大坝风险分析与管理

大坝风险分析与管理－现代大坝安全的理念
李雷
（南京水利科学研究院，水利部大坝安全管理中心）
1.概述
大坝风险是近十来年在国外发展起来的一种安全管理新理念。

其最大的特点就是不仅关心大坝安全，也同时关心大坝溃决对下游的影响。

换言之，大坝风险就是大坝溃决概率和溃决影响的综合。

大坝风险这个理念对我国大坝安全与管理的影响十分巨大，实际上是将我国工程界历来重视的“工程安全”转换到“工程风险”的思路上来。

事实上，工程安全和工程风险两种理念代表了两种不同的生产力发展水平的要求。

生产力水平较低时，人们满足于工程的安全，然而随着生产力发展到某一种高度，人们已经不仅仅关注工程是否安全，更加关注与自己切身利益和生存有关的社会、环境等各种威胁。

这就是为什么国外先进国家率先提出风险的理念，这也是为什么我国政府新世纪提出了“以人为本”，全面、协调、可持续发展的战略决策，我国水利部提出了治水新思路。

引入风险评价技术对提高我国大坝安全管理水平将是非常及时的，必要的，具有十分明显的现实意义。

风险、风险准则、风险管理等概念的引入将会大大推动我国大坝安全的法规建设和管理水平。

本文将较系统地介绍风险理念的发展过程，并通过对我国大坝安全管理工作发展和现代大坝安全管理模式的分析，认为我国大坝安全管理必然向现代大坝安全管理模式发展，大坝风险管理是今后的发展方向。

2.国际上大坝安全理念的发展
2.1.从工程安全过渡到工程风险
经过近20年的发展国外在大坝安全的理念上已经从传统的工程安全理念发展到现代工程风险的理念。

1987年国际大坝委员会59号通告《大坝安全指南》[1]将大坝安全定义为：将大坝实际状态和那些导致它溃决或者恶化的状态区分开来的范围。

根据这一定义，可知大坝安全就是大坝保持一种不会发生破坏、溃决、恶化的状态。

如果一座大坝没有出现破坏、溃决、恶化等工程状态，大坝就安全。

因此可以认为这个
定义强调的是大坝的工程性态。

上世纪90年代后，这个定义开始发生了变化。

1994年澳大利亚发布了《大坝安全管理指南》[2]，取代了1976年发布的《大坝运行、维护和监测指南》。

取代的原因是因为“很多大坝的溃决将使业主的财经遭受极大损失，中断对社团的服务，可能导致下游社团的生命损失和巨大经济损失，重大的环境破坏。

很多情况下，大坝溃决是一场灾难，业主和公众难以从中恢复”。

可以认为这次修订明确提出了下游的安全问题－生命损失、经济损失、环境破坏。

1999年加拿大大坝协会发布了大坝安全导则[3]，该导则中没有对大坝安全的定义，但是定义了安全的大坝(safe dam)。

所谓安全的大坝是：“不会将不可接受的风险强加给人民和财产，能够满足政府、工程专业和公众的安全准则的大坝”。

和1987年国际大坝委员会的定义相比，该定义已经增加了政府、公众、财产，不可接受风险等重要内容。

2002年世界银行发布了《水坝安全法律框架比较研究报告》[4]。

报告认为，大坝安全是“影响大坝建筑物和附属建筑物安全运行，以及对人民生命、健康、财产及大坝周边环境可能造成危害的各种因素”，明确提出了大坝安全包含了工程安全和生命、健康、财产、环境安全的现代理念。

美国陆军工程师团在2004年4月发布的《大坝安全－政策与过程》[5]定义了大坝安全，“大坝安全是保障大坝整体性和生存能力的艺术和科学，使大坝不会对公众、财产和环境发生不可接受的风险，需要综合运用工程准则、经验和风险管理理念体系，去认识大坝是一座结构物，它的安全功能不是由原设计和施工所唯一确定的。

大坝安全也包括了各种措施和方法，用于确认或预测大坝的缺陷和与溃决有关的后果，并用于证实、重视、降低、消除或补救不可接受风险至合理可能的范围”。

从这个定义看，有几层含义：一是大坝安全是一种艺术和科学，要使大坝不但能够挡水，而且能够使之能够长期生存；二是大坝的风险需要在社会和公众可接受的范围内；三是大坝安全包括了将风险降低至可接受范围的一系列措施和办法。

从大坝安全的定义近几十年的发展过程，可以看出，在上世纪70～80年代，世界上包括我国在内，都是将大坝安全传统的理解为大坝的工程特性，只要大坝不破坏、溃决和恶化，大坝就是安全的，这是传统的大坝安全理念。

但是上世纪
90年代以来，大坝安全的定义已经包括了风险理念，将下游的影响后果包括进来，大坝安全不仅要保证工程安全，更重要的是保障下游的公共安全，使之处于可接受风险以内。

这种考虑了工程安全和公共安全的理念是和现代生产力水平相适应的现代大坝安全理念。

2.2.国外大坝风险理念的发展过程
大坝风险和风险分析在20多年来得到了很大发展，大致可以划分成三个阶段[6]。

（1）风险分析方法和理论探索的初级阶段
20世纪80年代是其发展的初级阶段，当时风险分析技术已经在美国商用核电站评价中得到应用,而1976年美国的Teton大坝和后来的Taccoa Fans大坝相继失事，受到美国总统的高度重视，要求研究概率论和风险分析在大坝安全上的应用。

1982年美国陆军工程师团（USACE）的Hagen最早提出风险的概念，用相对风险指数来判别大坝风险，考虑了两大类风险因素，即漫顶因素和结构险情因素，各类风险值靠专家判断。

美国垦务局（USBR）推荐使用现场评分（site rating）法来衡量水库大坝的风险，它是在美陆军工程师团Hagen的启发下形成，考虑了大坝工程现状（工程年龄、质量、渗流性态、结构）和潜在险情（库容、最大水头、洪水、地震、隐患）因素，每种因素的风险按低、中、高、极高四级来评价，累加后成为工程的总风险。

葡萄牙工程师考虑了环境（地震、库岸塌滑、洪水、水库调节能力、环境侵害）、工程结构（结构可靠性、坝基优劣、防洪设施安全性、工程管理维修好坏）和溃坝损失（水库库容、洪泛区可能损失）三个方面11个风险因素，每个因素的风险细分为6级，综合成为风险指数，评价工程的风险。

这个阶段的特征是，选择某些影响大坝和下游安全的因素，根据工程师的经验，通过赋值的方法来评价大坝风险。

计算简单，可操作性强，但是概念和体系都不完整，是一些国家为了加强大坝安全管理而进行的探索性研究。

（2）风险理念、法规和体系建立阶段
第二阶段是90年代，是制定了一系列风险评价的有关法规和指南，建立了风险管理体系，以加拿大的BCHydro和澳大利亚的ANCOLD为代表。

加拿大标准协会1991年发布了《风险分析必要条件和指南》CAN/CSA-Q634-91；1994年澳大利亚大坝委员会（ANCOLD）颁布了《ANCOLD风险评估指南》，为大坝安全评
估的应用提供了概念性基础，1995年以来不断对此指南进行修订，提供了澳大利亚大坝风险管理的一般性框架，逐步确定了风险分类、风险分析、风险评估和风险处理过程中的主要步骤。

1994年澳大利亚发布大坝安全管理指南，1995年澳大利亚和新西兰标准局发布了《风险管理》标准，奠定了风险、风险分析和风险管理的基础。

加拿大BC Hydro负责管理BC省内43座水库大坝的安全。

BC Hydro于1991年把风险分析方法引入大坝安全评估中，荷兰、美国、英国、南非等国家都对大坝风险的各个方面进行了深入系统的研究。

该阶段的主要特征是建立了完整的法规、指南体系，形成了一套系统的、完整的分析方法和技术、评价和管理体系。

风险分析和管理把水库大坝作为一个系统，对组成系统的各部分的安全性，利用事件树、故障树技术，分析破坏概率；对下游的人员、经济、社会、环境损失做出评价；并建立可接受风险和可容忍风险的风险标准，对大坝风险做出判断。

（3）风险管理关键技术研究完善阶段
第三阶段是以2000年在北京举办的二十届国际大坝会议为标志，在这一届会议上，大坝风险分析第一次作为国际大坝会议议题，标志着大坝工程方面风险分析已经发展成为体系完整的决策工具。

这届会议上，在风险分析方面22个国家的代表提供了48篇报告，内容涉及到技术的各个方面，大多数报告集中在已建坝安全评价。

2003年10月ANCOLD《风险评价指南》正式发布，同年国际大坝委员会发布了《大坝安全管理中的风险评价》通告。

这个文件由五位来自澳大利亚、加拿大、美国和荷兰的风险评价和管理专家起草，标志着风险概念已经被世界接受。

在大坝风险分析和管理过程中，大家发现，全世界面临着一些共同的关键性的技术难题。

例如，在制定大坝应急预案时存在很多技术难题，首先必须要了解大坝溃决洪水的淹没范围和危害性，了解得越准确，应对方案（预案）可行性、有效性越好。

但是大坝溃决有极大的不确定性，溃坝洪水演进过程也有很大不确定性，用于洪水分析的软件的可靠性是否能够反映实际情况？这些问题如果研究不充分，应急预案就缺乏科学性基础，难以有效地降低下游后果。

因此近年来，国外以欧盟国家为代表，正在继续加强这方面的研究。

1) RESCDAM项目[7]
1999年欧盟支持芬兰进行了包括大坝溃决的危险、公众在大坝溃决事件中
的反应、人和建筑物在溃坝洪水中的稳定性、生命损失和应急预案等问题的研究。

（1）对于大坝安全的公众反应研究
（2）赫尔辛基大学船只试验室[8]利用130m长的模型槽中进行了全比例尺模型人在流动水中的稳定性试验，洪水中人的稳定性、房屋的牢固性以及糙率系数的研究
（3）关于应急预案有效性的研究
●告警时间是保证群众有足够的时间逃离洪水区域的关键，溃坝需要早期
发现；
●公寓、医院、维护修理机构之类的建筑不应建在淹没危险区域；
●在危险区域的建筑，应考虑如何保证溃坝不会对居住在室内的人员造成
危险。

●管理机构应以预先给危险区域的群众发布安全公告的形式进行告警和
指导，通常只是一些建议意见，更加容易被群众接受。

欧盟在芬兰实施的RESCDAM项目对溃坝后应急预案的有效性做了大量有启发性的研究和实践。

2) 欧盟第六框架计划的IMPACT项目[8]
2002年，在欧盟第五框架计划的IMPACT项目中，欧盟组织挪威、英国、荷兰等国家进行了五大课题研究，包括大坝溃决形成（breach formation）、洪水传播(flood propagation)、沉积物输运(sediment movement)、不确定性分析(uncertainty analysis)以及地球物理学与数据收集(geophysics and data collection)。

其中大坝溃决和洪水演进的研究对应急预案工作的有效性和科学预见性关系重大。

上述研究成果在2006年6月西班牙召开的第22届国际大坝会议上成为全世界坝工界关注的热点问题.
3.我国大坝安全管理的发展
3.1.发展的三个阶段
大坝安全管理在我国已经经历了三个发展阶段。

第一阶段是从建国到1978年改革开放，以粗旷的管理为特点。

当时在计划经济条件下，大量的水库大坝建成，安全管理技术人员供不应求，安全管理技术尚未成熟，大坝安全法规基本空缺，面对洪水和地震等自然灾害，没有有效的预
防、控制及应对体系。

因此上世纪60和70年代遭遇了两次溃坝高峰，1973年一年中溃决大坝500多座。

当时我国人均国民产值不足100美元，属于贫困阶段，生产力低下，经济贫困。

因此该阶段中，国家采取的办法是从行政上加强检查，制定责任制，引起各级领导的重视，以此来加强大坝安全管理。

该阶段的管理以事故管理为特点。

第二阶段是从改革开放到90年代末，以法规制度建设不断完善，管理水平不断提高为特征。

2000年中国人均国民产值已经达到1000美元，我们用20年走完了西方世界用100年走过的发展路程。

在社会经济迅速发展的同时，大坝安全法规制度建设不断完善，逐步从行政管理过渡到制度管理。

国务院于1991年颁布了《水库大坝安全管理条例》，在此基础上一大批配套法规出台，原有的安全管理体制和机制已经不能满足人们对安全的需求，国家也有了一定的经济实力来考虑改善大坝安全的状态，从1985年开始对近100座全国重点病险水库进行除险加固，大坝安全管理体系基本形成，大坝安全注册、安全监测、安全评价、论证、鉴定、除险加固等各个环节不断完善，起到了大坝安全的保障作用。

该阶段中我国水库大坝的安全状况得到极大改善，大坝年平均溃坝率〔2〕大幅度下降，从1973～1975年的49.13×10－4降低到1982年～2000年的2.54×10－4。

这个阶段的特点是以事故管理为主线，以传统的安全管理理论为指导，完善计划经济模式下的安全管理体系。

第三阶段是从新世纪开始，以水利工程管理体制改革和病险水库除险加固为特征，大坝安全管理从计划经济逐步向市场经济转化。

随着国家多年来社会经济一直迅速发展，经济实力大幅度提高，我国的经济社会已经发展到一个较高水平，“以人为本”的执政理念开始得到贯彻，预测预报预警技术得到了各级的高度关注。

另一方面我国经济发展、人口密集、水库大坝风险明显增大。

为此国家采取了综合手段，降低大坝风险。

一方面进行水利工程管理体制改革，希望从根本上完善大坝安全管理良性发展的体制，另一方面国家又投入巨大资金进行大规模的除险加固，希望解决水库大坝病险严重的现状，为今后发展打下良好的基础。

可以看出该阶段我国的大坝安全管理已经开始从事故管理逐步向事故预防的方向发展，风险理念得到了广泛的接受，工程安全的理念正在逐步向工程风险的理念转化。

如果说2000年以前主要是以传统的大坝安全管理理论和模式进行管理，
那么2000年以后，现代大坝安全管理的理论和方法正在形成，大坝安全管理正在经历着一次从传统向现代发展的过程。

3.2.我国传统大坝安全管理模式
从安全管理模式看，我国目前是一种传统的大坝安全管理模式。

绝大多数水库大坝的业主是政府，政府委托水行政主管部门来管理大坝的安全。

水行政主管部门委派水库管理部门进行大坝安全管理。

每年汛前，水行政主管部门派出检查组进行水库大坝的安全检查，防汛办公室负责汛期的安全度汛和洪水调度，水库管理部门负责日常安全检查，发现事故或隐患立即向主管部门报告，并逐级上报。

接到事故报告后，上级主管部门将派出检查组或工作组，领导或监督事故处理，严重时组织抢险，避免事故发展。

政府部门根据资金情况，组织对大坝事故进行鉴定、加固，最终验收。

可以发现这种传统的大坝安全管理模式有几个明显的特征：
（1）大坝安全管理以事故为核心，重点在于事故出现后的管理。

（2）受政府委托负责大坝安全的水行政主管部门实际上是事故处理的实际领导，而水库管理部门只是根据指示去处理、实施。

（3）和国外政府不同，我国政府（水行政主管部门）既要制定大坝安全法规，监督水库大坝安全，又要对所辖水库大坝进行安全决策、筹措除险资金、承担大坝安全引发的社会责任。

（4）政府既是事实上的业主，又要履行政府职能。

3.3.现代大坝安全管理模式
现代大坝安全管理模式是指围绕着现代大坝安全理念，即以事故和风险为核心，以预防和控制为主导的政府、业主职责明确的大坝安全管理模式，目前国外基本上已经从传统的安全管理模式过渡到了现代大坝安全管理中心模式。

这种模式有以下一些特征：
（1）不但关心大坝的个别事故，而且关注大坝所有可能出现的事故和隐患，包括管理过程的不足，因为它也可能导致事故。

不但关心事故后的处理，更关心这些可能出现的事故的可能性和严重性，更关心如何预防和控制所有可能出现的事故。

（2）下游区域的公共安全是大坝安全管理的另一个核心，如何预防和控制
水库下游风险，将风险控制在下游社会和公众能够接受的范围内，是大坝风险管理的重点。

（3）政府与业主职责分明，政府负责安全立法和监督检查，业主负责大坝安全，有一个能够良性循环的大坝安全管理体系。

（4）采用制度化、法规化、专业化和社会化的动态安全管理。

国外先进国家已经完成了从传统模式向现代模式的转化。

4.我国大坝风险管理的必然性及其核心
4.1.必然性
1)我国水库大坝风险在不断增大
目前我国大坝风险普遍在不断的增大。

大坝风险是大坝溃决的可能性和溃决影响的乘积。

我国大坝现实情况是病险率高，虽然近年来国家投入了大量资金除险加固，但加固总数不到4000座，重点解决的是大型和重要中型水库，大量病险小型水库国家尚未能顾及。

事实上我国50年来主要溃决的水库中96%是小型水库。

这些小型水库大坝由于历史原因，大多缺乏规范的设计、施工质量差，且管理不够到位，缺乏维护经费，老化问题日渐严峻，和大中型水库大坝相比，现状普遍较差。

如果遇到大洪水，出险与溃决的可能性不能排除。

这是大坝风险的一个方面。

另一方面，随着我国经济的发展和社会的繁荣，水库下游人口和经济呈密集化趋势，特别在东部发达地区。

图1-1、1-2、1-3揭示了三座水库大坝下游密集的居民区。

图1-1、1-2、1-3水库下游的密集居民区
我国的水资源紧缺，生活和生产都离不开水。

水库的存在，不但水资源可以得到安全利用，而且改善了周边环境，这也是开发商在水库周边大量开发商品房，居民建房的重要因素。

由于我国某些法规的滞后，不该建房的地方已经建设，不少地方水库大坝下游人口和经济密集化已经既成事实。

如果目前水库大坝溃决，其后果将会不堪设想，和上世纪60、70年代的溃决事件相比，风险要大得多。

从东部地区看，即使是小型水库的溃决，也可能影响成百上千人的生命安全，社会将难以承受。

目前我国经济社会仍处于迅速发展的时期，这就必将导致水库大坝风险不断增大。

针对这样的现状，要将水库大坝的风险降低到社会能够接受的水平，必须转换观念，仅关注大坝安全已经不能满足社会发展的需求。

2) “以人为本”的执政理念
新世纪我国政府提出了“以人为本”的执政理念，也就是说政府执政从根本上说是以提高人民生活水平和质量，满足人民需求为目标的。

这个理念在水利工程建设与管理方面的体现，就是要关注工程对人民的影响，特别是对生命安全的影响，也就是提出了水利工程对下游的公共安全问题。

建国以来，我国修建了85200多座水库大坝，设计、施工、管理过程中关注的核心问题是大坝安全。

通过规程规范的制定和对安全的管理，保障水库大坝在不同运行阶段的安全。

在安全的前提下，充分发挥水库的社会和经济效益。

事实上，任何一件事都有好坏两个方面。

水库大坝的建设，好的一面是充分利用水资源，为国民经济发展起到了极为重要的作用，取得了重大社会和经济效益。

坏的一面是一旦溃决，将会给下游带来极为惨重的损失，特别是生命损失。

在过去50年中，我国曾经发生过3480多起大大小小的溃坝事件，充分证明了这一点。

因此效益和风险共存。

“以人为本”的执政理念的提出，就是强调了风险和效益同样重要。

这种“风险”的理念，不但要求我们关注工程安全以求得效益，更要求关注水库大坝的存在给上下游的公共安全带来的影响。

2006年初国家发布了《国家突发公共事件总体应急预案》，《国家防汛抗旱应急预案》，正是风险理念的体现，充分说明风险理念的发展正是这种执政理念的技术体现。

3) 公众维权意识不断加强
经过20多年的社会改革开放，公众维护合法权益的意识在不断提高。

根据我国宪法，公民都应享有各种权利。

只要水库存在，下游风险一定存在，必然给居住在下游的公众带来潜在威胁。

如果水库大坝溃决，居住在下游淹没区的民众的生命财产必将受到极大威胁。

关键是风险到底有多大，是否在允许的、可接受范围内。

因此这些居民会感到自己的生存权利受到威胁，将会向大坝业主或政府询问类似大坝会不会溃决，到底有多大风险，自己受到的威胁有多大，如果溃决如何逃生，如何索赔等等一系列问题。

公众有知情权，公众关心的是自己的生命和利益，这是公众的权利。

这些问题，远不是大坝安全的概念所能包容的。

只有将“安全”转换到“风险”，在风险理念指导下，才能正确理解公众的担忧，处理、解决大坝风险问题。

水库大坝对下游虽有风险，但也有明显的发电、灌溉、供水等效益，目前考虑水库大坝风险对自己潜在威胁的人还不多。

但是，随着公众维权意识的不断增强，大坝风险的威胁必将成为大坝下游公众关注的焦点问题
之一。

为了破解这一焦点问题，用“大坝风险”的管理理念替代“大坝安全”的管理理念是关键的必要条件。

4) 和快速发展的经济社会相适应
经济社会的发展，本质上是生产力和生产关系的发展。

在大坝安全管理领域，必然要做出相应发展。

经济社会的发展，导致在水库大坝下游区域往往成为经济发展中心和人口密集地带，使得大坝风险迅速增长。

因此社会和下游公众必然对水库大坝安全提出更高的要求，要求水库将大坝风险降低到社会和公众能够接受的水平。

这种要求，体现在技术上，就是要求管理者能够知道大坝的风险在何处，如何才能够降低大坝风险；体现在安全上，要求水库大坝安全能够走上良性循环的道路，安全状态越来越好；体现在人员上，要求安全管理人员的素质能够和其承担的责任相适应；体现在管理体制和机制上，要求体制和机制能够保障水库大坝安全管理走上良性循环的道路。

这是经济社会的发展必然会提出的要求。

在我国经济落后的年代中，大坝安全管理模式是计划经济体制下形成的，以事故管理为中心，出现事故后，及时上报，及时处置，就已经达到了大坝安全管理的目的。

为了达到这一目的，大坝安全管理主要采取的是安全行政管理、安全监督管理、安全事故管理。

如果出现险情，立即组织抢险，以避免事故的进一步发展。

这种以事故管理为中心的安全管理模式是被动的、事后的传统管理模式，是上世纪80年代以前大坝安全管理模式，已经不能适应经济社会快速发展时代，现在需要的是以事故、风险预防为中心的事先的、主动的安全管理模式。

4.2大坝风险管理的核心
1) 事故与风险
大坝事故与大坝风险是大坝风险管理的核心之一。

为了要理解事故怎么样会发生，需要进行事故原因和发生机理的研究。

为了发现事故，需要进行定期或不定期的检查，需要研究相应的探查技术。

为了理解事故的严重程度，需要进行评价和鉴定，需要研究评价和鉴定技术。

为了处理事故，需要进行日常的维护或除险加固，需要研究加固技术。

为了了解下游风险有多大，需要研究所有各类荷载或人类活动下，所有可能发生的事故，并研究这些事故是否会导致大坝溃决事件的发生，需要研究大坝风险分析技术。

为了了解大坝风险是否能够被下游社会和公众所接受，需要研究社会和公众能够接受的风险是多大，也即需要研究风险标。