區域水庫群風險指數排序及管理技術研究

周志維，劉 剛，喻蔚然

(1.江西省水利科學研究院，南昌 330029；2.江西省贛州市水利局，江西 贛州 341000)

江西省現有10 819 座水庫，其中3%為大中型水庫，絕大多數水庫的管理模式相對單一，一般采取單一管理單位負責一座大中型水庫的日常事務，人員、經費以及具體的工作事項相對獨立[1]。這種管理模式的弊端往往不能充分發揮水庫管理人員的能力，維養資金的利用率偏低，尤其是數量龐大的小型水庫得不到有效的管理[2]。

集中技術力量和維護資金對區域內水庫群進行統一管理，包括大中型和小型水庫，不但可以發揮每個技術人員的優勢，還可以優化資金使用率[3]。應用風險管理技術，將區域水庫群管理和風險指數排序技術相結合，通過開展安全缺隱調查，有利于增強管理的針對性[4]，讓目標更明確，重點更突出，直接提高風險管理效率，該技術已在許多先進國家成功應用[5]。

水庫大壩風險管理一直是研究熱點，在江西省也進行了風險指數排序的探索[6]。本研究對大余縣區域水庫群進行了風險指數分析，并將該技術應用于群壩風險管理中，可有效提高水庫風險管理水平，對于保障大壩和下游人民生命財產安全、充分發揮水庫的經濟效益、維系良好的生態環境具有重要意義。

1 安全缺陷

安全缺陷主要是大壩運行過程中可能存在的潛在破壞，表現為與設計、規范、制度等方面存在的不足。文獻[5]指出，大壩安全關注范疇主要涉及大壩安全性態、基礎設施以及大壩的運行維護和監測程序的有效性，并將大壩安全缺陷分為工程缺陷、OMS程度缺陷(管理缺陷)等。工程缺陷主要指可能導致潰壩的工程質量缺陷，如壩下埋涵防滲處理不合格可能導致接觸滲透破壞、壩體壓實度不足或壩坡偏陡可能導致滑坡、壩內存在薄弱層面可能導致滲透破壞或滑坡、壩頂高程不足可能導致的洪水漫頂等；管理缺陷[7,8]主要是指針對大壩工程存在的風險而進行的資源調配、缺陷處理以及風險預防、經濟保障等一系列管理工作存在的潛在問題，包括組織管理、安全管理、運行管理、經濟管理、應急管理等方面。

安全缺陷可用脆弱度VI來表示[6]，表示發生事故的容易程度[7]，側重于對大壩安全檢查過程中找出的各種隱患，或認為今后可能在某種因素的影響下將會出現的隱患，主要通過專家經驗找出各個隱患，計算方法如下[9].

(1)用S1表示差距的大小。對工程缺陷，如果達到標準或設計要求的80%，則差距為0.2，若只達到k，則差距為1-k，見圖1。

圖1 差距的大小Fig.1 The size of the gap

對于管理缺陷，可根據管理行為是否符合規范要求，劃分為5個等級，分別為嚴重、較嚴重、一般、較好、好，相應的賦分原則見表1。

表1 S1賦分原則Tab.1 S1 principle of division

(2)S2表示特征的關鍵度。若所表現的特征是串聯的，對大壩安全有著非常重要的影響，則取值為1；對大壩安全沒有什么影響，取值為0。

(3)S3表示臨時風險控制采取措施的“無效程度”，根據是否能建立臨時的風險控制措施，賦值為0或1。

(4)用MC表示不安全程度。其表達式為：

MC=S1S2S3

(1)

(5)用CR表示不安全等級。其表達式為：

(2)

根據關注的大小規模，對實際缺陷，C的取值為10；對于潛在缺陷，C的取值為5。

(6)用SF表示受力頻率，用AEF表示年超越頻率，見表2。則：

表2 受力頻率Tab.2 Force frequency

(3)

(7)脆弱度VI的計算表達式為：

(4)

(8)總脆弱度可通過各級脆弱度疊加。其表達式為：

(5)

2 大壩風險指數指標體系構建

2.1 構建原則

水庫風險的指標比較多，有些指標相關性很強，有些指標雖然重要，但不易取得準確數據，為了能夠客觀準確地反映水庫風險現狀，在確定指標體系時遵循以下基本原則。

(1)先進性與可行性相協調的原則。應充分體現水庫風險與經濟社會發展相協調，并綜合反映水庫標準化創建過程中的各方面要求，同時要充分考慮實施的可行性。

(2)定量化原則。評價指標應能量化，增強指標的科學性和可操作性，盡可能利用便于收集到的數據及現場檢查情況。

(3)層次性與可比性原則。指標體系應具有層次性，能從不同方面、不同層次反映水庫風險的實際情況。

(4)可操作性原則。指標體系內容應該簡單易懂，所需資料應該便于收集、整理、歸納，計算過程簡單明了，具備快速、方便實現評價水庫風險的可操作性。

2.2 指標體系的建立

根據以上原則，結合水庫標準化管理創建目標及水庫工程管理特點與現狀，確定水庫風險指標，指標體系共分為5級，分別為總指標、2個1級指標、10個2級指標，22個3級指標及64個4級指標，在確定各指標的權重方面，根據歷年來大壩破壞類型統計[8,10]，江西省開展的標準化管理創建要求、水庫現代化管理要求[11]以及廣泛征集有關專家學者的意見，具體見圖2(4級指標略)。

圖2 風險指數指標體系Fig.2 The risk index system

2.3 風險指數計算方法

基于脆弱度的水庫土石壩風險指數表示方法見圖3。

圖3 風險指數計算方法Fig.3 Method for calculating risk index

風險指數的計算公式如下：

RI=100VI×10L

(6)

式中:RI表示風險指數；VI表示脆弱度；L表示水庫綜合后果嚴重系數。

根據指標體系的級別，如總級指標、2級指標及3級指標，分別計算各級指標風險指數，并將計算結果放大100倍，作為最終的風險指數。

3 案例分析

3.1 工程概況

大余縣水庫工程管理局管轄的4座土石壩，分別為油羅口水庫(大2型)、躍進水庫(中型)、石門口水庫(小1型)、合江水庫(小1型)，水庫均位于贛江支流章江河水系，座落在大余縣的東北方向及西南方向，最大直線距離約40 km。

3.2 風險指數計算

對大壩工程現場、管理現狀以及下游情況進行調查評估，確定管理缺陷及工程缺陷以及下游損失情況，分別計算4級指標、3級指標、2級指標的脆弱度，并將影響下游的后果嚴重系數代入，計算出相應的風險指數，結果見圖4、圖5。

圖4 管理缺陷風險指數Fig.4 Management defect risk index

圖5 工程缺陷風險指數Fig.5 Engineering defect risk index

由圖4可知，各風險指數與壩體的規模等級相關，規模等級越高，風險指數越大。最大為油羅口水庫，達到670，最小為合江水庫，風險指數為388。而在5個管理缺陷指標中，運行管理風險指數最大，經濟風險指數最小，在20左右，表明各水庫的管護經費基本能夠足額撥付，費用運用較合理。

由圖5可知，工程缺陷風險指數差異較明顯，其中，油羅口水庫風險指數達到1 200，而另兩座小型水庫風險指數為600左右。從不同的建筑物結構來看，大壩壩體的破壞風險指數最大，在300以上，其次是溢洪道，庫岸邊坡破壞最小。

3.3 風險指數排序

應用風險管技術，重點關注風險指數大、后果影響更嚴重的指標。從而將資源統籌分配，從大至小進行排序，對不同的風險點選擇相應的風險防控措施，實施針對性的處理方式。但是，若僅以風險指數的大小作為風險排序的依據，未考慮資金的利用率以及處理周期的長短，仍存在一定的局限。為讓有限的資金最大化降低風險指數，提高使用效率，定義單位資金風險降低率S，表達式如下：

(7)

式中：S表示單位資金風險降低率；RI表示風險指數；C表示資金，萬元。

顯然，S越大，表示資金在降低風險方面利用率高，產生的效益越大，在資金安排上，就優先安排，反之，S越小，資金應排后面使用。經初步的估算，列出風險指數前15位，具體見表3。

表3 風險排數排序Tab.3 Risk index ranking

從表3可知，在這15個風險指標當中，油羅口水庫占了6個，躍進水庫2個，石門口水庫3個，合江水庫4個，表明水庫規模越大，整體風險仍然偏高，在日常維養及巡查過程中應引起重視。

3.4 對策與建議

本文基于風險指數排序，提出相關的對策與建議，具體如下。

(1)加強日常管理工作，及時開展維修養護。定期清除排水體及泄洪設施的垃圾雜物，如排水棱體的淤堵物、泄水溝內的垃圾雜物、溢洪道內的堆積物等，確保排水通暢。

(2)完善必要的工情與水、雨情監測設施建設，及時了解、掌握工程運行的實時安全性態，如：①針對油羅口及躍進水庫測壓管損壞的部位，應采用修復或重新布孔，并確定各水庫是否需要增設滲流量觀測設施； ②針對合江水庫及石門口水庫，應及時增補安全監測設施，包括變形及滲流觀測設施；③對于壩坡存在隆起及不平整的部位，應考慮增設變形測點④對于壩頂存在裂縫的水庫，應增設裂縫觀測，待裂縫穩定后，應填補裂縫；⑤完善監測設施后，應按規范的頻次要求開展觀測，定期整理數據，發現數據異常應及時分析，保證監測設施的正常運行。

(3)加強與完善通信、道路等基礎設施建設，保障汛期或惡劣氣候運行條件下基礎設施的完好，確保大壩安全以及汛情、險情、災情信息的快速傳遞，以便及時作出搶險或撤退等應急處置。

(4)立足于標準化管理創建工作，提高管理水平。水庫管理活動日常化及管理運行安全化占分較高，相應的風險指數也較高，風險因素排序靠前，如清淤清堵等情況，均不能完全標準化創建要求，因此，在標準化創建過程中，應重點加強改造，提出具體的工作標準與要求。

4 結 語

基于脆弱度的風險指數計算方法，特別注重缺陷的發現。通過專家現場檢查，發現已表現出或潛在的缺陷，確定嚴重程度，及時開展脆弱度計算，減少了風險分析過程中的復雜性及不確定性，可操作性較好。本文從脆弱度角度出發，建立了土石壩風險指數指標體系，并開展了風險指數計算，從風險指數排序來看，大型水庫風險指數總體較高，小型水庫風險指數偏低。針對風險指數排序，提出了相應的建議及措施。

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