化溃坝教训为防患先见之明综评坝安风险管理的有效工具“PFMA”

0前言
美国水坝安全工作的管理概念在该领域不断发展，近年来最先进的观念与做法、思维及行为模式已从“危机管理”转为“风险管理”、化被动为主动的防患及减灾意识。

前者是被动等待问题出现后，谋取严格的检查管理手段，以防再次出现纰漏。

而后者是主动藉建立良好的风险管控系统，并诉诸于风险指引的决策（risk-informed decision making, RIDM）方式。

此决策方式为达到解决溃坝问题的坝安风险管控之目的，全面、彻底地发掘隐患，再根据分析、评估问题的结果，作为建立日后全方位大小风险管控的决策依据，俾采取适时适切的行动，以减低风险至可接受的程度，防患于未然。

近年风险管控的实务是经验创新知识的结果，而新知识又是技术发展的源动力。

风险评鉴的新
化溃坝教训为防患先见之明：
综评坝安风险管理的有效工具“PFMA”
林祥钦（美国）
摘要：汲取世界各地过去溃坝教训引以为鉴，采取最佳方法探究溃坝根源，不再重蹈覆辙，这是当今坝安工作者的后发优势。

美国联邦水坝安全机构已采用潜在溃坝模式分析（PFMA）方法，作为一种新的有效的水坝安全评估和管理工具，侦查溃坝风险因素，防微杜渐，防患于未然。

为识别和分类潜在溃坝模式，需要组织一个核心团队，执行团队工作，包括现场调查、资料审查、个人的判断、定性风险评估和评鉴以及成员通过脑力激荡会议形成普遍共识的基础并提出对策。

一般来说，PFMA过程本身从狭义上讲是一种风险技术分析工具，但从广义上讲又是一种风险管理工具。

因此，当务之急是采取具体行动，发展应用PFMA，配合目前的“除险加固”坝安政策，以实现塑造未来可持续水坝安全的保证。

关键词：溃坝根源；团队工作；潜在溃坝模式分析；风险因素；定性风险评鉴；风险管理
Title:Changing to prevention foresight on dam failure through lessons learned——Commenting on the effective tool of PFMA for dam risk management//by S.Samuel Lin
Abstract:The best way to learn lessons from worldwide dam failure cases has revealed investigating and exploring their root causes and vigilantly avoiding duplicating those same mistakes.This approach has driven modern dam safety practitioners to look into the potential failure modes of federal dam safety programs have employed the potential failure mode analysis(PFMA)methodology,a new ef⁃
fective dam safety performance evaluation/management means,to detect risk factors to prevent the devel⁃opment of dam failure mechanisms.As an exercise in teamwork,the identified and categorized potential failure modes are based on project site investigations,available project information review,individual judgement,qualitative risk evaluation/assessment,and a general consensus by the core team members through brainstorming.As a result,appropriate remedial strategies and/or risk reduction measures are recommended.Generally speaking,the PFMA process itself is not only a technical risk analysis tool in a narrow sense,but also a risk management tool in a broad sense for assuring dam safety.Therefore,with⁃out hesitation it is time to take the concrete action of developing and implementing the PFMA process with the prevailing"risk reduction to enhance safety policy"to shape the future of sustainable dam safety assurance.
Key words:root cause of dam failure;teamwork;potential failure mode analysis(PFMA);risk factor; qualitative risk assessment;risk management
中图分类号：TV697.1文献标识码：A文章编号：1671-1092（2013）02-0004-08
知识包括风险辨识、分析及评估三个步骤。

笔者以观念为主轴，综合性研讨坝安风险管理的有效工具——潜在溃坝模式分析（potential failure mode
analysis，PFMA）的定性风险评估和评鉴方法。

同时，以现代科技背景为横轴，阐述美国水坝安全管理的风险概念。

希藉PFMA这种可从其他溃坝案例汲取经验教训作为坝安问题分析参考指标的坝安风险控管方法，从理念及分析的综合表现，提供一些对坝安潜在风险管控的思想（观念）、思路（慎思）及思考（明辨）的思维方向和方式以及提供更深层更重要的哲学思想课题，以培育创新未来研究和开发更有效管理方法的新动能。

美国实践PFMA的定性风险评鉴方法，以综合检验水坝规划、设计、施工、运行及监测各阶段隐藏的风险因素和可能形成的潜在溃坝模式（PFMs）已有多年，绩效卓著。

例如，联邦能源管制委员会（FERC）自2003年起，已完成了近1000座高或危害性显著的水坝PFMA。

在水坝安全界，此法毫无疑问地被公认是一个有效的管理工具，可识别、分析及评估坝安风险大小，再采取适当的行动化解溃坝危机。

从内容上看似在执行风险管控的小事，实际上是在完成可持续坝安的大事，通过政策、管理、战略、工程标准和实务等诸多方面，说明PFMA最有利的坝安顾虑对比最有害的观念误解，期望藉此文抛砖引玉，使PFMA技术也能在国内落地生根。

笔者从坝安专业观点和经验（与美国联邦政府的政策及施政方针无关），阐述个人对突破传统水坝安检方法结构性瓶颈的一些见解，同时评论PF⁃
MA有助于维护并强化现有水坝的安全及可靠性的操作情况，只有针对现有水坝的PFMA定性风险评鉴做得好，方能可靠地成就风险指引决策方式所需的定量风险分析结果。

换言之，PFMA具有提供定量风险分析的脐带作用。

同时，也可借鉴PFMA实践的经验，做好设计和建造新的水坝的准备。

然而，虽然它可以改善传统的坝安评估方法，但PF⁃MA的有效性取决于从事人员的知识和经验，所以并非万无一失，且方法本身也非万灵丹，因此，紧急行动计划的准备及演练仍不可缺，须未雨绸缪做最坏打算，针对溃坝若不幸成真预先做好“沙盘推演”（见图1）。

1他山之石：防范溃坝的风险意识
图1发展应用坝安风险管理的有效工具“PFMA”Fig.1Develop and apply effective tool of PFMA for dam risk management
1.1风险意识的建立
近年受人瞩目的公共安全事件层出不穷，往往是因偶然存在的风险所造成的必然结果。

风险广泛地存在，是生活的一部分，不是接不接受的问题，而是愿接受多少。

管理大师彼得杜拉克（Peter
Drucker）说得好：“管理不在规避风险，而在选择正确的风险去承担。

”然而，什么是正确的风险呢？这涉及风险评估的理性与感性。

理性是科学、客观的，属于安全性，而感性是直觉、主观的，属于安全感。

就此而言，决定坝安风险的容忍程度，除了理性思考外，还需要考虑民众的接受程度。

1.2忧患意识避免人祸
天灾人祸是日常生活中经常要面对和处理的问题。

然而，“人祸”往往是因为诸多人为疏忽因素造成的。

例如，因缺乏风险意识造成因果报应，或因制度典章不健全的缺陷所造成的后果。

历史是教科书。

省思众多灾难的原因之一是由于过度自信，思虑不周密，不存戒慎恐惧的心态。

昨天不能重过，但今天可以采取行动来影响明天。

基于民命何辜的恻隐之心，人祸血泪教训如影随形，让人没有乐观的权利，不容心存侥幸，不以为鉴。

例如，业主要投入大量时间和金钱来评估水坝是否能够承受极端的洪水或地震，落实必要的措施，以防止溃坝。

但在传统水坝安全评估中，什么是其他非众所周知的潜在水坝安全问题呢？最好方法，现在可以做的是进行本文介绍的PFMA，以发现潜在问题，并积极预防。

1.3防溃坝的人类历史共业
面对存在的风险因素，更何况不明的风险因素或不确定性因素，如果主管人员心存侥幸，因循懈怠，即使任内不出事，但累积下来总有一天会引爆，到时候再来紧急抢救，付出的代价只会更高。

世界各地已建成超过80万座水坝和数千公里的堤防，20世纪，全世界有数以百计的溃坝事件，有的导致灾难性的后果，溃坝已成为一种世界性的灾难。

因此，以历史殷鉴不远，观照现今坝安的风险管理，足具启示作用及实质行动的意义。

在一座水坝的有效生命期中，随水坝年龄的增长，它们受到一系列外部因子和内部物理过程的影响，往往会恶化原先为了对抗这些影响而设计的质量。

除了可能会出现这些结构性功能恶化外，安全标准、立法和土地使用等变化的挑战，也将不可避免地发生。

为了迎接这些挑战，获得管理和重建水坝安全的全面知识是非常重要的。

鉴于溃坝对下游的影响和利益损失的后果，坝安从开始到结束都是必要的。

因此，坝安工作的使命是处理技术和行政方面的挑战，以实现维护水坝安全和水资源利益的目的。

传统上，使用法规和工程指导方针所提供标准化规范的基准来评价水坝的安全。

为什么现在还需要一个新的坝安评估工具呢？过去，美国坝安监管机构在面对合乎标准化规范却不断发生溃坝事件时，仍一直在努力做不可能完成任务的事，把工作重点放在防止所有水坝的溃决。

当然有时是因为某些原因，例如，由于缺乏有关整个计划的信息或不完整的原始信息使安全检查不周，造成坝安管理的漏洞。

然而，一个工程计划可能充斥着各种未能理解的风险，再丰富的信息，也无法确保万无一失。

因此，基础公共工程设施风险的极小化到公众可接受的水平，则是更实用、合理、可行。

目前人们的心态已从“溃坝无法接受”转移到“没有一座坝不会溃决”的现实，因此目标是降低每座水坝风险到容忍的水平，低至合理可行的程度。

风险考虑并非取代，而是集成了传统的工程标准和经验，并加以延伸其思虑的周全性，甚至要善用想像力（imagination）。

风险评估的真正目的是要做比依赖传统安检方式更明智的决策，而PFMA正是从传统的坝安检查方式到定量风险评估实践的一个过渡阶段的好方法。

换言之，传统的安检方法只能找出水坝任何现有的缺陷，而PFMA方法则是找出现有的缺陷及任何可能导致潜在问题甚至造成溃坝的风险因素，尤其在水坝发生结构性变化的破坏机制过程中，PFMA可在防止溃坝的努力上取得先机。

中国大陆现行的“除险加固”水坝安全政策应包括修复现有的缺陷，并找出潜在问题的所在及构成问题的风险因素。

因此，PFMA方法对强化坝安“除险加固”的实质效益是一种十分有效的利器。

若非如此，所谓的“除险加固”恐只收事倍功半之效。

2工程安全与经济的平衡：优良的风险管理工具“PFMA”
2.1静态与动态的风险因素
静态与动态风险因素存在着实质性的差异。

由于自然与人为因素、集水区水文水理特性的改变以及坝材料潜变等诸多静态和动态不确定性因素的存在，无法以传统的蓄水坝安检或分析方法完全发现，或因现代科技标准的不断提升，以致一座现有水坝的设计、施工或维护无论做得多好，其溃决的风险是无法完全排除的。

因此，了解坝体及其附属结构物在负荷外力情况下，增加溃坝风险的风险因素和可能的理由，即认知导致潜在溃坝模式或潜在水坝溃决机制发生的根本原因或根源是改进蓄水坝安全全盘努力的第一步，也是最关键的一步。

溃坝根源有主次之分，各根源又可能是由数个风险因素形成事故的肇因所造成的，而风险因素则是自然或人为物理不确定性形成的。

简言之，其发生的逻辑顺序是：物理不确定性风险因素→主要或次要肇因→溃坝事故的主要或次要根源。

例如，土坝的溢洪道变形是风险因素，导致泄洪容量不足致使洪水溢顶是形成事故的主要肇因，而溢顶是构成溃坝的主要根源，而造成土坝下游坡面的冲蚀过程则是所谓的溃坝模式。

潜在溃坝根源可以简单地分成结构毁损、机械故障和水力溃决等三大类。

结构毁损包括如基础失利、边坡失稳、结构失稳等。

机械故障包括如闸门故障、阀门失灵等。

水力溃决包括如洪水溢顶、溢洪道陡槽或消能池溃决等。

一般，又可将溃坝根源肇因的直接或间接静态或动态风险因素区分为：
结构因素、基础因素、自然因素、人为因素及泄洪运转操作因素等五种。

因此，以风险因素来诠释、探讨PFMs是刻不容缓的重要课题。

坝安面临如此多元性风险挑战，也可简单地分成结构性和非结构性两方面风险。

例如，结构性内外在风险来自因水文、水力、地震等外力影响，使水坝结构、基础等承受“负荷载重”能力的变异，而非结构性风险包括水库操作过程不当和水库淤砂堵塞闸门等多种。

到
2020年，美国85％超过六英尺高的80000座水坝将迈入至少50岁之龄，如同人的健康一般，坝安问题受诸多风险因素影响将会逐步显现。

综上所述，蓄水坝发生事故的根源，无论是主要或次要肇因，各具不同的内外在风险因素，而不同风险因素又来自各种不同的物理不确定性。

内外在风险因素即坝发生事故所谓的内因外因，外因通过内因起作用，要把它们有机地结合起来，反之亦然。

例如，假设在正常排洪运转情况下，洪水溢顶的外在风险因素包括洪前库水位、洪水历线型态、漂浮物、水库淤积、溢洪道和水库容量变异及风浪等不确定性。

坝内在风险因素，例如，土坝的渗流潜势、边坡不稳定等。

坝安受到此等内外在随机性潜藏风险因素的威胁，可能进而形成溃决肇因，若非及早防范或及时矫正，最终将会成为溃坝模式的梦魇。

2.2水坝健康（效能）的病情风险诊断
几乎每一座水坝都有其安全软肋或缺失之处，两者同属PFMs潜藏之处，故必须做风险评鉴，藉PFMA找出并按PFMs的严重性，即其合理性与关键性，依所定的准则排列顺序，予以分类。

针对这些分类的确实PFMs，采取必要的除险加固措施，可避免溃坝的后果。

每一座水坝都宜找出其特有的PFMs，作为水坝安全工作的重点，达到水坝最优化经济安全的目的。

水坝“健康”（效能）情况可分类为健康坝、不健康坝和病坝。

任何坝安意外都有潜藏蓄积的背景因素。

PFM的定义系指蓄水坝系统的任何一个结构部分发生分解或流失，造成库水全部或部分无法控制而流到下游的一种物理机制过程。

因此，PFM可说是水坝的“可致命的疾病动态过程”。

简言之，PFMA系针对PFM所做的一种评鉴，实际上包括了一连串不利事件的发生：负荷的外力、风险因素、事故肇因及水坝溃决的机制。

它将每个堤坝
缺失环节的潜在溃坝发展机制，经由分析评估而分类列出，故PFMA可广泛用于水坝系统的任何构件变化。

例如，一个弧形闸门已接近其使用寿命，而
PFMA的结果将有助于在闸门更换设计和安装之前，提出任何需要修理或减少风险的恰当临时措施。

图2显示PFM发展过程中溃坝根源连锁反应，环环相扣，一种PFM可招致另一种PFM的发生。

溃坝根源就像撞球，重要的不只是开头的起始肇因“冲球”，而是打出可能配合肇因的“连击球”，加速坝的溃决。

2010年美国Iowa州Lake Delhi土坝的溃决例子可说明一些PFMs。

教训之一是一座水坝的最大泄洪能力并不一定能达到泄洪道的最大设计容量。

该坝经历小于溢洪道最大设计容量的重现期100年洪水时发生溃决的主要失事模式包括两个：一是第三道闸门因杂物堵塞只能打开一部分，没有达到预期的完全打开程度而使洪水漫顶，与此同时，造成渗水通过较低的混凝土心墙和坝顶几英尺之间不能防漏的部分，渗流造成坝内部侵蚀而发生管涌。

上述无论何者都可以造成溃坝，然而溃坝之前，基于传统标准的坝安检查却未能发现这些潜在的风险因素。

图2PFM发展过程中溃坝根源连锁反应环环相扣示意图Fig.2Chain interaction of dam failure root causes forming the mechanism of potential failure modes
事实上，所谓的水坝安全仅仅是一种动态的平衡。

蓄水坝结构物与大自然、人为失误等不确定因素的赛局永远存在着风险。

坝安本身属一种动态的过程，不要幻想它不变，而要应变。

换言之，坝安管理工作人员所面临的挑战，是维护坝安结构性动态平衡过程中的一种技术与管理之严峻考验。

正由于蓄水坝安全系一种在工作执行中不断通过“实践及修正的过程”，故蓄水坝安全的字典里没有最高或绝对安全的静态境界，只有更安全的相对过
程，而不断地发掘并消灭所发现的PFMs便是此过程中至关重要的短、中、长期任务。

因此，面对最深层有结构性的PFMs问题，所需要的是视野格局和思考判断能力。

3PFMA的哲学观：坝安管理执行与落实的方针
3.1“风险控制”概念
静态与动态风险因素无所不在，坝安要达到零风险，因多种因素影响，不易做到，需以“风险控制”概念代之。

以“风险控制”概念降低溃坝风险是坝安管理的主要趋势。

以宏观大格局和微观小格局两者兼顾的观点，洞悉PFMs，再配合天时、地利、人和的条件及有利因素，破解溃坝发生前的乱码，以治标为手段，以治本为目的，降低溃坝风险。

例如，在一个极端的洪水加载条件下，水坝可能承受多种风险因素形成的溃坝肇因及根源，有关的PFMs包括：诸如溢洪道容量不足、闸门的机械故障或泄洪系统错误操作致使洪水漫顶，启动坝顶的侵蚀，随后是下游坡/趾和基础的侵蚀，最终造成了土石坝溃决；高水位库水渗过土石坝不当的防渗墙，形成管涌和内部侵蚀，致使坝体不稳定；以及高水头停滞压力造成液压抬升，如图3所示，造成溢洪道陡槽或消能池溃决，或导致结构性坍塌、侵蚀、穴蚀化、水漫槽壁顶等情况。

3.2PFMs评估、分类及风险处理
表1列述所有可能PFMs造成水坝安全状况出问题的“合理性”，系按表2可能或不可能发生的相对不利或有利情况综合评估后的归属范畴类别。

由于任何一种PFM皆有其客观存在的优劣情势因素，换言之，影响PFM的综合因素具有双元性指向和属性。

因此，有如正反两方辩论，在给予每一种
PFM负面批判性的检验时，也要平衡考虑减小PFM 可能性的正面优势因素。

将正负面两者因素放在权衡利害的天平上，考虑各种最大潜能，按照杠杆作用的不对称结果，归纳PFM的范畴属性。

例如，倘若负面因素影响明显较大，蓄水坝安全即存在显著的风险，属于第一类显著PFM，所需的补救措施势不可免。

表2所示审视评估所有个别PFM的具体内容所得的最后评估结果，须加以有效汇整运用，发挥在实际的补强工作层面上。

图3溢洪道底板变位的水流型态及滞流水压区（Fiedler，2007）
Fig.3Flow pattern and stagnation pressure zone due to dis⁃placement of spillway concrete slabs
3.3降低风险措施之道
针对任何一种PFM都要探讨有效可行的防范行动，以降低其潜在风险。

一般可分成下列五种补救措施，按照PFM的范畴属性，排列执行的优先级，然后决定各项措施宜采用的适当行动，俾拟订详细行动项目与步骤，包括：①监测的强化——目测找客观的外在证据，而仪测找主观的推断证据，两者合并进行，以确定蓄水坝持续的安全性；②降低风险方法的评估；③需要资料的调查和分析；④数据和讯息的搜集和评估；⑤运转程序的改进等。

范畴
ⅠⅡⅢⅣ最显著的PFMs
应考虑但非最显著的PFMs
需要更多的信息或分析以便
分类的PFMs
非PFMs
归属性
经过考虑探究需要、发生潜能、影响大小和负面反应可能性等多项因素后，被判断为最明显的PFMs，包
括明确的物理可能性、确定的基本缺陷以及合理且可信会导致溃坝的一些状况和事件
被判断为较不显著和较低可能性的PMFs，但须对每个PMF加以说明为何不为最显著和须加以防范的
理由
在某种程度上缺乏足够信息，对PFMs的明显性无法做有信心的判断，故蓄水坝安全需做进一步的调查
或分析。

由于这些PFMs需要采取行动，有时也可列入范畴Ⅰ之内
疑虑的PFMs的物理可能性不存在；有充分信息将它们去除掉；或它们显而易见地被认为不可能或不合
常理
表1PFMs归属范畴类别
Table1Categories of potential failure modes
　水流箭头
3.4各种PFM数据搜集处理原则
在处理一般工程问题时，若目标明确，例如欲评估一个系统的可靠性，所谓的“专家意见方法”往往即变为单纯的一种数据搜集处理，上述第1、3与
4项措施即是搜集蓄水坝组件或系统行为的数据，用以确认PFMs。

表3简述针对表1所列各范畴PFM所需的数据搜集及处理原则，定规一种监测方案和调查重点的资料分析以及必要的补强措施；此外，需确定执行上述工作的时间表，将溃坝后果较严重的PFM优先处理，以争取时效。

4讨论
（1）工作态度决定视野：要避免事实的错误、观念的偏差与推论的谬误，一个人的视野高度和态度是决定能否看清楚问题的关键。

必须见木又见林，站在宏观视野的高度，以垂直的眼光看深度，水平的眼光看广度。

事实上，眼光与所需要的分析是互为因果的，而分析所需要的则是审慎的态度，态度决定视野的高度，它反映了其背后的核心价值观。

因此，一个人适当处理事情的思想、思路及思考，不仅在于目视，而且在于认知的水平，不仅在分析的广度，也在透析的深度。

PFMA工作需要一个人正确的态度与专业知识的相结合，诚实认真，方能心智清明，择善而从。

若能如此，PFMA的团队工作任务遂能圆满地达成。

（2）PFMA成就风险管理的底蕴图：目前发展的PFMA方法是蓄水坝安全工作责任伦理的结晶，它已成为一种具高、广、深三度空间优势的蓄水坝安检新工具。

高度乃占有战略制高点的优势，让所有可能的PFMs被发掘出来及受到适当的处理。

广度乃指审视的数据，包括设计、施工到维护、运转等所有的记录、分析报告，以及有关人员的口述历史，都包涵在内。

而深度乃包括目测的判断分析，到仪器监测的长期追踪分析，使PFMs无所遁形。

因此，
PFMA的方法和执行是架构当今关键性坝安定性风险分析的两大支柱。

然而，欲圆满达成这些工作的任务，须依赖具有各种不同专长、结合各种不同工作岗位责任的人，同时行政配合专业，以团队合作方式，齐心协力才能够实现。

优势互补，与人同行，能行更远。

（3）PFMA在坝安维护战略发展上的角色：作为增强坝安评估和管理的工具，PFMA采取以下策略，全面追踪现有、潜在的安全问题及其根本原因和相关风险因素，包括：①强化坝安评估工具——采用寻根探源的故障树和循序发生的事件树的两种风险识别模型，应用于定性风险评估，利用PF⁃MA结果进行进一步的定量风险分析，以便执行实践RIDM的风险管理方式。

故PFMA成为以规范为标准的分析方法和定量风险分析方法两者交集的
PFM No. 1 2︙n
安全状况的评估
不利因素
造成溃坝可能性的负面因
素，即形成PFM的可能性
因素
有利因素
阻碍溃坝可能性的正面因
素，即形成PFM的不可能性
因素
可能的不良后果
权衡利害因素的综
合结果
降低风险方法
决定采取监测、调查或资
料搜集和分析等因地制宜
的行动方案
PFM范畴
以表1归属性为分类
准绳
表2所有可能个别PFM审视评估的具体内容及分类结果
Table2Process of categorizing possible potential failure modes
PFM范畴I II III
数据搜集处理原则
对有确凿证据显示，且最需要业主、操作人员、观测人员、例行和定期安检人员等特别关注的PFMs，须将降低其风险的合适方法列为最高优先去执行
须将需要继续监测和施行降低风险补救之道的PFMs告知水库计划运转操作人员，同时告知哪些情况会催化这些PFMs的发生，以及如何避免结构物损坏的可能后果
对非显性的PFM，需要搜集更多的信息，以便了解分析是否事实上存在这种可能性因素
表3所列各范畴PFM所需的数据搜集及处理原则（2005）
Table3Rules of data collection and remedial actions required for each category of potential failure mode。