美國大壩的安全管理

據(jù)2006年的統(tǒng)計，美國全國共有各類水庫大壩82000余座，統(tǒng)計在冊的大壩達79500余座，其中壩高超過15 m的壩有6950座，超過30 m的壩有1733座。這些大壩中，承擔防洪、供水和灌溉的水庫大壩所占比例為51%。圖1為美國水庫大壩建設年代與數(shù)量分布情況。

1 大壩的安全管理

美國大壩的建設、運行管理體制比較復雜，分為聯(lián)邦、州和私人企業(yè)等幾個層級。各聯(lián)邦機構和各州都有著各自的大壩安全管理規(guī)章制度、運行程序和相關的技術文件。美國80%的大壩是由各州的大壩安全辦公室負責管理。目前，除了阿拉巴馬州，其他各州，包括領地，都建立了大壩安全管理計劃。盡管各州在管理程序上有所不同，但管理內(nèi)容大致相同，主要包括:①對已建大壩進行安全評價；②對大壩的建設和主要維修工作方案和技術標準進行審查；③對大壩進行定期檢查；④對新建和在建大壩的施工進行現(xiàn)場監(jiān)察；⑤評審和審批應急管理計劃。

現(xiàn)階段大壩安全的責任分別由下列部門分擔:①聯(lián)邦政府擁有的大壩由其下屬的大壩管理機構管理，如墾務局 （USBR）、陸軍工程師團 （USACE）和田納西河流域管理局 （TVA）等；②非聯(lián)邦政府所有的、具有水力發(fā)電功能的大壩由聯(lián)邦能源管理委員會 （FERC）管理；③其他用于供水、灌溉等的大壩由各州負責，并依據(jù)州大壩安全管理者協(xié)會（ASDSO）制定的導則進行管理。

聯(lián)邦機構共管轄4000余座壩，所占比例不到5%；其余的大壩屬非聯(lián)邦政府管轄，其中多數(shù)屬于私人所有。

在經(jīng)歷了半個多世紀的大壩建設高峰后，美國已經(jīng)全面進入大壩運行管理時代。21世紀初，有25%的大壩服務年限達到了50年；2013年，這個比例達到了50%。

近100年來，美國曾發(fā)生過幾次重大潰壩事件，每次重大潰壩事件的發(fā)生都促進了各界對大壩安全認識的提高，推動了潰壩研究和大壩安全管理工作的進展。服務年限超過50年的水庫大壩數(shù)量的快速增長也是促使加強大壩安全管理的重要原因。

1.1 歷史上幾次重大潰壩事故

1928年，加利福尼亞州發(fā)生了圣弗朗西斯 （St.Francis）壩的垮壩事件。1972年，西維吉尼亞州發(fā)生了布法羅克里克 （Buffalo Creek）壩的垮壩事件，造成125人死亡。1976年，蒂頓 （Teton）壩潰決，造成14人死亡，損失10億美元。蒂頓壩的垮壩事件，震驚了世界。在相當長的一段時期，各國學者圍繞美國蒂頓壩、法國馬爾帕塞 （Malpasset）壩和意大利瓦依昂 （Vajont）壩的潰壩事件開展了大量的研究工作。1977年，凱利巴恩斯 （Kelly Barnes）壩潰決，造成39人死亡。2005年，托姆索克（Taum Sauk）抽水蓄能電站上庫面板堆石壩因發(fā)生漫頂導致潰決，事件發(fā)生后，立即啟動了應急管理系統(tǒng)，挽救了下游的小鎮(zhèn)。聯(lián)邦能源管理委員會也立即派出了6人的獨立工作小組，在現(xiàn)場進行了為期6周的調(diào)查分析工作，最后向聯(lián)邦能源管理委員會提交了調(diào)查報告。

圖1 美國大壩建設年代和比例分布

1.2 大壩安全管理的發(fā)展

（1）第一階段:1929年～1970年，大壩安全管理初期階段。美國大壩安全的管理工作始于1929年初，原因為加利福尼亞州發(fā)生的圣弗朗西斯壩垮壩事件。在此之后，還發(fā)生了一些其他垮壩事件，造成了人民生命和財產(chǎn)的損失，促使出臺了一些州和國家級的關于大壩安全管理的法規(guī)條例。

（2）第二階段:1970年～1986年，大壩安全管理過渡階段。1972年美國國會通過了 “國家大壩檢查法案 （PL92-367）”（National Dam Inspection Act）。該法案授權陸軍工程師團對非聯(lián)邦的大壩進行核查，評價其安全性；向州政府提交安全核查報告，從加強大壩安全的角度提出需要改進工作的建議；開展大壩登記工作；向國會報告工作進展情況。經(jīng)過幾年的工作，提出了一個關于聯(lián)邦大壩安全的計劃，該計劃于1976年提交到國會，由于受到當時經(jīng)費的限制，未能有效推動。1976年發(fā)生的蒂頓壩垮壩事件引起了公眾和政府對大壩安全的關注。國會和聯(lián)邦機構組織了工作小組對該事件進行調(diào)查，對大壩安全提出了一系列的問題，國會也為此出臺了一部新的關于大壩安全的法律。

1979年4月23日，一份來自卡特總統(tǒng)的備忘錄分別發(fā)送給內(nèi)務部、農(nóng)業(yè)部、陸軍參謀長、國家預算管理辦公室、總統(tǒng)科學技術顧問、聯(lián)邦能源委員會主席、田納西河流域管理委員會主席、國際河流委員會美國部主任。該備忘錄對大壩安全工作提出了很高要求，指出這是聯(lián)邦機構最重要的工作之一，各聯(lián)邦機構都要列專項開展大壩安全工作。備忘錄還要求各聯(lián)邦機構對其所屬的大壩安全進行核查，主要包括對機構內(nèi)部和外部的核查、人員資質(zhì)、新技術的開發(fā)與整合、應急計劃的制定、對已建大壩的安全核查等。這些工作由一個臨時成立的聯(lián)邦協(xié)調(diào)機構委員會和一個獨立的評審委員會來執(zhí)行，檢查結(jié)果表明，大壩安全的管理工作總體是有成效的，但是仍需要進一步改進，包括編制大壩安全管理導則。1982年，陸軍工程師團完成了對非聯(lián)邦系統(tǒng)大壩的安全核查，完成了大壩登記的更新，向國會提交了報告。1985年，大壩安全協(xié)調(diào)委員會出版了大壩安全管理導則和運行規(guī)則。

（3）第三階段:1986年～至今，法制化、科學化的大壩安全管理時期。1986年，美國國會頒布了“水資源開發(fā)法案”，其中包括國家大壩安全計劃（National Dam Safety Program，NDSP）的立項，授權由陸軍工程師團負責該項目的管理。在1996年頒布的 “國家大壩安全法案”中，授權聯(lián)邦緊急事務管理署 （FEMA）負責管理該項目，并一直延續(xù)至今。2001年 “911”恐怖事件后，2002年美國頒布了 “國家大壩安全與防衛(wèi)法案 （PL107-310）”。 在這部新法案中，明確將水庫大壩、機場、橋梁、核電站和公路作為國家最重要的基礎設施加以保護，不僅考慮因自然力對這5類建筑物造成破毀后對國家和人民生命財產(chǎn)造成的嚴重損失，而且還考慮對其進行反恐怖主義破壞的保護，F(xiàn)EMA也由原來作為聯(lián)邦的一個獨立機構并入新成立的國土安全部（DHS），成為國家政府部門下屬的一個專門機構。該法案規(guī)定NDSP項目將繼續(xù)開展工作，延長至2006年。2006年12月22日，布什總統(tǒng)簽署了新的法案 （PL109-460），再次授權NDSP項目，將該項目繼續(xù)延長5年。該項法案的重要內(nèi)容之一是將其項目的名稱恢復為 “國家大壩安全計劃”。2012年7月，美國國會通過了2012美國大壩安全法案，再次將NDSP項目續(xù)延5年，并繼續(xù)向項目提供資金支持。

2 美國國家大壩安全計劃（NDSP）

2.1 NDSP工作目標

1996年10月12日，美國水資源開發(fā)法案（PL104-303）被批準列入國家法律，在第215章中確定NDSP計劃的立項，由FEMA作為項目總協(xié)調(diào)者，該項目共設置了10個課題。參與這個項目的機構主要包括陸軍工程兵團、墾務局、氣象局（NWS）、農(nóng)業(yè)部 （USDA）、聯(lián)邦能源管理委員會、田納西河流域管理局、州大壩安全管理者協(xié)會、美國大壩協(xié)會 （USSD）等。

NDSP計劃的目的是通過建立并始終保持一個有效的國家級的大壩安全計劃，將聯(lián)邦和非聯(lián)邦機構中的專家和技術資源整合并開展合作，以降低國家大壩的風險及減少因潰壩給人民生命和財產(chǎn)帶來的損失。主要的工作目標為:①通過技術的不斷完善和經(jīng)濟可行的項目計劃實施，減少潰壩帶來的災害，確保已建和新建大壩的安全；②為大壩的現(xiàn)場勘察、設計、施工、運行、管理、應急管理措施等提供可行的政策法規(guī)和方法；③根據(jù)國家標準，建立各州的大壩安全計劃；④向公眾宣傳，使公眾接受國家大壩安全計劃并給予支持；⑤向聯(lián)邦和非聯(lián)邦機構提供大壩安全計劃的有關資料；⑥建立一個機制，將聯(lián)邦的大壩安全技術傳授給非聯(lián)邦機構和組織。

2.2 NSDP項目管理體制

現(xiàn)階段的美國大壩安全管理體制是以FEMA為領導，由聯(lián)邦機構、州政府、私人機構和學術團體參加的一個全國性的大壩安全管理計劃。為了協(xié)調(diào)聯(lián)邦、州、私人企業(yè)等不同部門的大壩安全管理和技術工作，專門成立了兩個機構，一是國家大壩安全評估委員會 （NDSRB），為FEMA董事會提供關于國家大壩安全工作、影響大壩安全的國家政策實施中的咨詢。該機構還為各州的大壩安全工作提供幫助，協(xié)助FEMA對州大壩安全技術的評估以及經(jīng)費預算。在這個委員會中，F(xiàn)EMA的官員擔任主任，從大壩安全協(xié)調(diào)委員會 （ICODS）的7個成員單位中推選出4名代表；5名代表來在自州的大壩官員，由FEMA董事挑選；1名來自私人企業(yè)代表，也由FEMA董事挑選。

另一個機構是大壩安全協(xié)調(diào)委員會。這個機構最早成立于1980年，正式成立是1996年公共法案PL104-303出臺以后，成員來自各聯(lián)邦機構的代表，包括農(nóng)業(yè)部、國防部、能源部、內(nèi)務部、勞工部、國土安全部、FEMA、聯(lián)邦能源管理委員會、國際河流委員會美國部、核能管理委員會和田納西河流域管理局等。大壩安全協(xié)調(diào)委員會的主要工作是幫助和促進大壩安全工作更加有成效，包括制定政策和編寫技術導則。

各機構和部門在開展自身關于水庫大壩安全管理工作的基礎上，還承擔了項目中的一些專業(yè)技術開發(fā)、培訓及技術導則和手冊的編寫工作。

2.3 NDSP執(zhí)行情況

NDSP計劃以5年為一個階段。自1998年實施以來，在大壩安全工作方面取得了很大的進展。開展的主要工作有:①對美國大壩安全狀況進行了核查、登記和分類，將具有高風險和比較高風險度的大壩列為大壩安全工作的重點；②對大壩安全工作的實踐經(jīng)驗進行總結(jié)，加強大壩的安全監(jiān)測，對具有安全隱患的壩進行除險加固工作；③編制了一系列技術規(guī)范、導則和指南，編制大壩安全計劃管理程序 （DSPMP），以加強對全國大壩安全的管理工作；④對存在安全風險的大壩進行了以潰壩對下游造成人員傷亡程度劃分風險等級，制定應急行動管理計劃 （EAP）；⑤舉辦了一系列的技術研討會和技術培訓班；⑥利用墾務局、陸軍工程師團、聯(lián)邦能源管理委員會、農(nóng)業(yè)部、州大壩安全管理者協(xié)會、田納西河流域管理局、國家氣象局、地質(zhì)調(diào)查局以及大學等專業(yè)機構和部門具有長期從事大壩設計和運行管理經(jīng)驗的優(yōu)勢，開展大壩安全管理的科研；⑦籌措資金，幫助各州和私人企業(yè)開展大壩安全的管理和研究工作；⑧FEMA組織專家對各部門、各機構開展大壩安全管理工作，開展技術監(jiān)督和檢查，針對存在的問題提出改進意見和建議；⑨每兩個工作年度編寫一份階段進展報告，總結(jié)本階段工作進展情況，提出下階段工作任務。

該項目實施以來，促進了美國大壩安全管理工作更加科學化、信息化和實用化，主要體現(xiàn)在如下幾個方面:

（1）建立健全組織機構。陸軍工程師團、田納西河流域管理局、礦山和健康管理委員會（MSHA）、礦山廢棄物和土力學工程分會、國際河流委員會 （IBWC）、聯(lián)邦能源管理委員會、內(nèi)務部（DOI）、林業(yè)局 （FS）、自然資源保護委員會（NRCS）等機構根據(jù)各自擁有和管理的大壩及其功能，分別加強了大壩安全管理工作組織機構的建設，配備了相應的工程技術和管理人員，并根據(jù)NSDP計劃，分別在各自的系統(tǒng)內(nèi)部開展了相應的技術培訓工作。

（2）大壩登記工作。各部門按照NDSP的要求，加強了各自負責管理的大壩的登記工作，按年度報告大壩登記情況，重點為具有高風險和較高風險大壩的數(shù)量及其運行情況。整個工作由陸軍工程師團負責。

（3）大壩安全核查。接受安全核查的大壩數(shù)量由1998年～1999年度的13000座增加到15000座。由于美國的建壩高峰已過去了30年，許多部門 （包括陸軍工程師團在內(nèi)）都缺少有經(jīng)驗的技術人員，為此，采取了部門之間或地區(qū)之間的合作方式，或委托聯(lián)邦能源管理委員會的技術人員承擔培訓工作，陸軍工程師團還承擔了對年輕技術人員針對大壩安全核查工作需求的技術培訓工作。

（4）病險水庫大壩除險加固。各部門根據(jù)所屬大壩的現(xiàn)狀，開展除險加固工作。如聯(lián)邦能源管理委員會，2003年～2005年間對47座壩進行了除險加固或改建工作，還有77座壩正在加固或進行評估；自然資源保護局有2000座小壩需要除險加固，全部完成需要5.5億美元，該部門于2004年～2005年分別籌措了2960萬和2750萬美元保證除險加固工作。各州也在NDSP項目指導下，開展州內(nèi)大壩的除險加固工作。

（5）應急預案編制 （EAP）。1998年NSDP項目開始實施應急預案編制工作。州管轄的大壩中，2010年具有高風險大壩數(shù)量為11202座，全國為13991座。2006年，完成應急預案編制工作的州管轄的大壩數(shù)量為4854座，完成率51%。具有高風險的聯(lián)邦大壩，96%已經(jīng)完成EAP的編制工作，應急預案編制工作要遠遠好于州管轄的大壩。

（6）大壩安全管理中的科研工作。NDSP計劃十分注重大壩安全管理中的科研工作。1999年，大壩安全評估委員會提出了關于大壩安全領域的17個重點專題，有些專題已獲研究成果，編寫成技術導則和技術手冊。

（7）大壩安全技術管理工具 （DSPMT）。2004年，評估委員會專門成立了一個工作小組，落實近期和遠期的大壩安全管理工作措施的執(zhí)行。通過NDSP計劃，開發(fā)了DSPMT軟件管理系統(tǒng)，由陸軍工程師團負責運行和維護，從國家層面上，評價NSDP的工作成效以及整個國家大壩的健康和安全管理狀況。

（8）技術培訓與宣傳。以2004年～2005年度的培訓工作重點為例，水文缺陷和基于潰決模式分析方法及監(jiān)測，州大壩安全管理者協(xié)會共召開了7次區(qū)域性土工技術研討會 （東北、東南、西部、中西部）；FEMA應急管理研究所召開了水文模擬系統(tǒng)和河流分析系統(tǒng)研討會、大壩安全培訓援助計劃（TADS）。陸軍工程師團編輯了關于TADS的系列錄像資料，并作為網(wǎng)絡學習資料掛在機構網(wǎng)站上。陸軍工程師團、田納西河流域管理局、墾務局、聯(lián)邦能源管理委員會、州大壩安全管理者協(xié)會、美國大壩協(xié)會、美國土木工程師學會 （ASCE）等聯(lián)邦機構和部門充分發(fā)揮了技術優(yōu)勢，在NDSP計劃的總體部署下，為地方部門培訓了大量的大壩安全核查和技術管理人員。

為提高全民對大壩安全重要性的認識，NDSP將2012年5月31日定為國家大壩安全公共日，以紀念1889年5月31日發(fā)生的南福克 （South Fork）壩潰壩事件。該潰壩事件造成了2200人死亡，數(shù)千人無家可歸。紀念活動在尼德伍德 （Needwood）土石壩湖面上舉行，原因是2006年該壩由于庫區(qū)及上游地區(qū)發(fā)生強降雨導致壩體嚴重滲漏，但由于成功啟用了應急管理預案，未造成人員傷亡。

（9）大壩安全防衛(wèi)工作。2001年 “911”恐怖事件后，NDSP在原來的大壩安全工作基礎上增加了安全防衛(wèi)工作。從加強防衛(wèi)工作需要的角度，美國在國土安全部內(nèi)分別成立了政府和部門之間的協(xié)調(diào)理事會，用于協(xié)調(diào)和指導大壩的安全防衛(wèi)工作，召開了5次技術討論會。在國家基礎設施保護計劃（NIPP）的框架下，編制了針對水庫大壩安全防衛(wèi)的專業(yè)規(guī)劃，制定了詳細的工作計劃和安全措施。配合NDSP，組織召開了針對大壩防衛(wèi)技術討論會，聯(lián)邦各機構也制定了各自的大壩安全防衛(wèi)計劃。

2.4 NDSP投資

NDSP計劃是一個長期性項目，其工作任務和經(jīng)費均由頒布的法案加以確定。1998年～2006年，NDSP共籌資7000萬美元來加強大壩安全工作 （不包括各州自行籌資）；2007年～2011年的籌資為5920萬美元；2012年～2016年計劃每年花費1390萬美元，5年共6950萬美元。各階段主要工作內(nèi)容的資金分配見表1。通過分析可以看出以下幾個特點:①用于大壩登記、培訓和項目辦公費用在4個五年計劃中相對比較固定，保持一個穩(wěn)中略為增長的趨勢，由此保證了NDSP計劃和全國大壩安全管理工作的開支；②科研費用相對較高，增長幅度也比較大，說明NDSP計劃對于大壩安全管理中的技術開發(fā)十分重視；③用于工程的費用 （包括除險加固、應急管理計劃等）比例約占每個五年計劃總投資的50%～60%以上，這筆費用是提高大壩安全的重要基礎保障條件。州大壩安全管理者協(xié)會于2002年對需要進行除險加固的大壩進行了投資估算，結(jié)果表明需要投入362億美元才能完成這些工作，僅在未來12年內(nèi)就需要投入100億美元。

表1 NDSP主要工作投資 萬美元

2.5 NDSP技術出版物

提高大壩安全管理中科技含量的重要標志之一，是在總結(jié)全國大壩安全管理經(jīng)驗的基礎上，整理和編寫相關的技術管理導則、手冊，出版學術研討會論文集，以指導大壩安全工作的開展。FEMA自負責NDSP項目以來，利用墾務局、陸軍工程師團、田納西河流域管理局、州大壩安全管理者協(xié)會和美國大壩協(xié)會等聯(lián)邦機構、學術團體和協(xié)會長期以來在大壩設計、建設和管理中積累的豐富經(jīng)驗，在已建立起的各種關于大壩安全管理導則或技術手冊成果的基礎上，從全國大壩安全管理的目標和要求出發(fā)，分配這些機構和部門承擔相應的導則或手冊的編寫工作，形成FEMA的出版物。據(jù)不完全統(tǒng)計，F(xiàn)EMA出版物已達20余部。

這些導則和技術手冊的編制出版，更加規(guī)范和統(tǒng)一了美國大壩安全的技術管理工作，提高了整體技術管理水平。出版的各類技術研討會論文集是擴大技術交流十分有效的方式。FEMA的這些技術出版物都以電子版的形式掛在FEMA官方網(wǎng)站上。