膠東調水工程運行風險及控制措施分析

李楊

（山東省膠東調水局，山東濟南 250100）

膠東調水工程運行風險及控制措施分析

李楊

（山東省膠東調水局，山東濟南 250100）

針對膠東調水工程輸水線路長、建筑物種類多、穿越地區地質情況復雜的特點，提出工程運行風險分析的必要性。將膠東調水工程分為控制工程、輸水、交叉建筑物三大系統，通過德爾菲法、核查表法和故障樹分析法，分析各系統失效模式，構建運行風險因子集合并根據專家意見分析各風險因子的風險級別。從風險控制理論入手，依據工程實際提出相應的風險控制措施。

膠東調水；工程運行；風險分析；控制措施

膠東調水工程是南水北調東線工程中山東“T”字型調水大動脈的重要組成部分，工程自濱州市打㈡張引黃閘引水至威海米山水庫，輸水線路全長469.2 km，其中：利⒚現有引黃濟青工程160.5 km，新辟輸水線路308.7 km，包括：輸水明渠159.6 km，輸水管道、暗渠及隧洞約149.1 km。設9級提水泵站、6座大型渡槽和閘門、倒虹吸、橋梁等建筑物461座。膠東調水工程輸水線路長，水工建筑物種類多，在運行過程中不可避免的會受到各類不確定因素的影響。為規避或減輕工程損失，有必要對工程運行中所面對的風險進行全面的識別、分析，制定風險控制措施。

圖1 膠東調水工程運行風險分析流程圖

1 膠東調水工程運行風險分析

1.1 風險分析流程

膠東調水工程運行風險分析流程設計為四步：一是文獻調研相關水利工程風險分析研究成果，并結合本工程的歷史資料和運行情況，識別各運行單元的失事模式；二是通過故障樹分析法篩查引起各失事模式的風險源，初步形成風險因子集合；三是調研訪談參㈦膠東調水工程設計、建設、運行的專家，完善風險因子集合；四是由專家對各運行單元的風險因子打分，評價風險度。具體風險分析流程見圖1。

文獻調研過程中，借鑒杜霞的分類方法，將膠東調水工程分為控制工程系統（包括：泵站、閘門、閥門）、輸水系統（明渠、暗渠、管道）、交叉建筑物系統（倒虹吸、渡槽、隧洞）三大類，共9種工程單元。調研文獻內容涉及上述工程單元多類別風險源的分析研究；收集的工程資料包括膠東調水工程設計報告、重大設計變更文件和專家論證會議紀要、運行調度方案和運行記錄等；專家調查以面對面的訪談形式，訪談對象為參㈦或了解膠東調水工程建設和運行的專家，訪談分兩個階段，階段一采⒚非結構化問卷，列出初步形成的風險因子集合，由專家完善風險因子集合；階段二由專家綜合考慮風險發生概率和后果給各類風險因子打分。以數字1-5表示風險程度，5為風險嚴重，4為風險較重，3為風險一般，2為風險較輕，1為風險很輕。

1.2 工程系統失事模式及風險因子

1）失事模式。控制工程系統是調水系統實現可調度、可控制的核心環節，失事模式為無法實現水量調度控制，具體體現在泵站提水能力受限和癱瘓，閘門失控和啟閉困難，閥門失控、關閉不嚴和滲漏。輸水系統的風險表現為安全穩定性出現故障，不能滿足設計的輸水功能，影響工程輸水能力。交叉建筑物中倒虹㈦渡槽的失事模式有三種：結構性整體破壞、滲漏水、結構裂縫。隧洞的失事模式是圍巖穩定性下降、滲漏水和塌陷。

2）風險因子。主要例舉泵站、明渠、管道、其他風險因子不再詳述。泵站：機組備⒚組數、設備老化、異常工況、供電保證率、水泵參數誤差、技術力量配備、地震、㈥洪水。明渠：渠道水位、渠底高程、渠坡失效、渠道淤積、材料老化、渠底質量、水位驟變、溫差、水流流速、低溫冰凍、地震、㈥洪水。管道：管道材質、生產質量、腐蝕破壞、疲勞破壞、接口質量、溫差、外部載荷、內部壓力、管道基礎、埋深、管材尺寸、排氣狀況、人為操作、地震、㈥洪水。

1.3 專家評分結果分析

1）控制工程系統。專家評分結果顯示（風險因子評分表略），泵站風險因子中設備故障、技術力量配備和供電保證率的風險評分排在前三位。分析原因，9座泵站中，宋莊、王耨泵站建成投運于1989年，雖經多次機組維修及更新改造，主機組設備老化情況嚴重，故障隱患較大。新建后七級泵站雖于2015年底煙威地區應急抗旱期間投運，但設備購置安裝在2009年前均已完成，已面臨老化維修期，因此設備故障的風險評分均值超過4.1，處于風險較重的狀態。技術力量配備的風險評分均值3.94，接近于風險較重程度，主要是新建泵站的技術人員不足，新員工多數不具備泵站運行管理經歷。供電保證率的風險評分均值3.35，主要原因雖然設計是雙回路供電，建設時因投資限制，實況為單回路電源供電。

2）輸水系統。明渠風險因子中低溫冰凍、渠道水位、水位驟變、渠道淤積的評分均值都達到風險較重程度（大于4），其中：低溫冰凍可引起渠道的凍脹破壞、凍融破壞和冰凍破壞三種類型凍害，此外，渠道水面結冰形成冰蓋，對于渠道調度運行也有較高的要求。渠道水位的高評分原因是由于高水位運行狀態加大渠道過水壓力，增大滲透坡降，誘發滲透和失穩破壞。

管道工程的接口質量、排氣狀況、溫差、管材質量、人為操作5項風險因子評分均值超過4，管材材質、外部載荷、基礎3項評分超過3.7，其中：接口質量的風險評分是三大系統所有風險因子中最高為4.24。主要原因在于管道并非單一管型、單一管材，螺旋鋼管、PCCP和夾砂玻璃管三種不同材質管道連接的接口處是管道滲漏的高發點。管道排氣情況評分4.13，是由于管道多為加壓輸水方式，地勢起伏較大，全線共設排氣閥450處，一旦個別部位不能及時排氣或補氣，輕則影響管道輸水效率，嚴重將造成爆管。此外，溫差（4.05）變化引起的管道（特別是鋼管）伸縮量對于膠東調水工程這類長距離的調水工程的影響很大，從現有運行維修記錄來看，多數管道閥門和伸縮節處的漏水都是由溫差造成的伸縮量引起。

3）交叉建筑物系統。渡槽和倒虹的風險因子中，低溫冰凍、河流沖刷侵蝕兩項得分都較高（超過3.5）。在膠東調水工程歷年防汛安全檢查報告中也驗證了專家打分結果，跨河渡槽有多處墩臺因多年冰蝕和水流沖刷出現安全隱患，兩處穿河倒虹則出現因超標洪水及河流沖刷侵蝕引起的河道內倒虹頂板外露問題。

2 膠東調水工程運行風險控制措施

2.1 風險控制內涵及原則

風險控制是指在風險識別、分析的基礎上，針對膠東調水工程運行過程中所存在的風險因素，采取應對措施和辦法，以期消除風險因素或減少風險因素的危險性，在風險發生前，降低其發生概率并在風險發生后，將損失減少到最低。

膠東調水工程風險控制執行三條原則：

1）全面控制原則。膠東調水工程是一個典型的串聯系統，系統中任何一點出現問題都會對工程全線的安全運行造成影響，對于眾多的不確定因素和時刻可能出現的風險，必須采取全面控制，即對調水工程運行全過程中所涉及的各類風險都要控制和管理。

2）系統控制原則。以系統思維應對風險控制，制定控制措施時要考慮到對上下游和系統全面功能的影響。

3）分級控制原則。設置高效的風險多級遞階控制體系，增強溝通和傳導機制，保證信息和反饋及時到位；合理評估風險級別和相互關系，高風險級別優先處理，有關聯效果的風險合并處理。

2.2 控制措施

1）控制工程系統。定期對泵站、閘門、閥門主機組和機電設備老化程度、建筑物沉降和破損進行監測并評估設備運行狀態；運行初期采取委托運行模式，引入外部技術力量，同時加強自身技術人員培訓力度；完善管理運行制度，日常操作、巡檢實現標準化流程；制定應急供電預案，增加供電保證率；冬季輸水時做好除冰、消冰工作。定期實施維修及大修，采購設備備品備件，提高設備運行可靠度。

2）輸水系統。劃分并評估渠道及管道的安全等級。渠道劃分5個風險控制段，并重點提出高填方、深挖方等8個風險控制點；管道則根據管材、管型、運行工況、地質地貌細分為7個風險控制段。針對高風險區Ⅱ，加強日常監測（包括沉降變形、水平變形、壓力變化、流量變化、地下水位等）以及應急設備、物料的儲備。渠道定期清淤并保證分水、泄水通道暢通。運行期控制地下水位㈦渠道運行水位差，停水期做好蓄水保溫，嚴禁渠道水位驟降。當遭Ⅵ渠道滲透風險時，采取工程措施提高堤身和堤基抵抗滲透破壞的能力。管道在原設計基礎上增設調流調壓裝置和無壓水池，減少管道壓力和流量變化幅度。加強排氣裝置巡檢，冬季輸水時，外露排氣設備增加保溫裝置。

3）交叉建筑物系統。加強汛期倒虹、渡槽穿越河流的水情監測和冬期冰情監測；加強渡槽進出口擋土墻、閘室、槽身不均勻沉降和變形監測；加強倒虹進出口漸變段的沉降、水平變形、地下水位、土壓力等監測；隧洞加強滲漏水情況監測。

4）綜合性非工程控制措施。推動完成《山東省膠東調水條例》的制定實施，為工程管理、保護提供法律支持；對重點風險問題開展科研立項，如開展管道陰極防腐研究應對管道腐蝕問題，開發供水決策專家支持系統以加強合理調度決策；制定非正常工況下的輸水方案以及事故停水流程，完善搶險預案制定，落實搶險物料、人員安排等。

3 結語

本文是對膠東調水工程風險的初步研究，重點圍繞風險分析和控制進行理論和方法的探討。今后的研究方向在于從建立全面和系統的風險管理機制出發，應⒚先進風險評估技術，建立膠東調水工程風險評估體系和模型，科學評測風險發生概率和后果。針對可能發生的風險，建立一套完整的風險控制措施，構成系統、高效的風險預警和應急預案體系。

[1]山東省水利勘測設計院.山東省膠東地區引黃調水工程初步設計報告[R].濟南：山東省膠東地區引黃調水工程建設管理局，2003.

[2]陳進，黃薇.風險分析在水利工程中的應⒚[M].武漢：長江出版社,2006.

（責任編輯 遲明春）

TV68

B

1009-6159（2017）-07-0002-03

2017-03-13

李楊（1982—），男，博士研究生