國內外水庫工程防洪標準分析

周祥林，楊百銀，王正發，單 婕

（1.中國水電工程顧問集團公司，北京 100120；

2.中國水電顧問集團西北勘測設計研究院，陜西 西安 710065）

0 引言

選擇工程的防洪設計標準是水利水電工程規劃和設計的一項首要的技術決策。防洪標準是一個國家經濟、技術、政治、社會和環境等因素在工程上的綜合反映，既關系到工程自身的安全，又關系到工程下游人民生命和財產、工礦企業和設施、生態環境的安全，還對工程效益的正常發揮、工程造價和建設進度有直接影響。

1998年，國際大壩委員會總結水庫防洪安全設計的進展，將設計標準分成三個階段[1]：①第一代標準主要是根據經驗和水庫的共性，粗略分級、制定標準、列表備查，并沒有考慮到設計水庫的個性，如水庫重要性、壩體體量、壩形、庫容和壩對下游的危害。大多數國家是采用洪水頻率分析方法，設計洪水重現期從200年到10 000年不等。有些國家使用水文氣象方法，估計可能最大洪水 （Probable Maximum Flood，PMF）。②第二代標準一般是根據水庫危害程度分級，風險高的水庫采用高的設計標準。提出應根據水庫本身的特征和潛在的潰壩危害，客觀評價設計水庫的風險。水庫特征給出包括壩體的體量特性、水庫綜合特性 （壩高×庫容）、電站容量特性、調節流量特性等一系列定量指標。③以風險評價為基礎的第三代設計標準，替代過去兩代標準，綜合考慮壩高、庫容和潰壩損失的危害程度，通過風險分析來確定水庫的設計標準[2]。第三代標準的突出特點是要求具體分析設計水庫的風險特性，估算提高安全標準所需費用，綜合考慮潰壩事故的風險，包括概率和可能造成的危害，并根據當地社會可承受的風險水平，通過風險—效益—工程費用之間的關系，確定水庫的防洪安全設計標準[3]。

本文通過對國內外防洪標準發展的研究，分析各自的特點及存在的問題，結合我國水電梯級開發的形勢，提出對現行防洪標準規范的改進建議，以供規范修編時參考。

1 國外防洪標準

1.1 防洪標準的主要表示方式

通過研究國外水庫大壩防洪安全管理方面的資料發現[4]，世界各國所采用的防洪標準均有所不同。這表明，防洪標準的確定，不僅取決于技術、經濟因素，還廣泛地受到自然地理、社會和政治等因素的影響。經過歸納總結，國外水庫防洪標準的主要表示方式有以下四類：

（1）以調查、實測的某次大洪水或適當加成表示，如瑞典、挪威等國。這種表示方式的防洪標準很不明確，其設計洪水的大小，與調查、實測期的長短和該時期洪水狀況有關，適當加成任意性大。隨著水文、氣象資料的積累和洪水分析計算技術水平的提高，這種方式現已很少采用[3]。

（2）以洪水的重現期 （T）或年超過概率 （P%）表示，設計洪水計算采用頻率分析法，如原蘇聯、日本、哥倫比亞、瑞士等國。它較科學地反映了洪水出現概率和防護對象的安全度，但在理論頻率曲線外延上存在較大的不確定性，爭議很大。目前，這種方式被多數國家采用[5]。

（3）以可能最大洪水或其3/4、2/3、1/2表示。PMF采用水文氣象法分析計算，如美國、印度、加拿大等國。由于分析計算PMF需要大量的水文氣象資料，很難準確計算，取其某倍比，任意性較大，而且防洪安全度不明確，目前已很少采用。

（4）以50年一遇至1000年一遇洪水設計，以10 000年一遇洪水或PMF校核，如英國、澳大利亞等國。水文氣象法、頻率分析法混合使用[6]。

1.2 特點

（1）大部分國家普遍重視水庫大壩安全，傾向于以潰壩對下游可能造成的危害作為最基本的指標。

（2）各國防洪標準的約束力參差不齊。例如法國和瑞士，并沒有正式的標準，他們是根據過去公認的辦法進行工作，并可以按照具體情況進行修訂和校正。美國、英國、加拿大等國的科學技術組織或政府部門公布了推薦標準或指南。日本、葡萄牙和西班牙等國家[4]，為確定設計洪水都制定了具有法律約束力的設計標準，如法規和規范。

（3）水庫的防洪標準有降低的趨勢。例如，原蘇聯1948年、1966年兩次頒發的設計洪水規范中，工程等級劃分指標不斷提高，其實質是對一定規模的工程，降低了它的等級，也就相應降低了設計洪水的標準[6]。

（4）適用于所有水庫的通用標準，己逐漸被根據各個水庫潰壩對下游的危害程度進行分級的標準所替代。世界多數國家采用的水庫安全評估數據見表1。

表1 水庫安全評估數據

1.3 主要問題

目前世界多數國家采用的防洪標準仍是根據水庫危害分級的傳統標準——第二代防洪標準，在使用過程中，主要存在以下幾個問題：

（1）按水庫潰壩后對下游的危害程度進行分級，但下游可能造成的危害涉及的因素較多，難以量化，分級缺乏明確的界限，一般只能作定性分析。

（2）除分級含有人為主觀考慮的成分外，第二代防洪標準的分級指標存在很大的差別，同一水庫就會得出不同的分級，因此所確定的洪水標準的差別就會更大。

（3）在對下游所有可能的各種危害 （如生命損失、經濟損失、社會與環境影響等）確定水庫防洪級別時，遇難死亡人數，沒有起到決定性的作用。

（4）標準對高危害級別水庫采用的方法偏保守。

（5）防洪標準的確定是針對單一水庫而言的，沒有具體規定的梯級水庫群防洪標準。

2 我國的防洪標準

我國幅員遼闊，自然地理、氣候條件復雜，除沙漠、戈壁和極端干旱區及高寒山區外，大約2/3的國土面積存在著不同類型和不同危害程度的洪水災害，是世界上洪澇災害最嚴重的國家之一。自古以來，我國對防洪就非常重視。但在新中國成立以前，僅憑積累的治水經驗進行防洪工程的建設、維修或加固，沒有頒布過可滿足工程設計要求的防洪標準。建國以后，為防御洪水、減少洪災損失，維護人民生命財產安全，國家非常重視防洪工程建設。

2.1 現行防洪標準

為了滿足大規模防洪建設的需要，有關部門對所管理的防洪對象的防洪標準，先后作過一些規定。由于制訂的時期不同，對防洪安全與經濟的關系等的處理有差異，類似的防護對象，其防洪標準不一致。直到1994年，為適應國民經濟各部門、各地區的要求和防洪建設的需要，國家技術監督局和建設部聯合發布了由水利部主編的國家統一的GB50201—94《防洪標準》[7]。隨后，一些部委又根據國家防洪標準陸續對各自的行業防洪標準進行了修訂，做到基本統一。

我國現行的水庫防洪標準主要以GB50201—94《防洪標準》、SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和DL5180—2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》三本規范為依據，三者在水庫防洪標準方面完全統一。

2.2 特點

（1）先分等級再根據工程等別分級。我國水庫防洪標準的確定是先按工程規模、總庫容、效益和在國民經濟中的重要性劃分等級，再根據工程規模按永久或臨時水工建筑物在工程中的重要性確定其級別，同時考慮壩形、壩高、工程地質條件以及工程失事后對下游危害等因素判定其級別是否提高一級或降低一級，最后以水工建筑物的級別和筑壩材料的類型 （土石壩或混凝土壩、漿砌石壩）按山區、丘陵和平原區、濱海區分別確定水庫工程建筑物的防洪標準。這種先分等級再根據工程等別分級的做法已在我國沿用了幾十年，證明在工程實踐中是切實可行的。

（2）防護對象采用洪水重現期確定防洪標準。我國相關規范規定，統一采用洪水的重現期表示防護對象的防洪標準，如50年一遇、100年一遇。對特別重要的防護對象，一旦受洪水災害、損失特別嚴重或將造成難以挽回的影響，為保證其防洪的絕對安全，可采用PMF。

（3）設計校核兩級標準。我國現行的水庫防洪標準通常采用設計、校核兩級標準[8]。

2.3 主要問題

世界上多數國家確定水庫設計洪水采用頻率分析法，最高標準為萬年一遇洪水，少數采用PMF。我國現行防洪標準規定，采用PMF或萬年一遇洪水作為土壩、堆石壩1級水工建筑物的校核標準，其防洪安全理念與世界多數國家是一致的[9]。

我國水庫防洪標準是通過設計洪水標準和校核洪水標準兩級來體現。從我國建壩的實踐來看，現行規范所規定的防洪標準，是在我國現有計算水平和資料條件下，綜合反映安全與經濟的平衡后制定的，對我國水利水電工程建設及其防洪安全起到了指導和控制作用，是和我國社會主義經濟建設各階段的社會經濟發展水平相適應的，是基本可行的。但隨著我國水利水電工程建設的進一步深入，在工程實踐中也出現了一些新問題需要解決[10]。

（1）現行標準在確定工程等別時，沒有將失事后果作為重要影響因素，也沒有給出相應指標。規范雖然給出了下游防洪、排澇、灌溉等指標，但只是當工程承擔下游防護目標的防護任務時才要考慮，而對于不承擔下游城鎮、農田、灌區等防護任務而工程失事又對下游造成危害的工程，則不考慮這些指標。這實際上是只考慮工程本身的功能損失而沒有考慮潰壩損失，是不合理的[6]。

（2）沒有具體的梯級水庫防洪標準，只有針對單一水庫的防洪標準。僅對江河采取梯級開發方式時梯級水庫防洪標準的確定做了一般性規定，沒有給出確定各梯級水利水電工程的水庫設計洪水標準與校核洪水標準的具體方法和評估失事損失危害程度的定量分析方法。目前，我國大江大河的水利水電工程開發多采取梯級開發方式，其水庫基本都處于梯級水庫群中，影響梯級水庫防洪安全的因素遠比單一水庫多，梯級水庫失事造成的危害也更加嚴重。如我國北方某一河流擬新建一座抽水蓄能電站，下水庫改造利用原來已建的一座小水庫，其標準為500年一遇，根據抽水蓄能電站規模，按照我國現行規范要求，確定為一等大 （1）工程，該小水庫校核標準提高為2 000年一遇，相應洪峰流量為1 020 m3/s。在該水庫上游已建有一座小水電站，該電站為土石壩，校核標準為500年一遇，相應洪峰流量為491 m3/s，經計算，超500年一遇洪水，該小水庫潰壩后洪水演算到抽水蓄能電站下水庫壩址處洪峰流量約為5 000～6 000 m3/s，遠超其校核標準的洪峰流量，因此，需提高下水庫的設防標準或改造上游小水電站。在此案例中，僅僅考慮單一水庫的防洪標準是不合適的，需要采取措施解決上下游梯級防洪標準不一的問題。

（3）選擇水庫防洪標準時，方法過于單一。完全是按照現行規范進行，沒有將國外比較合理的可接受風險分析方法應用到水庫防洪標準的選擇與復核中[11]，以達到全方位評價水庫的防洪安全的目的。

3 結語

目前，我國大多數河流水能資源利用已全面形成梯級開發格局。在工程設計時，對于單庫的防洪設計，就其防洪標準而言，現行規范是基本可行的。但對于梯級水庫群的防洪設計，由于影響防洪安全的因素遠比單一水庫多，梯級水庫失事造成的危害更嚴重，因此，其防洪標準的確定更嚴格。

確定梯級水庫群防洪標準以風險分析為基礎。在我國水庫大壩安全管理中引進風險評價技術過程中，迫切需要評估失事損失危害程度的定量分析方法。評估結果對梯級水庫群防洪標準選擇影響較大，而且前國內對潰壩風險評估方法的研究還處于起步階段，這些都需要水利水電工作者展開更加深入的研究。

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［4］ Berga L.New trends in design flood assessment［C］//International Symposium on Dams and Extreme Floods,1992.Granada:ICOLD,SPANCOLD,Vol III:87-112.

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［6］ 水電水利規劃設計總院，中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，中國水電顧問集團西北勘測設計研究院.梯級水庫群設計洪水研究［R］.北京：水電水利規劃設計總院，2009.

［7］ GB50201—94 《防洪標準》［S］.

［8］ 朱元甡，王道席.水庫安全設計與潰壩風險［J］.水利水電科技進展， 1995（1）:17-21.

［9］ 王國安.關于我國水庫的防洪標準問題［J］.水利學報，2002，33（12）:34-37.

［10］ 王國安.對我國水庫設計洪水及標準問題研究的主要成果［J］.人民黃河， 1994（5）:24-27.

［11］ 武靖源，韓文秀，徐楊，等.洪災經濟損失評估模型研究——（I）直接經濟損失評估［J］.系統工程理論與實踐， l998（11）:56-59.