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14大坝风险管理•概念和背景•内容及发展动向•土石坝安全管理•大坝安全实时监控和预警4.1概念和背景1）概念国际大坝委员会：大坝风险是指对生命、健康、财产和环境负面影响的可能性和严重性的度量，是不利事件可能性和危害后果的乘积。大坝风险管理是通过用于管理、控制风险的一整套政策和程序，对大坝风险进行识别、评估、处理和监控的系统管理过程。2大坝风险管理过程（俄）Sayano-Shushenskayadam2009.9事故事故后的厂房32）背景至2009年，我国共有水库87076座，这些水库大坝作用巨大。但是相当数量的水库大坝（约有37800座）存在着不同程度的病险隐患，不但被限制运用，无法发挥最大效益，而且严重威胁下游人民的生命财产安全。长期以来，我国水库大坝安全管理的重点是关注水工建筑物的自身安全，通过工程维护和除险加固，建立以“工程安全”为中心的大坝安全保障体系。但随着经济社会的快速发展，水库大坝安全管理的内涵已经发生了深刻变化，大坝安全已不仅仅是工程安全问题，而是已经成为社会公共安全的重要组成部分。以人为本，在保障工程安全的基础上，需要更多地关注下游生命、财产、基础设施、生态环境安全，将大坝工程安全和下游公共安全作为一个有机整体考虑，形成系统安全的概念。3）进展风险分析与管理技术在水利工程领域中的发展，最早起源于美国。20世纪70年代，美国Teton坝和TaccoaFall坝相继失事后，美国总统卡特1978年……强调了对水利工程进行系统风险分析的必要性和重要性，推动了……研究与应用。1991年加拿大BCHydro公司最早将大坝风险管理应用到大坝安全管理中，对大坝风险分析与管理技术的应用起到了积极地推进作用。2000年在北京召开的第20届国际大坝会议上设置了大坝风险分析专题。2005年国际大坝委员会发布了《大坝安全管理中的风险评估》，推动了世界范围内大坝风险评估及管理技术的推广与运用。目前，美国、加拿大、澳大利亚等国家应用较好。4中国我国对大坝风险管理技术的研究始于20世纪90年代初，对风险分析方法、溃坝损失评价、大坝风险标准、病险水库除险加固排序等开展了一系列研究。2002年，水利部组团考察了澳大利亚大坝风险评价研究情况。2003年，水利部派出技术人员去澳大利亚学习培训，并和澳大利亚GHD公司合作，应用风险评价技术对安徽某水库加固前后的风险情况作了系统分析。此后，我国又与加拿大、美国等国家合作，在大坝风险管理技术的各个方面取得了很大进展，并结合一些工程实例开展了有关的应用研究。但是，总体上我国大坝风险管理技术研究还处于起步阶段，尚未形成一套完整的体系，特别是对一些关键技术的研究很少涉及。4.2内容及发展动向1）风险标准研究风险标准是指在风险评价过程中用于确定计算定量风险分析结果是否可以接受的一个标准。大坝风险包括生命风险、经济风险、公共健康与环境风险等。国外目前较为通行的评价标准是容许风险分析方法。5生命风险生命风险主要指溃坝对下游生命构成的风险，为溃坝可能性与可能生命损失的乘积。国际上，有关生命风险的评价需要满足以下3个准则：（1）生命单个风险标准：大坝溃决所增加的生命风险增量不应该超过某一指定值，这一值以生命基本风险为依据。（2）生命社会风险标准：导致N个或更多生命损失事情发生概率不应该超过某一指定值，这一值是N的函数，随N增加而递减（F-N曲线）。（3）ALARP原则：风险在合理可行情况下应尽可能低，只有当减少风险是不可行的，或投入的经费与减少的风险是非常不相称时，风险才是可容忍的。生命单个风险和生命社会风险生命单个风险分为可接受生命单个风险和可容忍生命单个风险。可容忍生命单个风险一般以不超过人们日常生活所面临的死亡风险为基准。生命社会风险也分为可接受生命社会风险和可容忍生命社会风险。可接受风险和不可容忍风险之间为ALARP过渡带。ALARP过渡带是指对那些处于可接受风险和不可容忍风险之间的风险应用ALARP原则。ANCOLD的生命社会风险标准6经济风险标准、公共健康与环境风险标准经济风险标准一般根据溃坝造成的经济损失比例和当时的经济社会发展水平来确定。国际上一般都是大坝业主根据自己承受风险的能力来确定经济风险标准，重点是根据ALARP原则来降低经济风险。公共健康与环境风险标准，溃坝对公共健康与环境造成的损失一般很难采用货币定量计算，相关研究还较少。2）风险分析研究采用定性/半定量分析和定量分析。定性分析采用语言描述形式或数值范围来描述溃坝可能性及其后果，定量分析采用数值计算法。溃坝可能性研究主要包括溃坝模式分析与溃坝概率计算。溃坝模式分析是根据各种可能出现的外荷载，分析在荷载作用下大坝各组成部分可能出现的破坏形式，并分析是否可能发展成为溃坝事件，最终形成荷载－建筑物－破坏－溃坝的途径。溃坝概率分析以定性/半定量分析为主，主要依靠经验来估算，常用历史资料统计法和专家经验法。定量分析通过可靠度理论计算来获得某一事件出现的概率。7溃坝影响以及后果主要包括溃坝洪水以及演进特性、过程和淹没范围分析与淹没范围内各种损失评估。溃坝洪水计算指计算坝址溃坝洪水的流量及流速过程线，以及其他水力要素的变化过程线，为下游洪水演进计算提供基本资料。（混凝土坝和土石坝不同）洪水淹没范围内各种损失评估根据溃坝洪水的演进分析得到。溃坝损失最严重的是生命损失，其估算受到众多因素的影响，其中最重要的因素是风险人口、洪水严重程度、事件发生时间和预警时间长短、公众对发生的溃坝事件严重性的理解程度等。3）风险评价研究分为两个层次：群坝风险评价与个坝风险评价。群坝风险评价对某一管辖范围内的大坝的风险进行比较，确定优先进行个坝风险评价的工程、资金流向、加固排序等。群坝风险评价并不是要为每一个大坝给出一个结论性的风险值，而是为了得到群坝相对风险的排序结果。个坝风险评价对大坝风险分析要求详细深入，对一座大坝的风险状况要有结论性的评价，和风险标准比较，决定大坝风险是否可容忍。8ANCOLD群坝风险评价过程ANCOLD群坝风险评价过程94）风险处理研究风险处理是选择并执行适当的方案来处理风险，是一个动态过程。如风险不可容忍，则必须立即对风险进行处理。风险处理方法包括降低风险、转移风险、回避风险等。降低风险是指采用工程和非工程措施相结合的优化方案，把水库大坝风险降低到可以接受的水平。转移风险是指通过立法、合同、保险或者其他手段将溃坝损失的责任或负担转移到另一方。回避风险是指通过降低运行水位甚至让大坝退役来规避水库高水位运行可能带来的风险。应急预案研究目前，我国病险水库大坝的风险处理主要着眼于工程措施，所采用的认定方法和评价标准也主要与工程措施有关，这种方法不一定是最经济的。在大坝风险管理中，工程和非工程措施的有机结合可以经济有效地降低大坝风险，溃坝应急预案的实施会起到事半功倍的效果。在美国、加拿大、澳大利亚等国家对溃坝应急预案的研究、施行已经较为普遍。实践证明，应急预案在这些国家的大坝风险管理中起到了十分重要的作用，可以有效降低甚至避免下游的溃坝损失。104.3土石坝安全管理图2-9各种坝型的A、B值比较A：每种坝型的溃坝数与总溃坝数的比值B：每种坝型的已建坝数与总建坝数的比值四川大学王东的研究成果1）风险分析方法根据1991年加拿大标准协会的风险分析要求和准则，大坝风险分析有三种主要方法：（1）破坏模式和影响分析（FMEA）及其相关方法系统可分成子系统、设备或元件。按实际需要，将系统进行分割，然后逐个分析各自可能发生的失效模式及其产生的影响，以便采取相应的防治措施，提高系统的安全性。（2）事件树分析（ETA）按事故发展的时间顺序，由激发事件开始推论可能的后果，进行危险源辨识。它既可以定性地了解整个事件的动态变化过程，又可以定量计算出各阶段的概率，最终了解事故发展过程中各种状态的发生概率。11（3）故障树分析（FTA）事故资料熟悉系统工艺过程确定顶事件建造故障树收集系统资料调查原因事件修改简化故障树定性分析底事件概率最小割集/径集系统故障率，底事件重要度安全评价定量分析图2-3故障树分析法（FTA）解决问题的步骤把系统最不希望发生的故障事件作为故障树的顶事件，自上而下分析导致顶事件发生的所有可能的直接因素（中间事件）及其相互间的逻辑关系，并由此逐步深入分析，一直追溯到那些原始的、其故障机理或概率分布已知的、无须再深究的因素（底事件）为止。未见异常发现异常大坝安全监测、巡查异常中止(未发展/维护、整改)非溃坝性事故安全安全事故处置得当（维修加固/运行方式调整等）溃坝事故启动溃坝紧急预案无措施溃坝失败，下游损失得以管理安全失败，下游损失失控图2-7土石坝安全管理事件树[121]122）历史事故统计资料表2-4102座溃坝的原因分析（1931年）破坏原因占总溃坝数的%洪水漫顶39渗透破坏29沿管道渗漏19滑坡5其他4原因不明4世界土石坝事故统计世界土石坝事故统计表2-5206座土石坝事故原因及运行龄期统计（1952年）运行破坏原因龄期（年）洪水漫顶渗透破坏滑坡沿管道渗漏护坡其他原因不明0～191629231～5173424505～1091312910～20301312920～30131212530～4010611440～509600分龄期百分比％50～1003000占总溃坝数的%3025151357513世界土石坝事故统计表2-6土石坝事故和失事原因（美国240座，1983年）事故或失事原因占240座坝的百分比（%）备注外部侵蚀（漫顶/波浪作用）29内部侵蚀（坝体/坝基）38基础失稳14坝体过度变形13损伤（物理/化学作用）2闸门失灵2地表作用1施工差错1根据1983年美国大坝委员会的资料。世界土石坝事故统计表2-7土石坝失事的主要原因（%）（国际大坝委员会129座，1995年）[130]失事原因92座土坝24座堆石坝13座堆石坝/土坝平均漫顶（坝顶）23453133坝体内部侵蚀（管涌）2082317坝基内部侵蚀（管涌）13131514其他结构原因29252326其他原因159811总计100100100100注：1995年ICOLD资料14中国溃坝统计分析表2-9我国自1954-1990年溃坝原因分类统计失事原因百分比（%）备注洪水漫顶50.6设计、施工质量差38.0运行管理不善5.3其他4.6原因不详1.5表2-8我国自1991-2002年溃坝原因（235座，2003年）失事原因座百分比（%）备注超标准洪水漫坝14763工程质量差、抢险不力7130管理不到位、措施不得力1773）安全事故因果分析中国土石坝“非溃坝性事故”、“溃坝事故”原因与分类。事故故障树15中国土石坝“非溃坝性事故”原因与分类表2-10中国土石坝“非溃坝性事故”分类表事故类型案例数百分比基本原因（事件）基础处理不合格坝体填料级配不良填料含水量控制不严坝坡太陡分期施工接合面处理不当坝体填筑厚度不均坝体碾压不实A1-1大坝裂缝12912.90%坝内涵管埋设不当铺盖厚度不够铺盖填筑质量差基础级配不良防渗性能差A1-2大坝防渗体开裂111.10%防渗封闭不良设计不周A1裂缝A1-3其他建筑物裂缝11311.30%施工、制造质量差中国土石坝“非溃坝性事故”原因与分类续表2-10事故类型案例数百分比基本原因（事件）水平防渗长度不够水平防渗厚度不够垂直防渗未到基岩A2-1坝基渗漏676.70%垂直防渗留有“天窗”坝体无防渗结构碾压不实，坝内有松散土层砌筑体质量差，留有缝隙新旧土结合不良，留有松土带坝内埋管与坝体接合不严收缩缝止水材料老化A2-2坝体渗漏707.00%基础覆盖层清理欠佳坝肩与岸坡接合面处理不合格A2-3坝肩绕渗313.10%岸坡裂隙处理不合格涵管制造、砌筑质量差基础处理不合格岸坡接合面防渗处理不合格设计布筋强度不够伸缩缝止水材料老化A2-4过水建筑物渗漏969.60%灌浆封孔不严密A2渗漏及渗透破坏A2-5管涌事故535.30%16中国土石坝“非溃坝性事故”原因与分类续表2-10事故类型案例数百分比基本原因（事件）块石体积太小护坡块石下无垫层垫层级配不良A3-1大坝护坡破坏656.5