堤防工程中的风险管理

3.2 堤防工程中的风险估计、评价
（1）堤防漫顶破坏风险计算模型
当洪水水位 H 大于堤顶高程 h0 时，防洪堤出现漫顶破坏失事，则防洪堤漫顶破坏失事
的风险率为[3]：
∫ p漫顶 = P{H > h0 } =
+∞ f (h)dh
h0
（1）
式中： H 为防洪堤临水面洪水位， h0 为滴定高程； f (h) 为洪水位概率密度函数。
∞
∫ 降 jk ，所以堤坝渗透破坏风险率的数学模型可表示为： R = P(J > jk ) =
f (J )dJ ，式
jk
中， f (J ) 为堤坝渗透水力坡度的概率密度分布函数。然而这是在没有考虑洪水风险即洪水
位随机性单独计算堤防渗透破坏的风险模型，这种分析方法欠合理。因此，综合考虑水文风
险，如果当洪水位 H1 为计算堤防失稳风险时规定的最低水位值， H 2 为计算堤防失稳风险
∞
∫ R1 = P(M R < M S ) = MR f (M S )dM S ，式中， f (M S ) 为堤坝边坡滑动力矩的概率密度分
布函数。这也是没有考虑洪水风险（洪水位随机性），仅仅计算堤坝边坡失稳时的风险模型，
因此也是欠合理的。考虑到水文风险，这里的分析思路和推导过程同堤防渗透破坏风险计算
-4-
高程 11.20
9
D J6F 6.30
6 3
0 -3
-6
-9
-12 -15
-18 -21
-24
-27
-30 -33
图
素填土
例

DJ6E 8.50
淤泥 质粉 质粘 土
粉土
粉质粘土
D J6D 4.82
DJ6C 高 程
秦 淮 河0.92 11.20 9
6 3
3. 堤防工程中的风险管理
3.1 堤防工程中的风险识别
我国现有的堤防有三大特点：一是堤基条件差，不少堤防傍河而建，堤线选择受到河势 条件制约，基础大多为沙基，而且绝大部分堤防未作基础处理；二是堤身建筑质量差，不少 堤防是在原民堤的基础上，经历年逐渐加高培厚而成，往往质量不佳；三是堤后坑塘多，尤 其是长江干堤和洞庭湖、鄱阳湖区，多年来普遍在堤后取土筑堤，使堤后坑塘密布，覆盖薄 弱。这些众多影响因素危及了堤防的安全运行。因此，当遭遇洪水时堤防经常发生管涌、滑 坡、崩岸和漫溢等险情，严重者导致大堤溃决。根据江河洪水灾害和堤防失事破坏的调查资 料分析，堤防失事破坏类型很多，种类各异，归纳起来主要有如下三种形式：漫顶破坏失事、 渗透破坏失事和失稳破坏失事。总的来说即为水文失事风险和结构失事风险，水文失事风险 就是指洪水漫顶和洪水漫溢风险；而结构失事风险主要是指渗透破坏风险、岸坡滑动失稳风 险。

堤防工程中的风险管理
王洁
河海大学土木工程学院 （210098）
E-mail：wangjie_1982.student@
摘 要：河道堤防是我国防洪工程体系的重要组成部分。目前我国缺乏堤防工程在复杂环境 下运行的安全评价和风险管理理论体系和使用模型，使得我们无法利用现有技术对堤防系统 行为进行科学的管理工作。将传统检验型的堤防安全评价和管理方法转变为预测型的风险管 理体系，全面反映堤防系统的安全性，会带来巨大的社会效益和经济效益。本文采用风险识 别方法对堤防失事模式进行识别，构建堤防失事风险计算模型，提出风险应对和风险处理的 方法，同时将它应用于外秦淮河堤防工程安全评价中去，计算了外秦淮河堤防失事风险概率， 并根据风险计算结果对堤防洪水运行管理提出建议，同时提出了相应的风险管理决策方法。 关键词：堤防工程、风险、风险管理
-3-

模拟技术、动态规划自动寻优技术等，以堤防信息管理系统、堤防工程风险分析系统和城市 洪水风险管理系统等为堤防管理发挥作用。
（2）划分堤防安全等级[5]。由于堤防工程安全评估指标体系具有明显的层次性，故需 根据各指标对其上层指标的相对重要性程度分别赋予不同的权数。根据堤防工程的实际情 况，依据各因素的最佳组合（上限）和最不利组合（下限）将堤防工程分为四个等级：安全 （评估值为 0.9～1.0）、较安全（评估值为 0.7～0.9）、较危险（评估值为 0.5～0.7）、危 险（评估值为<0.5）。这种评价标准有待进一步完善。
（3）采用工程措施。根据堤防工程的设计方法和机制特点对堤防进行工程上的加固、 维护和应对。如对于堤防漫溢的除险工作，首先是符合堤顶高程，检查其是否满足规范规定 的要求。若不满足规范要求需对其进行加固。同时，为了消除汛期风浪对堤顶和堤坡的冲刷 险情，应对堤顶和堤坡未设坚固防护设施的堤段进行防护加固。堤顶防护中可结合交通要求 修筑水泥混凝土或沥青混凝土路面或者设防浪墙抵御风浪。边坡防护中可进行灌砌石、浆砌 石护坡以及干砌石护坡、混凝土护坡、模贷混凝土护坡、草皮护坡以及其他护坡等。如遇惯 用险情，应以“反滤导渗，控制涌水，留有渗水出路”的原则，采用反滤围井、反滤压盖及 透水压渗台等方法进行应对。如遇滑坡险情则应以“上部减载、下部压重”的原则采取措施。
2. 风险管理工作的各组成部分
风险管理是由风险规划、识别、估计、评价、应对、监控等环节组成的，通过计划、组 织、协调、控制等过程，综合、合理地运用各种科学方法对风险进行识别、估计和评价，提 出应对办法、随时监视项目进展，注视风险动态，妥善地处理风险事件造成的不利后果[1]。 工程项目中的风险管理包括[2]：（1）风险识别。是风险管理的第一步，对工程项目所面临的 和潜在的风险加以分析、判断、归类的过程；（2）风险估计。是在风险识别的基础上，通过 对所收集大量资料的分析，利用概率论和数理统计，估计和预测风险发生的可能性和相应损
时规定的最高水位值，则
∫ R =
H2 H1
FJ
(H
)
f
(H
)dH
（3）堤防失稳为作用在边坡上的滑动力矩 M S 大于其抗滑力矩 M R 引
起 的 。 因 此 ， 直 接 计 算 边 坡 失 稳 风 险 率 R1 的 数 学 模 型 可 表 示 为 ：
-5-
堤防岸坡断面滑动失稳风险率与内河水位关系，结果列于图 3。 1
背水面无膜
0.8
背水面有膜
临水面
0.6
风险率(%)
0.4
0.2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 洪水位(m)
图 3 典型断面岸坡滑动失稳风险率与洪水位关系曲线
根据综合风险率计算模型（5）式，利用上述各分项风险率的计算结果，得到外秦淮河 定淮门桥—清凉门桥段堤防的风险率的计算结果如表 1 所示。
（4）制定关于堤防工程的保险。保险作为风险转移的一种方式，是应对工程项目风险 的一种重要措施。工程项目保险即指业主，或承包人，或其他被保险人向保险人交纳一定的 保险费， 一旦所投保的风险事件发生，造成才站或人身伤亡时，则由保险人给与补偿的一 种制度。美国从 50 年代就开始研究洪水保险，并制定出一系列的法规，以确保洪水保险的 顺利实施，这对控制和减轻洪灾及帮助灾区恢复等起到了很好的作用。所以针对堤防工程的 特点制定其相应的保险也是一种重要且有效的风险应对措施。
表 1 外秦淮河定淮门桥－清凉门桥段堤防防洪综合风险率计算成果表
计算断面
水文失事风 险率（％）
渗透破坏风险率（%） 滑动失稳风险率（%）
无膜
有膜
无膜
有膜
综合风险率（%）
无膜
有膜
断面 1
2.638 (50.25%)
1.248
0.884
1.364
1.281
(23.77%) (18.41%) (25.98%) (26.67%)
洪水位概率密度函数也即洪水位频率曲线函数，GB50286-98《堤防工程设计规范》和新
修订的《水文计算规范》建议，堤防工程中的洪水频率曲线线型可采用极值Ⅰ型分布或 P −
Ⅲ型分布。 （2）堤防渗透破坏风险计算模型[4]
-2-

根据渗流理论，产生渗流变形（管涌或流土）的原因是渗透坡降 J 超过了土体的临界坡
（4）
R = R1 + R2 + R3
（5）
3.3 堤防工程中的风险应对、监控
针对上述堤防工程中存在的风险，其管理对策主要有：
（1）加强信息化建设，及时获知水情信息。信息的及时、精确获知是弱化风险的重要
工具。目前正在建设的水利信息化工程，如降雨、洪水的自动观测与传输以及数字化流域等，
都会极大地弱化洪水资源化的风险。如应用 GIS 技术、数据仓库技术、网络技术、动态仿真
5.25
4.803
注：表中括号内数值表示该分项风险对相应综合风险的贡献权重百分比
1. 引 言
洪水灾害是当今世界上损失最大的自然灾害。根据联合国统计，每年全世界各种自然灾 害的 60%是由于洪灾造成的。堤防是沿江河、湖泊、海洋的岸边或蓄滞洪区、水库库区的周 边修建的防治洪水漫溢或风暴袭击的挡水建筑物，是我国防洪工程体系的重要组成部分。我 国现有的堤防多是历史上经过多次修建、破坏、再修复加固而逐渐形成的。由于历史原因， 很多堤防工程存在安全隐患，如：堤身土质不均匀、堤基地质条件差、堤后渊塘众多等，在 汛期洪水水位低于设计水位情况下，堤防往往也存在着不同程度的破坏、滑坡、侵蚀等问题。 风险管理在国外工程项目建设中起着举足轻重的作用。防洪减灾的风险管理问题在国内外已 得到了高度的重视，并进行了广泛的研究。因此，根据我国国情，将传统经验型的堤防安全 评价和管理方法转变成预测型的风险管理体系，通过较合理的计算模型和分析方法找出潜在 危险点和事故生成途径，以更好地掌握堤防存在的险情类别和失事规律，并对事故后果进行 预测和评价是本文想要研究和讨论的。
模型类似，故省略中间步骤，得出风险计算模型如下：
∫ R =
H2 H1
FS
(
H
)
f
(
H
)dH
（4）堤防综合风险计算模型
（3）
以 R1、R2和R3 分别表示堤防水文失事风险、渗透破坏风险和滑动失稳破坏风险，以 R
表示堤防工程的综合风险，若假定这三种失效模式之间相互独立，则综合风险表示为：
简化后得：
R = 1 − (1 − R1 )(1 − R2 )(1 − R3 )
0 -3
-6
-9
-12 -15
-18 -21
-24
-27
-30 -33
淤泥 质土 夹粉 土
杂填土
图 1 典型断面工程地质图
根据堤防漫顶计算公式求得外秦淮河定淮门桥—清凉门桥段堤防洪水漫顶的概率为 2.638%。
基于所建立的堤坝渗透破坏风险率数学模型（2）式，根据回归拟合得到外秦淮河定淮 门桥—清凉门桥段堤防渗透破坏条件概率函数，分别计算外秦淮河定淮门桥—清凉门桥段堤 防典型断面在铺设防渗膜与无防渗膜情况下的堤防渗透破坏风险概率，得到渗透破坏风险率 与内河水位之间的关系，其结果列于图 2。
4. 工程算例
秦淮河流经南京市区，防洪工程历史悠久。南京市政府用了三年的时间对秦淮河系统进 行了政治之后，为了对外秦淮河堤防稳定性做出评价，对其进行风险分析和风险管理研究。 基于上述计算原理和设计思路，选取外秦淮河定淮门桥—清凉门桥段堤防为典型，经分析认 为该段堤防发生失事破坏的可能失效模式为堤防漫顶风险失事、渗透破坏失事和岸坡滑动失 稳破坏失事模式。本文中仅选取一个典型断面（见图 1）进行计算。
-1-

失的大小；（3）风险评价。是在风险识别和风险估计的基础上，对风险发生的概率、损失程 度和其他因素进行综合考虑，得到描述风险的综合指标——风险量，并与公认（或经验）的 风险（安全）指标相比较，得到是否要采取控制措施的结论；（4）风险应对。是在风险发生 时实施风险管理计划中的预定措施：包括风险发生前针对风险因素采取规避、缓解、分解、 抑制、和利用等控制措施消除和减轻风险以及通过财务安排如自留、转移等来减轻风险对项 目目标实现程度的影响；（5）风险监控。即跟踪已识别的风险，监视残余风险和识别新的风 险，保证计划执行，并评估这些计划对降低风险的有效性。
1.4
无防渗膜 有防渗膜
1.2
渗透破坏风险率(%)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
洪水位(m)
图 2 外秦淮河定淮门桥－清凉门桥段堤防渗透破坏风险率与内河水位关系曲线
基于所建立的堤防岸坡滑动失稳风险率数学模型式(3)，计算典型断面背水面和临水面 滑动失稳风险率。采用数值积分的方法进行求解计算，得到外秦淮河定淮门桥—清凉门桥段