [13] 安 全 失 效 冶 两 级 模 式 的 计 算 方 法 李 青 云 以 长 江 中 下 游 堤 防 工 程 为 背 景, 系 统 分 析 堤 防 工 程 安 全 评 价 方 法, 提 出 了 堤 防 工 程 安 全 评 价 的 方 法 和 模 型 基 金 项 目 :2015 年 上 海 市 青 年 科 技 英 才 扬 帆 计 划 (15YF1411000) 作 者 简 介 : 赵 庚 润 (1985 ), 男, 工 程 师, 硕 士, 主 要 从 事 河 口 海 岸 工 程 研 究 E 鄄 mail:zhaogengrun@ 163. com 57

[14] 朱 勇 华 等 将 防 洪 堤 的 漫 顶 破 坏 风 险 渗 透 破 坏 风 险 和 滑 动 失 效 破 坏 风 险 综 合 起 来, 研 究 了 防 洪 堤 综 [15 鄄 16] 合 防 洪 风 险 率 吴 兴 征 等 基 于 可 靠 性 理 论, 提 出 了 防 洪 堤 的 概 率 设 计 方 法 ; 对 国 内 外 土 石 坝 工 程 可 靠 性 设 计 与 结 构 风 险 评 估 的 研 究 现 状 和 发 展 趋 势 作 了 评 述, 探 讨 了 堤 坝 不 同 失 稳 模 式 的 可 靠 度 计 算 [1] 模 型 和 计 算 方 法 卢 永 金 分 析 研 究 了 围 海 工 程 设 计 中 各 种 水 力 风 险, 并 计 算 了 堤 身 滑 动 失 效 风 险 [17 鄄 18] 邢 万 波 等 将 堤 防 水 文 失 事 风 险 分 为 洪 水 漫 溢 风 险 和 洪 水 漫 顶 风 险, 建 立 了 两 种 风 险 概 率 计 算 模 型 以 及 适 合 于 单 元 堤 段 分 项 失 事 模 式 的 条 件 失 事 概 率 的 计 算 方 法 总 体 来 说, 国 内 外 很 多 学 者 在 堤 防 工 程 风 险 分 析 领 域 进 行 了 一 些 积 极 的 探 索, 但 是 仍 有 许 多 亟 需 解 决 的 难 点 问 题 国 内 的 相 关 研 究 工 作 主 要 集 中 在 洪 水 水 文 水 力 风 险 分 析 上, 对 防 洪 系 统 的 结 构 风 险 研 究 则 相 对 较 少 在 黄 浦 江 防 汛 墙 风 险 研 究 方 面, 目 前 国 内 相 关 工 作 多 集 中 在 传 统 方 法 上, 如 设 防 高 [19] 程 稳 定 性 研 究 等, 以 及 风 险 因 子 识 别 与 风 险 管 理 方 面 [20], 尚 未 见 对 防 汛 墙 具 体 各 段 漫 溢 风 险 的 研 究 风 险 分 析 中 常 用 的 失 效 概 率 计 算 方 法 有 重 现 期 法 直 接 积 分 法 随 机 抽 样 法 一 次 二 阶 矩 法 及 其 扩 展 方 法 点 估 计 法 响 应 面 法 优 化 方 法 随 机 有 限 元 法 等 蒙 特 卡 罗 法 又 称 统 计 试 验 法 或 随 机 抽 样 技 巧 法, 作 为 随 机 抽 样 法 一 种, 通 过 随 机 变 量 的 数 字 模 拟 和 统 计 分 析 来 求 取 物 理 工 程 技 术 问 题 近 似 解, 目 前 广 泛 应 用 于 各 领 域 的 概 率 和 风 险 计 算, 是 预 测 和 估 算 失 效 概 率 常 用 的 方 法 之 一 [17] 笔 者 结 合 最 新 的 黄 浦 江 防 汛 墙 高 程 实 测 资 料, 分 别 采 用 1984 年 2004 年 及 预 测 的 远 期 潮 位 成 果, 利 用 蒙 特 卡 罗 法 对 现 状 和 远 期 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 漫 溢 风 险 进 行 了 计 算, 并 划 分 了 不 同 的 风 险 区 间 范 围, 对 各 岸 段 漫 溢 风 险 进 行 了 统 计 分 析 表 1 摇 防 汛 墙 原 设 计 高 水 位 和 设 计 墙 顶 高 程 m 浦 西 堤 段 浦 东 设 计 高 水 位 墙 顶 超 高 设 计 墙 顶 高 程 吴 淞 口 钱 家 浜 吴 淞 口 草 镇 渡 口 6 郾 27 1 郾 0(0 郾 5) 7 郾 3(6 郾 8) 钱 家 浜 虬 江 草 镇 渡 口 高 桥 化 工 厂 6 郾 20 1 郾 0(0 郾 5) 7 郾 2(6 郾 7) 虬 江 定 海 桥 高 桥 化 工 厂 庆 宁 寺 6 郾 10 1 郾 0 7 郾 1 定 海 桥 外 白 渡 桥 庆 宁 寺 浦 东 公 园 6 郾 0 1 郾 0(0 郾 5) 7(6 郾 5) 外 白 渡 桥 复 兴 东 路 浦 东 公 园 杨 家 渡 路 5 郾 86 1 郾 0 6 郾 9 复 兴 东 路 日 晖 港 杨 家 渡 路 上 钢 三 厂 5 郾 70 1 郾 0(0 郾 5) 6 郾 7(6 郾 2) 日 晖 港 龙 华 港 上 钢 三 厂 严 家 浜 5 郾 50 1 郾 0 6 郾 5 龙 华 港 张 家 塘 严 家 浜 川 杨 河 5 郾 40 1 郾 0 6 郾 4 张 家 塘 淀 浦 河 川 杨 河 三 林 塘 5 郾 30 0 郾 9 6 郾 2 淀 浦 河 春 申 塘 三 林 塘 临 江 水 厂 5 郾 20 0 郾 8 6 春 申 塘 六 磊 塘 临 江 水 厂 周 浦 塘 5 郾 10 0 郾 7 5 郾 8 六 磊 塘 俞 塘 周 浦 塘 沈 庄 塘 4 郾 90 0 郾 7 5 郾 6 俞 塘 闸 港 沈 庄 塘 金 汇 港 4 郾 78 0 郾 7 5 郾 5 闸 港 樱 桃 河 金 汇 港 白 庙 港 4 郾 67 0 郾 7(0 郾 2) 5 郾 4(4 郾 9) 樱 桃 河 沪 闵 路 白 庙 港 南 横 泾 4 郾 62 0 郾 7 5 郾 4 沪 闵 路 北 沙 港 南 横 泾 南 沙 港 4 郾 56 0 郾 7 5 郾 3 北 沙 港 西 荷 泾 南 沙 港 千 步 泾 4 郾 50 0 郾 7 5 郾 2 摇 摇 注 : 高 程 基 面 为 吴 淞 基 面, 括 号 内 为 码 头 岸 段 数 据 ; 下 同 由 于 建 设 周 期 较 长, 自 建 成 以 来 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 已 出 现 不 同 程 度 的 沉 降,2012 年 防 汛 墙 高 程 监 测 结 果 如 图 1 所 示, 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 达 到 设 计 高 程 的 岸 线 长 度 仅 占 总 长 的 24% 防 汛 墙 高 程 欠 缺 比 较 严 重 的 区 段 位 于 下 游 的 杨 浦 区 虹 口 区 黄 浦 区 和 上 游 的 奉 贤 区, 平 均 欠 缺 高 度 分 别 为 0 郾 25 m 0 郾 26 m 0 郾 3 m 和 0 郾 23 m [21] 同 时 由 于 全 球 气 候 变 化 海 平 面 上 升 地 面 沉 降 和 风 暴 潮 加 剧 等 自 然 环 境 因 素 的 变 化, 以 及 人 类 活 动 影 响, 黄 浦 江 水 位 出 现 了 趋 势 性 抬 高, 现 行 千 年 一 遇 设 防 水 位 (1984 年 的 潮 位 分 析 成 果 ) 已 不 足 200 年 一 遇 的 标 准 [22] 基 于 上 述 因 素 考 虑, 准 确 计 算 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 漫 溢 风 险, 明 确 其 防 御 能 力 是 非 常 必 要 的 1 摇 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 概 况 黄 浦 江 上 接 太 湖, 下 通 长 江, 是 太 湖 流 域 主 要 水 系 黄 浦 江 水 系 的 主 干, 是 流 域 重 要 的 排 水 通 道, 具 有 流 域 行 洪 区 域 排 涝 ( 水 ) 供 水 航 运 旅 游 等 综 合 功 能 黄 浦 江 上 海 市 区 段 范 围 自 下 游 吴 淞 口 至 松 江 区 东 侧 行 政 边 界, 市 区 段 河 道 总 长 约 71 km 黄 浦 江 防 汛 墙 是 指 黄 浦 江 河 道 以 及 支 流 各 河 口 至 第 一 座 水 闸 或 者 已 确 定 的 支 流 河 口 延 伸 段 之 间 的 两 岸 堤 防 上 海 市 区 段 防 汛 墙 始 建 于 1956 年, 左 岸 自 吴 淞 口 至 西 荷 泾, 右 岸 自 吴 淞 口 至 千 步 泾 [1], 总 长 约 283 郾 07 km,1988 年 后 按 千 年 一 遇 (1984 年 批 准 的 水 位 ) 标 准 设 防, 其 设 计 高 水 位 和 墙 顶 高 程 见 表 1 58 图 1 摇 黄 浦 江 市 区 段 防 汛 墙 现 状 墙 顶 高 程 与 原 设 计 设 防 高 程 比 较

2 摇 计 算 模 型 根 据 相 关 规 范, 黄 浦 江 防 汛 墙 高 程 可 按 下 式 确 定 : Z = Z p + h s + 驻 = Z p + 驻 H (1) 用 95% 的 置 信 度 能 够 满 足 精 度 要 求, 允 许 误 差 为 着 = [2(1 - P f ) / (NP f )] 1 / 2 (7) 式 中 P f 为 预 先 估 计 的 失 效 概 率 经 过 试 算, 模 拟 10 6 组 系 列 与 模 拟 10 7 组 系 列 得 出 的 概 率 值 误 差 都 在 0 郾 3% 以 内 为 保 证 模 型 精 度, 模 拟 了 10 7 组 式 中 :Z 为 防 洪 墙 顶 标 高 ;Z p 为 设 计 洪 ( 潮 ) 水 位 ;h s 为 波 浪 爬 高 ; 驻 为 安 全 加 高 ; 驻 H 为 墙 顶 超 高, 即 设 计 洪 ( 潮 ) 水 位 以 上 超 高 防 汛 墙 漫 溢 风 险 计 算 的 功 能 函 数 为 g(x) = Z - Z p - h s - 驻 = Z - Z p - 驻 H (2) 摇 摇 利 用 任 意 随 机 数 u n u n+1, 采 用 坐 标 变 换 法 得 到 标 准 正 态 分 布 N(0,1) 的 两 个 随 机 数 x * n 和 x * n+1: x * n = ( - 2lnu n ) 1 / 2 cos(2 仔 u n+1 ) { (3) x * n+1 = ( - 2lnu n ) 1 / 2 sin(2 仔 u n+1 ) 再 利 用 下 式 变 成 一 般 正 态 分 布 N( 滋, 滓 2 ) 的 随 机 数 : x n = x * n 滓 + 滋 { (4) x n+1 = x * n+1 滓 + 滋 2 式 中 滋, 滓 分 别 为 正 态 分 布 函 数 N( x) 的 均 值 和 方 差 当 变 差 系 数 C s 较 小 时 ( 一 般 认 为 C s <2) 时, 可 用 下 式 模 拟 标 准 化 P 鄄 芋 分 布 : 渍 i = 2 æ C 1 + C st * ç n s è 6 ö 36 ø - C2 s 3-2 C s (5) 式 中 : 渍 i 为 标 准 化 P 鄄 芋 型 变 量 ;t * n 为 标 准 化 正 态 随 机 数 根 据 下 式 可 得 满 足 P 鄄 芋 型 随 机 变 量 x i 的 样 本 值 : x i = E(X)(1 + C v 渍 i) (6) 式 中 E(X) C v 分 别 为 P 鄄 芋 曲 线 的 均 值 和 变 差 系 数 利 用 得 到 的 随 机 数 用 蒙 特 卡 罗 法 计 算 失 效 概 率 时, 取 样 数 N 与 计 算 成 果 的 精 度 有 关 一 般 工 程 上 采 表 2 摇 3 摇 漫 溢 风 险 分 析 各 堤 段 多 年 平 均 最 高 潮 位 统 计 1984 年 2004 年 黄 浦 江 潮 位 统 计 成 果 如 表 2 所 示 [23] 从 表 2 可 以 看 出,2004 年 潮 位 统 计 成 果 中 高 潮 位 均 值 普 遍 比 1984 年 潮 位 统 计 成 果 高 0 郾 05 ~ 0 郾 2 m 将 得 出 的 潮 位 随 机 抽 样 数 组 与 最 新 的 黄 浦 江 防 汛 墙 高 程 实 测 数 据 代 入 功 能 函 数, 确 定 防 汛 墙 漫 溢 失 效 与 否, 即 可 从 中 求 得 防 汛 墙 漫 溢 的 风 险 概 率 3. 1 摇 现 状 防 汛 墙 漫 溢 风 险 分 析 分 别 采 用 1984 年 和 2004 年 潮 位 统 计 成 果 计 算 得 出 的 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 漫 溢 风 险 分 布 如 图 2 和 图 3 所 示 根 据 GB 50201 94 防 洪 标 准, 特 别 重 要 城 市 的 防 洪 工 程 设 计 重 现 期 应 大 于 或 等 于 200 a; 重 要 城 市 的 防 洪 工 程 设 计 重 现 期 应 为 200 ~ 100 a; 中 等 城 市 的 防 洪 工 程 设 计 重 现 期 应 为 100 ~ 50 a 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 的 设 计 标 准 为 千 年 一 遇, 考 虑 到 上 海 的 重 要 性 及 黄 浦 江 防 汛 墙 破 坏 后 导 致 损 失 的 严 重 性, 初 步 将 黄 浦 江 防 汛 墙 防 御 能 力 满 足 特 别 重 要 城 市 防 洪 标 准 的 岸 段 定 义 为 低 风 险 区 段, 将 不 满 足 中 等 城 市 防 洪 标 准 的 岸 段 定 义 为 高 风 险 区 段, 则 黄 浦 江 防 汛 墙 漫 溢 风 险 评 价 准 则 见 表 3 根 据 拟 定 的 标 准, 分 别 采 用 1984 年 和 2004 年 潮 位 统 计 成 果 计 算 得 出 的 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 漫 溢 风 险 如 表 4 所 示 堤 段 1984 年 成 果 2004 年 成 果 浦 西 侧 浦 东 侧 均 值 / m C v C s 均 值 / m C v C s 吴 淞 口 钱 家 浜 吴 淞 口 草 镇 渡 口 4 郾 79 0 郾 062 1 郾 30 4 郾 95 0 郾 062 1 郾 45 钱 家 浜 虬 江 草 镇 渡 口 高 桥 化 工 厂 4 郾 72 0 郾 062 1 郾 30 4 郾 89 0 郾 062 1 郾 45 虬 江 定 海 桥 高 桥 化 工 厂 庆 宁 寺 4 郾 67 0 郾 062 1 郾 30 4 郾 88 0 郾 067 1 郾 30 定 海 桥 黄 浦 公 园 庆 宁 寺 浦 东 公 园 4 郾 62 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 77 0 郾 067 1 郾 30 黄 浦 公 园 复 兴 东 路 浦 东 公 园 杨 家 湾 4 郾 55 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 75 0 郾 067 1 郾 30 复 兴 东 路 日 辉 港 杨 家 渡 上 钢 三 厂 4 郾 48 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 55 0 郾 067 1 郾 30 日 辉 港 龙 华 港 上 钢 三 厂 川 杨 河 4 郾 38 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 50 0 郾 067 1 郾 30 龙 华 港 张 家 塘 港 川 杨 河 鳗 鱼 嘴 4 郾 32 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 40 0 郾 067 1 郾 30 张 家 塘 港 淀 浦 河 鳗 鱼 嘴 三 林 港 4 郾 26 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 34 0 郾 067 1 郾 30 淀 浦 河 春 申 塘 三 林 塘 临 江 水 厂 4 郾 22 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 27 0 郾 064 1 郾 00 春 申 塘 六 磊 塘 临 江 水 厂 周 浦 塘 4 郾 17 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 23 0 郾 064 1 郾 00 六 磊 塘 俞 塘 周 浦 塘 沈 庄 塘 4 郾 10 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 18 0 郾 064 1 郾 00 俞 塘 闸 港 沈 庄 塘 金 汇 港 4 郾 06 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 08 0 郾 064 1 郾 00 闸 港 樱 桃 河 金 汇 港 白 庙 港 3 郾 94 0 郾 059 1 郾 23 4 郾 04 0 郾 064 1 郾 00 樱 桃 河 沪 闵 路 白 庙 港 南 横 泾 3 郾 89 0 郾 048 0 郾 46 4 郾 00 0 郾 064 1 郾 00 沪 闵 路 北 沙 港 南 横 泾 南 沙 港 3 郾 82 0 郾 048 0 郾 46 3 郾 96 0 郾 058 0 郾 50 北 沙 港 西 荷 泾 南 沙 港 千 步 泾 3 郾 74 0 郾 048 0 郾 46 3 郾 91 0 郾 058 0 郾 50 59

表 3摇 黄浦江防汛墙漫溢风险评价准则 风险等级 发生概率 <0郾 005 低风险 设计重现期 / a 0郾 005 ~ 0郾 02 中风险 大,漫溢概率也越大;在相同潮位成果不同设计潮位 >200 区段,漫溢概率不仅与防汛墙高程有关,还与不同区 <50 段采用的设计潮位有关 同样的潮位统计成果及高 50 ~ 200 >0郾 02 高风险 防汛墙高程欠缺正相关,即现状防汛墙高程欠缺越 程欠缺下,黄浦江上游防汛墙的漫溢概率明显大于 下游防汛墙的漫溢概率 例如采用 1984 年潮位统 计成果时,在防汛墙高程欠缺 0郾 2 m 时,下游吴淞口 处防汛墙的漫溢概率为 0郾 002,而上游南( 北) 沙港 处的漫溢概率则为 0郾 004 从图 2 与 图 3 可 以 看 出,虽然奉贤区防汛墙高程欠缺小于上游的杨浦区 虹口区 黄浦区,但奉贤区的漫溢风险明显超过上游 这 3 个区 因此,在评价黄浦江防汛墙的防御能力 时,不能只从防汛墙高程方面考虑,也应考虑到不同 岸段采用的设计潮位对漫溢风险的影响 如采用 1984 年潮位统计成果,现况工况下黄浦 江上海市区段防汛墙约 55% 的岸段位于漫溢的低 风险区,主要位于里程桩号 0 ~ 40 岸段;约 34% 的 岸段位于中风险区;约 11% 的岸段位于高风险区, 中高风险区域主要位于桩号 40 以上岸段 这表明 受沉降等因素的影响,现状黄浦江防汛墙防御能力 图 2摇 现状防汛墙漫溢风险分布(1984 年潮位成果) 远未达到设计标准 如采用 2004 潮位成果,即考虑到近年来黄浦江 水位趋势性抬高的影响,现状工况下黄浦江上海市 区段防汛墙仅约 13% 岸 段 位 于 漫 溢 的 低 风 险 区, 49% 以上的岸段位于漫溢的中风险区,约 38% 的岸 段位于漫溢的高风险区,黄浦江防汛墙防御能力明 显不足 从整体来看,黄浦江上海市区段防汛墙漫溢高 风险区主要集中在上游段,即桩号 50 以上段,对此 部分防汛墙防汛安全需特别注意 3. 2摇 远期防汛墙漫溢风险分析 为预测 黄 浦 江 上 海 市 区 段 防 汛 墙 远 期 ( 2020 年) 漫溢风险,在 2004 潮位统计成果的基础上,考虑 海平面 上 升 因 素 根 据 2013 年 中 国 海 平 面 公 报 [24], 预 计 未 来 30 年, 上 海 沿 海 海 平 面 将 上 升 图 3摇 现状防汛墙漫溢风险分布(2004 年潮位成果) 表 4摇 现状防汛墙漫溢风险 风险等级 低风险 中风险 高风险 1984 年潮位 2004 年潮位 85 ~ 145 mm 鉴于海平面上升对上海市远期防洪防 % 浦西侧 浦东侧 浦西侧 浦东侧 56郾 7 52郾 7 14郾 0 12郾 4 10郾 5 11郾 0 31郾 9 44郾 7 32郾 8 36郾 3 54郾 1 42郾 9 将模拟结果与图 1 结合来看,在采用相同潮位 成果下同一设计潮位的区段内,防汛墙漫溢概率与 60 潮的影响巨大,按最大预测上升速率 4郾 8 mm / a 计算, 则至 2020 年相应的多年平均最高潮位较 2004 年统 计值上升 80 mm 根据预测潮位,至 2020 年黄浦江防汛墙漫溢风 险分布如图 4 和表 5 所示,此时仅约 3% 岸段位于 漫溢的低风险区, 约 24% 岸 段 位 于 漫 溢 的 中 风 险 区,约 73% 的岸段位于漫溢的高风险区,黄浦江防 汛形势不容乐观 水利水电科技进展,2016,36(3) 摇 Tel:025 83786335摇 E鄄mail:jz@ hhu. edu. cn摇 http: / / www. hehaiqikan. cn

参考文献: [ 1 ] 卢永金. 围海工程设计中水力风险分析应用研究[ D]. 上海: 上海交通大学,2006. [ 2 ] TUNG Y,MAYS L W. Risk models for flood levee design [ J]. Water Resources Research,1981,17(4) :833鄄841. [ 3 ] DUCKSTEIN L, BOGARDI I. Application of reliability theory to hydraulic engineering design[ J]. Journal of the Hydraulics Division,ASCE,1998,107(7) :799鄄815. [ 4 ] LEE H L,MAYS L W. Improved risk and reliability model of hydraulic structures [ J ]. Water Resources Research, 1983,10(6) :1415鄄1422. [ 5 ] DAVIS D W. A risk and uncertainty based concept for sizing levee projects [ C ] / / DAVIS C A. Hydrology and hydraulics % 风险等级 浦西侧 浦东侧 低风险 4郾 5 2郾 0 高风险 74郾 3 riverine levee freeboard. Engineering Center,1991:231鄄249. 表 5摇 远期防汛墙漫溢风险 21郾 2 on Monticello: U. S. Army Corps of Engineers, Hydrologic 图 4摇 远期防汛墙漫溢风险分布 中风险 workshop 26郾 2 71郾 8 4摇 结摇 论 [ 6 ] WOLFF T F. Geotechnical reliability of levees [ C ] / / DAVIS C A. Hydrology and hydraulics workshop on risk鄄 based analysis for flood damage reduction studies. Monticello: U. S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center,1997:20鄄22. [ 7 ] van der MEER J W,de LOOFF A P,GLAS P. Integrated approach on the safety of dikes along the Great Dutch lakes [C] / / BILLY L E. Proceedings of the coastal engineering a. 受沉降及黄浦江水位抬升等因素影响,现状 黄浦江上海市区段防汛墙防御能力远未达到设计标 准 采用 1984 年潮位统计成果计算,约 11% 的岸 段位于高风险区;采用 2004 年潮位统计成果计算, 约 38% 的岸段位于高风险区,高风险区段主要集中 在上游 如考虑远期海平面上升的影响,则至 2020 年,将有 73% 的岸段位于高风险区,黄浦江上海市 区段防汛墙防御能力明显不足 b. 黄浦江防汛墙漫溢风险不仅与防汛墙高程 有关,也与采用的设计潮位有关 同样的潮位成果 和防汛墙高程欠缺下,黄浦江上游防汛墙的漫溢概 率明显大于下游防汛墙的漫溢概率 在评价黄浦江 防汛墙的防御能力时,不能只从高程方面考虑,也应 考虑到 不 同 岸 段 采 用 的 设 计 潮 位 对 漫 溢 风 险 的 影响 c. 本文的风险评价准则是在 GB 50201 94 防 洪标准 中不同城市 等 级 防 洪 标 准 的 基 础 上 提 出 的,评价准则的代表性和可靠性尚需更深入的研究 另外,漫溢风险仅是防汛墙防汛风险的一个方面,防 汛墙墙身稳定 墙前泥面冲刷趋势 地面沉降趋势, 尤其是防汛墙失效后的影响评价,都是防汛墙风险 研究的重要组成部分 综合评定黄浦江防汛墙防汛 风险尚需更全面的研究 conference. New York: ASCE,1998:3439鄄3452. [ 8 ] VRIJLING J K. Probabilistic design of water defence systems in the Netherlands [ J ]. Reliability Engineering and System Safety,2001,74(5) :337鄄344. [ 9 ] 朱元甡. 长江南京段设计洪水位的风险分析[ J]. 水文, 1989,9 ( 5 ) : 8鄄15. ( ZHU Yuanshen. Risk analysis of design flood water level in Nanjing section of Yangtze River[ J]. Journal of China Hydrology,1989,9(5) : 8鄄15. ( in Chinese) ) [10] 赵永军,冯平,曲兴辉. 河道防洪堤坝水流风险的估算 [ J]. 河海大学学报 ( 自然科学版),1998,26 (3) : 71鄄 75. ( ZHAO Yongjun, FENG Ping, QU Xinghui. Investigation on hydraulic risk of flood control dams[ J]. Journal of Hohai University ( Natural Sciences). 1998,26 (3) : 71鄄75. ( in Chinese) ) [11] 王卓普,章志强,杨高升. 防洪堤结构风险计算模型探 讨 [ J ]. 水 利 学 报, 1998, 29 ( 7 ) : 64鄄67. ( WANG Zhuofu, ZHANG Zhiqiang, YANG Gaosheng. Risk calculation model for flood levee structure[ J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1998, 29 ( 7 ) : 64鄄67. ( in Chinese) ) [12] 王光远,张鹏. 具有中介状态的工程系统的可靠性分析 [ J ]. 土 木 工 程 学 报, 2001, 34 ( 3 ) : 13鄄17. ( WANG Guangyuan, ZHANG Peng. Reliability analysis for engineering systems with intermediate state [ J ]. China Civil Engineering Journal, 2001, 34 ( 3 ) : 13鄄17. ( in Chinese) ) ( 下转第 67 页) 水利水电科技进展,2016,36(3) 摇 Tel:025 83786335摇 E鄄mail:jz@ hhu. edu. cn摇 http: / / www. hehaiqikan. cn 61

出 口 的 总 面 积, 但 为 了 降 低 管 路 损 失, 应 慎 重 选 择 出 口 管 路 的 形 式 和 管 径 d. 采 用 基 于 多 工 况 流 场 数 值 模 拟 的 性 能 预 测 技 术 来 进 行 镜 板 泵 设 计 方 案 分 析 和 性 能 优 化 与 控 制 是 可 行 的 参 考 文 献 : [1] 武 中 德, 张 宏, 张 仁 江, 等. 水 轮 发 电 机 镜 板 泵 外 循 环 技 术 [ J]. 华 中 电 力,2004,17 (6):32 鄄 34. ( WU Zhongde, ZHANG Hong, ZHANG Renjiang, et al. Technology of outer circulation with runner 鄄 pump for hydrogenerators[j]. Central China Electric Power, 2004, 17 ( 6 ): 32 鄄 34. ( in Chinese)) [2] 雷 霆, 胡 鑫 凡, 秦 留 生. 银 盘 水 电 站 推 力 轴 承 支 撑 性 能 及 镜 板 泵 外 循 环 技 术 研 究 [ J]. 机 电 工 程,2012,29 (9): 1042 鄄 1045. ( LEI Ting, HU Xinfan, QIN Liusheng. Research on thrust supports performance and runner 鄄 pump extrinsic technology of Silver Plate Hydropower Station[ J]. Journal of Mechanical & Electrical Engineering,2012, 29 (9):1042 鄄 1045. (in Chinese)) [3] 赖 喜 德, 张 翔, 卢 珍, 等. 水 力 发 电 机 组 的 镜 板 泵 流 体 动 力 优 化 研 究 报 告 [R]. 成 都 : 西 华 大 学,2013. [4] 张 翔, 王 洋, 徐 小 敏, 等. 低 比 转 速 离 心 泵 能 量 转 换 特 性 [J]. 农 业 机 械 学 报, 2011, 42 ( 7 ): 75 鄄 81. ( ZHANG Xiang, WANG Yang, XU Xiaomin, et al. Energy conversion characteristic within impeller of low specific speed centrifugal pump [ J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2011,42(7):75 鄄 81. (in Chinese)) [5 ] LU Zhen, LAI Xide, ZHANG Xiang, et al. Numerical simulation of influence of oil tank with different throat areas on mirror 鄄 plate 鄄 pump performance[ J]. Advanced Materials Research, 2013,774 / 775 / 776:347 鄄 350. [6] 刘 厚 林, 杜 辉, 董 亮, 等. 离 心 泵 蜗 壳 内 压 力 脉 动 特 性 数 值 分 析 [ J]. 水 利 水 电 科 技 进 展,2013,33 (1):18 鄄 21. ( LIU Houlin, DU Hui, DONG Liang, et al. Numerical analysis of pressure fluctuation in the volute of centrifugal pump[ J]. Advances in Science and Technology of Water Resources,2013,33(1):18 鄄 21. (in Chinese)) [7] 典 平 鸽. 低 比 转 速 离 心 泵 空 化 性 能 的 数 值 模 拟 [J]. 水 利 水 电 科 技 进 展, 2011, 31 ( 6 ): 31 鄄 34. ( DIAN Pingge. Numerical simulation of cavitation characteristics of low specific speed centrifugal pump [ J]. Advances in Science and Technology of Water Resources,2011,31 (6):31 鄄 34. (in Chinese)) [8] 王 飞, 王 庆 方, 王 勇 军, 等. 水 轮 机 蜗 壳 的 优 化 设 计 与 CFD 分 析 [ J]. 水 利 水 电 科 技 进 展,2012,32(5):86 鄄 88. ( WANG Fei, WANG Qingfang, WANG Yongjun, et al. Optimization design and CFD analysis of spiral cases of water turbines[ J]. Advances in Science and Technology of Water Resources,2012,32(5):86 鄄 88. (in Chinese)) ( 收 稿 日 期 :2015 04 30 摇 编 辑 : 郑 孝 宇 ) 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 蕚 ( 上 接 第 61 页 ) [19] 陈 锋. 上 海 地 区 防 汛 墙 加 固 工 程 关 键 问 题 [ J]. 水 利 水 [13] 李 青 云. 长 江 堤 防 工 程 安 全 评 价 的 理 论 和 方 法 研 究 电 科 技 进 展,2014,34(6):49 鄄 55. ( CHEN Feng. A study [D]. 北 京 : 清 华 大 学,2002. of the key problems of reinforcement of flood control wall [14] 朱 勇 华, 郭 海 晋, 徐 高 洪, 等. 防 洪 堤 防 洪 综 合 风 险 研 究 in Shanghai[ J]. Advances in Science and Technology of [J]. 中 国 农 村 水 利 水 电, 2003 ( 7 ): 11 鄄 14. ( ZHU Water Resources,2014,34(6):49 鄄 55. (in Chinese)) Yonghua, GUO Haijin, XU Gaohong. Flood 鄄 control [20] 朱 元 甡. 上 海 防 洪 ( 潮 ) 安 全 风 险 分 析 和 管 理 [J]. 水 利 comprehensive risk study for dikes[ J]. China Rural Water 学 报, 2002, 33 ( 8 ): 21 鄄 28. ( ZHU Yuansheng. Risk and Hydropower,2003(7): 11 鄄 14. (in Chinese)) analysis and management of flood control for Shanghai [15] 吴 兴 征, 丁 留 谦, 张 金 接. 防 洪 堤 防 的 可 靠 性 设 计 方 法 [J]. Journal of Hydraulic Engineering,2002,33(8): 21 鄄 探 讨 [ J ]. 水 利 学 报, 2003, 34 ( 4 ): 94 鄄 100. ( WU 28. (in Chinese)) Xingzheng, DING Liuqian, ZHANG Jinjie. Study on [21] 卢 永 金, 刘 新 成, 崔 冬, 等. 上 海 市 海 塘 防 汛 墙 防 汛 能 力 reliability design method of flood defenses[ J]. Journal of 调 查 评 估 [ R]. 上 海 : 上 海 市 水 利 工 程 设 计 研 究 院 有 Hydraulic Engineering, 2003, 34 ( 4 ): 94 鄄 100. ( in 限 公 司,2013. Chinese)) [22] 陈 为 民. 黄 浦 江 河 口 建 闸 工 程 经 济 效 益 分 析 [ J]. 水 利 [16] 吴 兴 征, 丁 留 谦. 土 石 坝 工 程 的 病 险 评 价 和 加 固 决 策 经 济,2002,20 (4):53 鄄 58. ( CHEN Weiming. Economic [R]. 北 京 : 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院,2004. analysis of gate project in Huangpujiang River Estuary [17] 邢 万 波. 堤 防 工 程 风 险 分 析 与 实 践 研 究 [ D]. 南 京 : 河 [ J]. Journal of Economics of Water Resources,2002,20 海 大 学,2006. (4):53 鄄 58. (in Chinese)) [18] 邢 万 波, 徐 卫 亚, 王 凯, 等. 外 秦 淮 河 堤 防 水 文 失 事 风 险 [23] 黄 浦 江 潮 位 分 析 课 题 组. 黄 浦 江 潮 位 分 析 ( 修 编 )[ R]. 分 析 [J]. 河 海 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),2006,34(3): 上 海 : 上 海 市 水 文 总 站,2004. 262 鄄 266. ( XING Wanbo, XU Weiya, WANG Kai, et al. [24] 中 国 国 家 海 洋 局,2013 年 中 国 海 平 面 公 报 [ EB / OL]. Risk analysis of hydrological failures of levees in External [ 2014 鄄 03 鄄 17 ]. http: / / www. coi. gov. cn / gongbao / Qinhuai River [ J]. Journal of Hohai University ( Natural nrhaipingmian / nr2013 / 201403 / t20140317_30621. html. Sciences),2006,34(3):262 鄄 266. (in Chinese)) ( 收 稿 日 期 :2015 04 20 摇 编 辑 : 郑 孝 宇 ) 67