水库是减少洪水灾害的主要工程措施,对其实施风险管理是新时期防洪减灾战略理念的重要体现。水库(群)防洪安全风险分析客观上可以为规划设计方案的比较选择和调度规则的确定提供定量的、一致的概率标准,且能为判断大坝是否安全提供依据,对其研究符合当前技术需求,无论在理论上,还是实践上都具有重要意义。本文以水库和梯级水库为研究对象,以风险率评估方法为主线,分别对单一水库自身防洪安全,下游防护区的防洪安全和梯级水库系统的防洪安全,以及梯级水库防洪标准的确定与系统安全协调,大坝防洪安全风险标准的确定等问题进行了研究,主要成果概括如下:(1)分析了水库防洪安全设计和常规防洪调度运行中存在的风险源,明确了水库防洪安全的主要风险因子集,即荷载因子(入库洪水和风浪),初始条件因子(起调水位),边界条件因子(水位库容关系和水位面积关系)和承载能力因子(泄洪建筑物的泄流能力,坝顶高程或防浪墙顶高程);给出了上述各风险因子的概率分布型式和参数确定方法。(2)在设计泄流能力可靠度定义的基础上,建立了水库泄洪建筑物设计泄流能力可靠度(或风险率)计算的优化模型,并提出与此相适应的PSO优化求解算法。该模型不直接假定泄流能力变量的分布型式和分布参数,而通过分析影响泄流能力最基本风险单元的组合作用来计算风险,避免了主观假定设计泄流能力分布的任意性;同时,可避免常规方法在求解复杂非线性极限状态方程时所要求的偏导运算,计算上比较简单且提高了计算精度。(3)研究分析了水库调洪演算的风险传递机理,采用随机模拟调洪和最大熵分布相结合的方法,结合实例论证了水库坝前最高水位的分布型式,认为对任何水库主观假设某一频率设计洪水下水库坝前最高水位均服从正态分布欠妥当,应当具体水库具体分析,建议采用最大熵分布作为水库坝前最高水位的分布型式来计算风险。(4)建立了洪水与风浪联合作用的漫坝风险计算模型,该模型与常规漫坝风险模型有两处不同:①利用最大熵分布是最小有偏概率分布的优点,以最大熵分布代替坝前最高水位假设的分布型式;②变换了概率组合公式,补充考虑了洪水过程模式对漫坝风险的影响。所建模型考虑因素更为全面和合理,从而提高了漫坝风险计算精度。(5)根据问题的相似性,抽象化洪水地区组成方案拟定问题为结构可靠度理论中的极限状态问题:JC法提供的设计验算点对应于组成方案,风险率对应于发生的可能性,由此来获得最或然洪水地区组成方案,克服了最或然组成方案拟定的困难。提出在推求设计洪水时,建议考虑最或然洪水组成方案,按照“多种方法,综合比较,合理选用”的做法来推求设计洪水,以进一步保证设计工程的安全。(6)利用JC法和结构可靠度理论在求解可靠度(或风险率)方面的优势,建立了下游控制断面组合洪水修正频率的计算模型,洪灾风险率由修正频率曲线内插求出。该模型和求解方法能较好地处理地区洪水的相关性问题,计算也相对简便。(7)分析了梯级水库防洪安全风险率评估方法,定义并给出了梯级水库系统失事风险率与各水库风险率之间的关系公式;提出了从规划设计到运行管理的各个环节协调和提升梯级水库防洪标准的方法和措施。(8)引入了“风险是情感”理论和新经济学中的“前景理论”,解释了人们对大坝风险的规避问题,指出了大坝安全风险标准的确定要特别重视人们对风险的认知情感;提出了大坝安全风险标准确定应遵循的原则和确定程序,以及大坝安全风险标准与防洪安全风险率标准的换算公式。