CN108959816A - 高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利水电工程施工导流风险分析技术，其公开了一种高拱坝施工初‐中期导流风险率检测方法，准确合理量化高拱坝施工初‐中期导流风险率，为水电工程施工度汛安全风险评估、导流风险决策、分配等提供重要的理论依据。该方法包括以下步骤：a.进行高拱坝施工初‑中期挡水度汛面貌仿真分析，获取挡水度汛面貌数据；b.构建高拱坝施工初‑中期导流风险数学模型；c.对施工洪水、导流洞泄流能力随机因素进行参数分析，确定各随机因素的分布参数；d.进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟；e.进行高拱坝施工初‑中期导流风险率计算；f.对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别。本发明适用于高拱坝施工初‑中期导流风险率的检测。

Description

高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程施工导流风险分析技术，特别涉及高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法。

背景技术

在水利水电工程建设过程中，施工导流是贯穿水利水电工程建设全过程的关键环节之一，是施工组织设计的重要内容，牵涉到导流建筑物的布置与设计、施工阶段划分、首台机组发电期等，影响工程建设全过程。然而，施工导流系统作为风险性系统，一旦发生漫顶溃决事件，将严重影响工程本身的安全、进度及效益，并可能造成下游人民群众的人身伤害和财产损失。

峡谷区高拱坝施工导流独具特性，其度汛阶段一般划分为初期导流、中期导流、后期导流，而导流洞运行贯穿施工初-中期导流阶段，同时，随着拱坝坝体浇筑的不断上升，挡水建筑物属性也不断发生变化。通常情况下，高拱坝施工初期挡水建筑物为围堰，中期为拱坝坝体本身。因此，科学合理地检测高拱坝施工初-中期导流风险对工程建设具有重要的理论意义和应用价值。

在施工导流风险研究领域，导流风险率作为导流标准决策、风险分配和补偿等的重要指标数据，受到相关领域学者和工程师的高度重视。张超[2012年]、刘全[2014年]建立了梯级建设环境下的施工初期导流风险模型。这些模型主要探索了水电工程施工初期阶段的挡水度汛风险，却难以全面反映整个施工期的导流风险。随着高坝大库水电工程的建设，Humberto[2013年]、张超[2014年]、刘潋[2016年]建立的高堆石坝挡水风险模型表达考虑了坝体填筑高程的变化，但高堆石坝施工机理与高拱坝完全不同，因而难以适用于高拱坝的施工导流；李宗坤等[2015年]构建了土石坝建设期漫坝风险模型，该模型考虑了施工进度的随机性，但施工进度随机参数具有较大的主观性，难以贴近工程实际。

可见，当前已有研究中，风险模型仅能够反映初期导流阶段的挡水度汛风险，从而隔离开施工初期、中期导流阶段，或者无法反映高拱坝施工机理和坝体实际浇筑变化过程，风险模型及分析方法难以满足高拱坝施工风险率检测的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，准确合理量化高拱坝施工初-中期导流风险率，为水电工程施工度汛安全风险评估、导流风险决策、分配等提供重要的理论依据。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，包括以下步骤：

a.进行高拱坝施工初-中期挡水度汛面貌仿真分析，获取挡水度汛面貌数据；

b.构建高拱坝施工初-中期导流风险数学模型；

c.对施工洪水、导流洞泄流能力随机因素进行参数分析，确定各随机因素的分布参数；

d.进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟；

e.进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算；

f.对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别。

作为进一步优化，步骤a中，高拱坝混凝土施工受到结构体型、机械配置、浇筑能力、温度控制、施工导流等众多因素的影响，是一项十分复杂的系统工程，综合考虑众多复杂约束条件，对高拱坝施工过程进行计算机模拟，可以用随机动态数学逻辑关系模型函数来描述该过程(参考钟登华等著作：《面向对象的高拱坝施工全过程动态仿真》)，即状态转移方程为：

H(i,t)＝H(i,t-1)+△H(t),t＝1,2,…,T,i为坝段号 (1)

式中：T为有效施工时间；H(i,t)为第i坝段，第t浇筑层的高程；△H(t)为该浇筑层厚度；

控制目标函数为：

Opt(f_d(X),f_u(X),f_s(X)) (2)

式中：f_d(X)为工期的目标函数；f_u(X)为机械利用率目标函数；f_s(X)为大坝浇筑施工强度目标函数；X为施工方案。面向设计阶段的高拱坝施工仿真的目标是在一定约束条件下，寻求满足施工进度计划的较短施工工期、较优的机械利用率、较为均衡的浇筑施工强度所对应的施工方案。

施工约束条件为：

s.t.S(i,j,t)＝0 (3)

其中，

作为进一步优化，步骤a具体包括：

a1、高拱坝施工仿真参数优化；

a2、基于仿真模型采用优化后的仿真参数进行仿真，得到坝体施工全过程各月浇筑和接缝灌浆高程动态仿真成果系列；

a3、基于高拱坝施工导流特性，根据导流工程规模，划分导流阶段，进行施工导流规划；

a4、获取高拱坝施工初期汛前挡水度汛面貌数据：

设初期导流年限为k年，坝体浇筑高程在第k+1年主汛前超过围堰顶高程时进入中期导流阶段，设中期导流年限为t年，初期导流阶段由围堰挡水度汛，则施工初期汛前挡水度汛面貌表达为：

Z_WBj＝H_WI，其中j＝1,2,…,k (4)式中，H_WI为初期导流围堰顶高程；

a5、获取高拱坝施工中期汛前挡水度汛面貌数据：

即获取中期导流阶段主汛前接缝灌浆灌区底高程和坝体浇筑高程组合系列，用矩阵表达为[Z_HBi，Z_HGi]，其中i＝1,2,…,t，可进一步用函数表达为：

[Z_HBi，Z_HGi]＝f_F(W_P)，其中i＝1,2,…,t (5)

式中，W_P为大坝施工方案进行优化后的施工仿真参数；f_F为高拱坝施工仿真函数中仿真参数与中期挡水度汛面貌矩阵的对应法则。

作为进一步优化，步骤a1中，所述高拱坝施工仿真参数优化，具体包括：按照大坝混凝土施工规程规范和设计成果要求基本参数，在基本参数的基础上，参照实际施工经验对部分参数进行优化得到最终仿真参数。

作为进一步优化，步骤b具体包括：

面向工程设计阶段，基于优化的高拱坝施工仿真成果，在一定导流标准、导流洞布置格局、围堰规模条件下，统计分析在导流洞运行的k+t年限内发生主汛期洪水位超过建筑物挡水高程的综合动态风险率，构建高拱坝施工初-中期导流动态风险数学模型为：

式中，R为高拱坝施工初-中期导流动态风险率；R_I为施工初期围堰挡水风险率；R_Mi为高拱坝施工中期度汛第i年的挡水风险率；

其中R_I＝P(max(Z_H(t))>Z_WBj|S_D) (7)

式中，Z_H(t)为主汛期坝前水位动态变化过程；其中j＝1,2,…,k；

式中，i＝1,2,…,t。

作为进一步优化，步骤c中，所述施工洪水洪峰流量符合P-Ⅲ型分布，其密度函数如下：

式中，α,β,a₀分别为P-III型分布的形状、刻度和位置参数；

式中，C_s为P-III型分布的离差系数；C_v为P-III型分布的离势系数；μ_Q为P-III型分布的均值。

作为进一步优化，步骤c中，所述施工导流洞泄流能力系数η服从三角形分布。

作为进一步优化，步骤d中，所述进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟具体包括以下步骤：

d1、输入模型参数，并确定模型仿真次数N₀；

d2、产生施工洪水洪峰流量随机数，模拟施工洪水过程；

d3、产生泄流能力系数随机数，拟合泄流能力曲线；

d4、通过反复的抽样模拟计算，经调洪演算仿真得到坝前最高洪水位max(Z_H(t))系列。

进一步，步骤e中，所述进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算，具体包括：

e1、统计分析最高洪水位max(Z_H(t))系列超过上游围堰高程H_WI的次数，记为NI，则

e2、统计分析最高洪水位max(Z_H(t))超过坝体第i年中期度汛挡水高程的次数，记为N_Mi，则

e3、根据高拱坝施工初-中期导流动态风险率的估算式进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算，所述高拱坝施工初-中期导流动态风险率的估算式为：

作为进一步优化，步骤f中，所述对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别，具体包括：

根据风险分析理论，在进行施工导流工程风险设计时，首先将设计洪水重现期转换为设计风险率，再计算仿真得到的导流风险率进行比较来判别导流洞设计的合理性；设高拱坝初期导流标准相应的洪水重现期为T_IE，中期度汛标准相应的洪水重现期T_ME，同时转化得到初期导流设计风险率R_IE和中期导流设计风险率R_ME，计算表达为：

依据中国现行规程规范要求，高拱坝坝体中期度汛洪水标准在坝体超过围堰顶高程后的某时间点骤然大幅提高，而导流洞设计需同时满足初期和中期防洪度汛的要求；由于中期导流挡水度汛存在两种情况，若中期导流阶段某年挡水建筑物仍为围堰时，该年导流风险判别准则应为R_Mi≤R_IE，此时R_I＝R_Mi；若中期导流阶段某年挡水建筑物为大坝时，该年导流风险判别准则应为R_Mi≤R_ME，此时R_I>R_Mi；

因此，导流洞尺寸设计方案满足设计规范规定的风险判别准则为：

本发明的有益效果是：

在应用施工仿真技术获取施工初-中期挡水度汛面貌数据的基础上，综合考虑水文、水力随机因素的影响，本发明提出的高拱坝施工初-中期导流风险模型及求解方法不仅能够客观反映高拱坝施工中期度汛过程中可能存在的两种挡水情况，而且能够全面合理地检测高拱坝施工初-中期导流风险率。同时，可对初拟的导流洞设计方案进行设计合理性判别，优选导流设计方案，克服了传统风险检测技术的不足，为高拱坝导流工程设计优化和风险决策提供了重要的理论依据。

附图说明

图1为本发明中的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法流程图；

图2为实施例中坝体浇筑与接缝灌浆进度图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，准确合理量化高拱坝施工初-中期导流风险率，为水电工程施工度汛安全风险评估、导流风险决策、分配等提供重要的理论依据。

如图1所示，本发明中的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法包括以下步骤：

高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，包括以下步骤：

a.进行高拱坝施工初-中期挡水度汛面貌仿真分析，获取挡水度汛面貌数据；

b.构建高拱坝施工初-中期导流风险数学模型；

c.对施工洪水、导流洞泄流能力随机因素进行参数分析，确定各随机因素的分布参数；

d.进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟；

e.进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算；

f.对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别。

作为进一步优化，步骤a中，高拱坝混凝土施工受到结构体型、机械配置、浇筑能力、温度控制、施工导流等众多因素的影响，是一项十分复杂的系统工程，综合考虑众多复杂约束条件，对高拱坝施工过程进行计算机模拟，可以用随机动态数学逻辑关系模型函数来描述该过程(参考钟登华等著作：《面向对象的高拱坝施工全过程动态仿真》)，即状态转移方程为：

H(i,t)＝H(i,t-1)+△H(t),t＝1,2,…,T,i为坝段号 (14)

式中：T为有效施工时间；H(i,t)为第i坝段，第t浇筑层的高程；△H(t)为该浇筑层厚度；

控制目标函数为：

Opt(f_d(X),f_u(X),f_s(X)) (15)

式中：f_d(X)为工期的目标函数；f_u(X)为机械利用率目标函数；f_s(X)为大坝浇筑施工强度目标函数；X为施工方案。面向设计阶段的高拱坝施工仿真的目标是在一定约束条件下，寻求满足施工进度计划的较短施工工期、较优的机械利用率、较为均衡的浇筑施工强度所对应的施工方案。

施工约束条件为：

s.t.S(i,j,t)＝0 (16)

其中，

作为进一步优化，步骤a具体包括：

a1、高拱坝施工仿真参数优化；

a2、基于仿真模型采用优化后的仿真参数进行仿真，得到坝体施工全过程各月浇筑和接缝灌浆高程动态仿真成果系列；

a3、基于高拱坝施工导流特性，根据导流工程规模，划分导流阶段，进行施工导流规划；

a4、获取高拱坝施工初期汛前挡水度汛面貌数据：

设初期导流年限为k年，坝体浇筑高程在第k+1年主汛前超过围堰顶高程时进入中期导流阶段，设中期导流年限为t年，初期导流阶段由围堰挡水度汛，则施工初期汛前挡水度汛面貌表达为：

Z_WBj＝H_WI，其中j＝1,2,…,k (17)

式中，H_WI为初期导流围堰顶高程；

a5、获取高拱坝施工中期汛前挡水度汛面貌数据：

即获取中期导流阶段主汛前接缝灌浆灌区底高程和坝体浇筑高程组合系列，用矩阵表达为[Z_HBi，Z_HGi]，其中i＝1,2,…,t，可进一步用函数表达为：

[Z_HBi，Z_HGi]＝f_F(W_P)，其中i＝1,2,…,t (18)

式中，W_P为大坝施工方案进行优化后的施工仿真参数；f_F为高拱坝施工仿真函数中仿真参数与中期挡水度汛面貌矩阵的对应法则。

作为进一步优化，步骤a1中，所述高拱坝施工仿真参数优化，具体包括：按照大坝混凝土施工规程规范和设计成果要求基本参数，在基本参数的基础上，参照实际施工经验对部分参数进行优化得到最终仿真参数。

作为进一步优化，步骤b具体包括：

面向工程设计阶段，基于优化的高拱坝施工仿真成果，在一定导流标准、导流洞布置格局、围堰规模条件下，统计分析在导流洞运行的k+t年限内发生主汛期洪水位超过建筑物挡水高程的综合动态风险率，构建高拱坝施工初-中期导流动态风险数学模型为：

式中，R为高拱坝施工初-中期导流动态风险率；R_I为施工初期围堰挡水风险率；R_Mi为高拱坝施工中期度汛第i年的挡水风险率；

其中R_I＝P(max(Z_H(t))>Z_WBj|S_D) (20)

式中，Z_H(t)为主汛期坝前水位动态变化过程；其中j＝1,2,…,k；

式中，i＝1,2,…,t。

作为进一步优化，步骤c中，所述施工洪水洪峰流量符合P-Ⅲ型分布，其密度函数如下：

式中，α,β,a₀分别为P-III型分布的形状、刻度和位置参数；

式中，C_s为P-III型分布的离差系数；C_v为P-III型分布的离势系数；μ_Q为P-III型分布的均值。

作为进一步优化，步骤c中，所述施工导流洞泄流能力系数η服从三角形分布。

作为进一步优化，步骤d中，所述进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟具体包括以下步骤：

d1、输入模型参数，并确定模型仿真次数N₀；

d2、产生施工洪水洪峰流量随机数，模拟施工洪水过程；

d3、产生泄流能力系数随机数，拟合泄流能力曲线；

d4、通过反复的抽样模拟计算，经调洪演算仿真得到坝前最高洪水位max(Z_H(t))系列。

进一步，步骤e中，所述进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算，具体包括：

e1、统计分析最高洪水位max(Z_H(t))系列超过上游围堰高程H_WI的次数，记为NI，则

e2、统计分析最高洪水位max(Z_H(t))超过坝体第i年中期度汛挡水高程的次数，记为N_Mi，则

e3、根据高拱坝施工初-中期导流动态风险率的估算式进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算，所述高拱坝施工初-中期导流动态风险率的估算式为：

作为进一步优化，步骤f中，所述对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别，具体包括：

根据风险分析理论，在进行施工导流工程风险设计时，首先将设计洪水重现期转换为设计风险率，再计算仿真得到的导流风险率进行比较来判别导流洞设计的合理性；设高拱坝初期导流标准相应的洪水重现期为T_IE，中期度汛标准相应的洪水重现期T_ME，同时转化得到初期导流设计风险率R_IE和中期导流设计风险率R_ME，计算表达为：

依据中国现行规程规范要求，高拱坝坝体中期度汛洪水标准在坝体超过围堰顶高程后的某时间点骤然大幅提高，而导流洞设计需同时满足初期和中期防洪度汛的要求；由于中期导流挡水度汛存在两种情况，若中期导流阶段某年挡水建筑物仍为围堰时，该年导流风险判别准则应为R_Mi≤R_IE，此时R_I＝R_Mi；若中期导流阶段某年挡水建筑物为大坝时，该年导流风险判别准则应为R_Mi≤R_ME，此时R_I>R_Mi；

因此，导流洞尺寸设计方案满足设计规范规定的风险判别准则为：

实施例：

以金沙江上游某高拱坝工程中实施为例，该坝坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高217.0m。枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物三大系统组成。枢纽工程为一等大(1)型工程，采用城门洞型导流洞，其运行贯穿施工初-中期度汛阶段。初期导流标准采用20年一遇洪水标准，中期导流标准采用100年一遇洪水标准。

在设计之初，初拟了四个导流洞设计方案，各个方案的指标如下表1所示：

表1：导流洞方案设计指标

项目	条数-洞径(m)	洞径面积(m2)	HWI(m)	围堰高度(m)	导流投资(万)
						方案A	2-11×14	143.62	2771.14	63.14	47084
方案B	2-11.5×14	150.07	2766.90	58.90	47601
						方案C	2-11×15	154.62	2764.45	56.45	48366
方案D	2-12×14	156.52	2763.22	55.22	48519

为保证大坝施工期度汛安全，综合考虑各方面因素，结合工程的实际情况，采用本发明对该高拱坝工程四个初拟的导流洞设计方案进行了施工初-中期导流风险率的计算分析，从而选择较优的导流洞设计方案。具体实现步骤如下：

1、高拱坝施工初-中期挡水度汛面貌仿真分析，获取挡水度汛面貌数据。

高拱坝混凝土施工受诸多因素的影响和制约，相关参数取值严格按照规程规范及设计成果采用，成果反映国内平均先进施工水平。根据施工总进度及初拟导流工程规模的要求，进行施工仿真。大坝混凝土浇筑工期共44个月，计划第五年10月开浇，预计第九年5月浇筑到顶，接缝灌浆至高程2894.00m为第九年9月底。根据施工仿真结果，主要拱坝坝体浇筑结果统计表如表2所示，大坝浇筑和接缝灌浆进度如图2所示。

表2：施工仿真结果统计

序号	名称	仿真结果统计
			1	开浇时间	第5年10月1日
2	浇筑完工时间	第9年5月17日
			3	浇筑工期	44个月
4	接缝灌浆完工时间	第9年9月底
			5	混凝土浇筑月高峰强度	9.1万m3
6	月平均浇筑强度	5.89万m3
			7	不均衡系数	1.55
8	平均月浇筑仓数	27仓
			9	最高月浇筑仓数	54仓
10	最大月上升高度	9m
			11	平均月上升高度	4.92m

结合初拟的导流洞设计方案及施工动态仿真成果，初期导流标准采用20年一遇洪水标准；第七年5月底主汛前坝体浇筑至Z_HB1＝2775.00m高程，此时超过围堰顶高程H_WI，进入中期导流阶段，但接缝灌浆高程仅仅到Z_HG1＝2712.00m，远低于围堰高程H_WI难以满足挡水要求，此时仍为围堰挡水；第八年5月底主汛前坝体浇筑至Z_HB2＝2838.00m高程，接缝灌浆高程Z_HG2＝2784.00m，超过围堰高程H_WI满足坝体挡水要求，施工期临时度汛洪水标准依规范取上限为100年一遇，施工导流规划拟定如表3所示，此时得到中期度汛施工形象面貌高程

表3:施工导流规划

进一步，结合施工导流规划成果，初期导流时间为第二年11月至第七年5月，挡水年限为k＝4年，导流标准取20年一遇；中期导流时间为第七年6月至第八年10月，挡水年限为t＝2年，其中第一年为围堰挡水，导流标准取20年一遇，坝体中期度汛第一年挡水高程为H_WI；第二年为坝体挡水，导流标准取100年一遇，坝体中期度汛第二年挡水高程为Z_HG2＝2784.00m。

2、施工洪水、导流洞泄流能力随机因素的参数分析，确定各随机因素的分布参数。

(1)水文随机性参数。工程坝址位于两个水文站之间，按照相应规范采用面积比内插方法计算坝址处洪峰流量。考虑洪峰流量参数服从P-III型分布，上游的水文站汛期设计洪水洪峰流量参数分布均值μ_Q＝3870m³/s，离差系数C_v＝0.30，离势系数C_s＝4.0×C_v；下游的水文站汛期设计洪水洪峰流量参数分布均值μ_Q＝2520m³/s，离差系数C_v＝0.33，离势系数C_s＝4.0×Cv。接着通过按洪峰放大典型洪水过程来模拟施工洪水过程，典型洪水过程线采用该电站2005年汛期洪水过程线。

(2)水力随机性参数。导流洞泄流能力系数η结合本工程导流工程特性，分布参数的下限、均值、上限取值分别为0.95、1、1.03。

3、导流风险的随机模拟及判别

基于Monte Carlo方法原理，根据计算参数，仿真次数取100000次，得到不同导流洞设计方案对应的风险率成果,如表4所示：

表4：风险率估计及判别

通过表4得出，初期导流风险率随洞径增大而变大，但差别微小；若基于传统技术的初期导流风险模型，R_I、R_M1都小于R_IE，表明四个方案的导流洞设计都能满足初期导流的设计要求；同时，从施工初-中期全过程导流风险率R看，方案A的综合风险最小。但是，根据本文方法得到的中期导流风险率，方案A、B得到的R_M2>R_ME，表明其设计不满足施工中期导流的设计要求，而方案C、D得到的R_M2<R_ME，表明其设计满足施工中期导流的设计要求，并且从工程投资角度，方案C较优。该结论表明本发明克服了以往传统技术的初期导流风险模型的不足。

按照本发明的方法，获得了以下重要成果：①计算了不同导流设计方案对应的初-中期导流风险率；②对导流洞设计方案进行了风险判别，选择了较优的导流洞设计方案。从而为高拱坝初-中期度汛安全风险评估、汛前施工进度计划制定等提供了重要基础数据。

Claims (10)

1.高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.进行高拱坝施工初-中期挡水度汛面貌仿真分析，获取挡水度汛面貌数据；

b.构建高拱坝施工初-中期导流风险数学模型；

c.对施工洪水、导流洞泄流能力随机因素进行参数分析，确定各随机因素的分布参数；

d.进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟；

e.进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算；

f.对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别。

2.如权利要求1所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤a中，高拱坝混凝土施工受到结构体型、机械配置、浇筑能力、温度控制、施工导流等众多因素的影响，是一项十分复杂的系统工程，综合考虑众多复杂约束条件，对高拱坝施工过程进行计算机模拟，可以用随机动态数学逻辑关系模型函数来描述该过程，即状态转移方程为：

H(i，t)＝H(i，t-1)+ΔH(t)，t＝1，2，…，T，i为坝段号 (1)

式中：T为有效施工时间；H(i，t)为第i坝段，第t浇筑层的高程；ΔH(t)为该浇筑层厚度；

控制目标函数为：

Opt(f_d(X)，f_u(X)，f_s(X)) (2)

式中：f_d(X)为工期的目标函数；f_u(X)为机械利用率目标函数；f_s(X)为大坝浇筑施工强度目标函数；X为施工方案；面向设计阶段的高拱坝施工仿真的目标是在一定约束条件下，寻求满足施工进度计划的较短施工工期、较优的机械利用率、较为均衡的浇筑施工强度所对应的施工方案；

施工约束条件为：

s.t.S(i，j，t)＝0 (3)

其中，

3.如权利要求1所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤a包括：

a1、高拱坝施工仿真参数优化；

a2、基于仿真模型采用优化后的仿真参数进行仿真，得到坝体施工全过程各月浇筑和接缝灌浆高程动态仿真成果系列；

a3、基于高拱坝施工导流特性，根据导流工程规模，划分导流阶段，进行施工导流规划；

a4、获取高拱坝施工初期汛前挡水度汛面貌数据：

设初期导流年限为k年，坝体浇筑高程在第k+1年主汛前超过围堰顶高程时进入中期导流阶段，设中期导流年限为t年，初期导流阶段由围堰挡水度汛，则施工初期汛前挡水度汛面貌表达为：

Z_WBj＝H_WI，其中j＝1，2，…，k (4)

式中，H_WI为初期导流围堰顶高程；

a5、获取高拱坝施工中期汛前挡水度汛面貌数据：

即获取中期导流阶段主汛前接缝灌浆灌区底高程和坝体浇筑高程组合系列，用矩阵表达为[Z_HBi，Z_HGi]，其中i＝1，2，…，t，可进一步用函数表达为：

[Z_HBi，Z_HGi]＝f_F(W_P)，其中i＝1，2，…，t (5)

式中，W_p为大坝施工方案进行优化后的施工仿真参数；f_F为高拱坝施工仿真函数中仿真参数与中期挡水度汛面貌矩阵的对应法则。

4.如权利要求3所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤a1中，所述高拱坝施工仿真参数优化，具体包括：按照大坝混凝土施工规程规范和设计成果要求基本参数，在基本参数的基础上，参照实际施工经验对部分参数进行优化得到最终仿真参数。

5.如权利要求3所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤b包括：

面向工程设计阶段，基于优化的高拱坝施工仿真成果，在一定导流标准、导流洞布置格局、围堰规模条件下，统计分析在导流洞运行的k+t年限内发生主汛期洪水位超过建筑物挡水高程的综合动态风险率，构建高拱坝施工初-中期导流动态风险数学模型为：

式中，R为高拱坝施工初-中期导流动态风险率；R_I为施工初期围堰挡水风险率；R_Mi为高拱坝施工中期度汛第i年的挡水风险率；

其中R_I＝P(max(Z_H(t))＞Z_{WB j}|S_D) (7)

式中，Z_H(t)为主汛期坝前水位动态变化过程；其中j＝1，2，…，k；

式中，i＝1，2，…，t。

6.如权利要求1所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤c中，所述施工洪水洪峰流量符合P-III型分布，其密度函数如下：

式中，α，β，a₀分别为P-III型分布的形状、刻度和位置参数；

式中，C_s为P-III型分布的离差系数；C_v为P-III型分布的离势系数；μ_Q为P-III型分布的均值。

7.如权利要求1所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤c中，所述施工导流洞泄流能力系数η服从三角形分布。

8.如权利要求1所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤d中，所述进行防洪度汛洪水位变化过程的随机动态模拟具体包括以下步骤：

d1、输入模型参数，并确定模型仿真次数N₀；

d2、产生施工洪水洪峰流量随机数，模拟施工洪水过程；

d3、产生泄流能力系数随机数，拟合泄流能力曲线；

d4、通过反复的抽样模拟计算，经调洪演算仿真得到坝前最高洪水位max(Z_H(t))系列。

9.如权利要求8所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤e中，所述进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算，具体包括：

e1、统计分析最高洪水位max(Z_H(t))系列超过上游围堰高程H_WT的次数，记为NI，则

e2、统计分析最高洪水位max(Z_H(t))超过坝体第i年中期度汛挡水高程的次数，记为N_Mi，则

e3、根据高拱坝施工初-中期导流动态风险率的估算式进行高拱坝施工初-中期导流风险率计算，所述高拱坝施工初-中期导流动态风险率的估算式为：

10.如权利要求9所述的高拱坝施工初-中期导流风险率检测方法，其特征在于，步骤f中，所述对高拱坝施工导流洞设计方案进行风险判别，具体包括：

根据风险分析理论，在进行施工导流工程风险设计时，首先将设计洪水重现期转换为设计风险率，再计算仿真得到的导流风险率进行比较来判别导流洞设计的合理性；设高拱坝初期导流标准相应的洪水重现期为T_IE，中期度汛标准相应的洪水重现期T_ME，同时转化得到初期导流设计风险率R_IE和中期导流设计风险率R_ME，计算表达为：

依据中国现行规程规范要求，高拱坝坝体中期度汛洪水标准在坝体超过围堰顶高程后的某时间点骤然大幅提高，而导流洞设计需同时满足初期和中期防洪度汛的要求；由于中期导流挡水度汛存在两种情况，若中期导流阶段某年挡水建筑物仍为围堰时，该年导流风险判别准则应为R_Mi≤R_IE，此时R_I＝R_Mi；若中期导流阶段某年挡水建筑物为大坝时，该年导流风险判别准则应为R_Mi≤R_ME，此时R_I＞R_Mi；

因此，导流洞尺寸设计方案满足设计规范规定的风险判别准则为：