隨著工農業的發展和人口的增長，我國壹些地區，尤其是華北地區，越來越感到水資源短缺。對於非病險水庫，在汛期盡可能將洪水作為寶貴的水資源儲存，可以解決旱情問題。但如果水庫盡可能多蓄水，有人擔心土石壩會不會溢出。的確，這種擔心是可以理解的。但通過壹個科學的計算，即溢流壩的風險分析計算，可以得到洪水和風浪共同作用下土石壩溢流風險的量化數據，消除這種擔心，為水庫科學合理蓄水提供99.999%以上的安全可靠性。這樣，我們認為任何壹級的決策部門都會更放心。
二、溢流壩風險分析理論簡介
溢流是指壩前水位超過壩頂，水溢出壩頂向下流動。風險是指水庫大壩溢出的可能性。大壩溢流風險是指分析期內壩前水位超過壩頂的概率。造成大壩溢流的主要風險因素來自入庫洪水、風浪、庫容和泄流能力四個方面的不確定性。至於入流洪水，大家都承認是隨機的，就不贅述了。關於泄流能力，雖然在傳統的水庫設計中，泄流建築物包括溢洪道和溢洪道的泄流能力都是作為壹個確定的量來處理的，但嚴格來說，泄流能力是不確定的。其不確定性來源於將真實的三維水流簡化為壹維水流模型所帶來的不確定性、糙率值的不確定性、模型試驗的縮尺效應以及施工中各種幾何尺寸的允許誤差等等。作者認為，所有這些影響泄流能力的隨機因素，都可以通過將泄水建築物的泄流系數視為壹定範圍內的隨機變量來處理。在傳統的水庫計算中，庫容或庫區被認為是確定性的。但實際上，它們是不確定的。人工測得的庫區等高線圖存在隨機誤差；用等高線圖計算庫容時，用梯形法或辛普森法都存在簡化誤差。庫區每年都遭受洪水，不可避免地導致侵蝕和淤積。但由於人力物力有限，不可能每年都對庫區水下地形進行精確測量，因此沖淤也會造成庫容的不確定性。風，什麽時候吹，從什麽方向吹，有多快，多少級，還是隨機的。對於土壩，風引起的水面壅水高度E和風浪沿斜坡壩面的爬高Rp自然是隨機的。需要指出的是，在壹般水庫水位條件下，壹般風引起的水面回水和風浪爬高不會引起大壩溢流。只有當洪水到來，水庫水位上升到壹定值時，風浪的作用才有可能配合洪水火上澆油，導致潰壩的風險。因此，統計風序列的前提應該是統計每次洪水時的風力，但由於目前缺乏這方面的資料，出於安全考慮，壹般采用汛期最大風序列。對於大壩溢流風險，只有吹向壩體的風在大壩溢流事故中起作用，所以對於大壩溢流風險，有效風應為汛期吹向壩體的最大風系。
嚴格來說，壩頂高程也存在不確定性。它來源於測量誤差和壩頂沈降，但對於已完成的工程，其離散性很小，可視為常數，不影響計算精度。
這樣，水庫調洪過程是壹個隨機過程，其調洪演算方程是壹個隨機微分方程。我們不僅要求每個隨機變量的均值，還要求其方差的值。在以校核洪水或設計洪水為上限的洪水序列和汛期向壩體吹來的有效風序列的共同作用下，土石壩的潰壩風險必須通過逐時數值積分得到。計算中，當壩頂控制高程取Zc1，防波堤堤頂控制高程取Zc2時，對應的洪水水位將分別得到相應的洪水風險值。用1減去溢流壩的計算風險值，得到給定洪水位條件下，校核或設計洪水系列和汛期有效風系列共同作用下溢流壩的安全可靠度。具體的大壩溢流風險模型及其計算方法限於篇幅，不再贅述。請參考相關文獻。溢流壩的安全可靠性目前沒有國家或行業標準。在分析了國內外溢流壩和潰壩的統計數據後，我們提出溢流壩的可接受風險為10-6。這相當於不可抗拒的地震風險數量級，或者可以接受溢流壩的安全可靠度在99.999%以上。對溢流壩風險的研究和實踐，也為今後制定溢流壩安全可靠性規範奠定了科學基礎。根據設計規定的水庫汛期限制水位，可采用上述風險分析方法和價值標準進行土壩溢流安全評價。如果其安全可靠性低於99.999%，必須盡快采取措施確保安全；如果可靠度遠高於99.999%，說明還有蓄水能力。對於壩身牢固、管理人員好、有洪水預報系統的大型水庫，以及中型水庫，可以考慮在確保溢流壩安全可靠度高達99.999%的前提下，提高其汛限水位，盡可能多攔洪水，以減輕下遊防洪壓力，儲備寶貴的水資源，做到興利除害並舉。
三、工程實例
下表列出了上述方法在陡河水庫和清河水庫的成功應用。在進行大壩溢流風險分析時，用於安全控制的臨界高程Zc有兩種:第壹種是取土壩壩頂高程Zc1，僅抵抗洪水和風浪的回水高度；二是取防波堤墻頂標高Zc2抵抗洪水，風的高度和風浪的爬升。當然，不同的臨界高程，計算的大壩溢流風險是不同的。
第四，釋疑
也許有人會問:這樣壹來，安全性超高不就沒了嗎？關於這個問題，我們做如下兩點解釋:第壹，在傳統的水庫調度計算中，除了洪水是具有壹定頻率的隨機事件外，水庫庫容、庫區、汛期習俗、泄水建築物泄流能力都是作為確定量處理的，壹旦給定了洪水頻率，洪水過程線也就變成了確定量。在這種情況下，人們采用安全超高，即在水庫演算的最高水位上加壹個高度作為安全超高來保證安全，這實質上包括了確定時沒有考慮的所有不確定性。另壹方面，當我們將洪水、風洞高度和爬高、庫容和庫容面積、泄流能力視為隨機量，將洪水調度過程視為隨機過程時，這些不確定性已經考慮在內，因此沒有必要采用安全超高。
第二，退壹步講，即使按照國外常用的潛在公害分類方法，大壩可以視為高公害，上述分析方法也是適用的，但臨界標高Zc可以選在壩頂以下或防波堤頂以下的位置，所以這個標高與壩頂或防波堤頂的高度差相當於多余的安全超高。但此時大壩溢流風險是否應維持在10-6的量級，還有待進壹步研究。在我看來，似乎沒有必要保持這麽高的標準。
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