基于水利改革發展總基調的小型水庫安全管理研究

方衛華，陳允平，錢雨佳

(1.水利部南京水利水文自動化研究所，南京 210012；2.水利部水文水資源監控工程技術研究中心，南京 210012；3.南京水利科學研究院，南京 210029)

1 概 述

據《2018年中國水利統計年鑒》，全國已建成各類水庫98 795 座，其中小型水庫占94 129 座，總庫容為709 億m3。由于工程短板較多加上監管方面存在更多不足，小型水庫失事甚至潰壩可能性遠大于大中型水庫[1,2]。據統計，自1954年以來，全國潰壩3 541 座，其中小型水庫3 370 座，占潰壩總數的96.4%[3-7]。根據失事成因統計分析發現，小型水庫失事成因既包括工程短板引起的，也包括監管不足引起的，因此基于新時代水利改革發展總基調，從“工程補短板，行業強監管”兩個方面提高小型水庫安全管理能力對降低我國小型水庫安全風險具有十分重要的意義。為此本文結合多年小型水庫督查經驗并結合風險分析和控制論有關原理，在分析“短板”的基礎上提出改進小型水庫管理流程的方法和要點，并就強監管提出相關建議。

2 工程短板及監管現狀分析

1998年以來，我國組織實施了大規模的病險水庫除險加固。以湖北省為例，到2015年底，全省累計完成病險水庫除險加固5 400 多座。2016年大洪水開始截至2019年底，又完成加固1 280 座重點小型病險水庫。盡管全國在小型水庫補短板方面作了大量卓有成效的工作，但工程短板和監管不足的問題依然存在，尤其是經濟條件比較落后的農村地區。

2.1 工程短板及其成因

工程短板主要包括：水庫運行設備設施和結構，擋水、泄洪和防水建筑物，防汛度汛設施及通道，應急搶險配套設施和工具等不能滿足水庫正常運行、耐久性以及應急需要。這些短板既可能是歷史原因引起，也可能是由于侵蝕、沖刷、銹蝕、損傷和疲勞等引起。

(1)設計基礎資料不完善。水文條件、地質情況、結構材料參數和施工方法與質量是工程安全分析和評價的基礎，由于歷史原因，上述資料不全或不確定性大，必將容易引起大壩異常診斷不準確和采取工程措施針對性不強等問題。

(2)施工質量控制不規范。歷史上許多小型水庫都屬于“三邊工程”，從而導致樞紐布置、結構設計和材料選擇不合理，筆者調研發現，一些拱壩壩肩單薄、支撐角不夠；有些均質壩壩體的上游側填筑料的滲透系數甚至大于下游側的滲透系數；而一些土壩存在施工碾壓質量差，后期勘探發現壩體碾壓不密實等問題。在近年的除險加固過程中，可能由于設計和施工質量等方面的原因導致除險不徹底等短板。

(3)運維管控不到位。由于配套設施、經費或技術力量不夠，不能及時發現、診斷或修復工程安全隱患，從而導致隱患長期潛伏、發展甚至誘導災變。

(4)監管信息化水平低，監測、預警缺乏現代化。目前許多小型水庫工情、水情監測及預警措施以人工監測、定性判斷為主，尤其對于偏遠地區、地形復雜、條件艱苦的小型水庫，信息采集設施陳舊落后，工作人員觀測難度大，無法實時獲取觀測數據，不能準確、全面的分析大壩的安全性態，水庫運行管理信息化建設總體滯后。

2.2 監管現狀及其成因分析

相對于工程實體方面的短板，由于小型水庫前期未引起足夠重視或因為數量多、經費和技術力量有限原因，小型水庫監管存在責任不落實或責任人履職能力不強、監管覆蓋度和精細度不夠、信息缺失或數據分析不深、氣象天氣地質等信息渠道不暢或融合不夠、規章制度針對性不強或落實不夠、 重點關鍵人員技術不明確、資金缺失或責任推諉、體系協調性特別是獎懲有效性針對性不匹配。近三年來，隨著“四不兩直”等有效監管手段的出現，小型水管監管能力得到顯著提升，但深層次的問題也愈加明顯。

(1)法制保障和標準規范針對性。小型水庫監管涉及確權劃界和產權明晰等要求，但由于有些小型水庫涉及國土、林業、交通、農村等多個部門，如何協調上述各個不同部門之間的關系，確保管理暢通，需要相關的法制保障，如云南等地，通過人大頒布條例的方式明確各方責任，為小型水庫監管提供良好保障。在規章制度和標準規范方面，小型水庫都是照搬大中型水庫，沒有根據小型水庫位置、植被情況等差異存在的安全風險采取針對性措施，因此要求監管模式上也應有所區別。

(2)注冊登記及相應工程措施的及時性。據不完全統計，目前注冊登記的小型水庫約為9.3 萬座，仍有部分小型水庫未完成注冊登記，以前約有1/6的水庫難以做到按期進行安全鑒定、按期實施除險加固或降等報廢。

(3)組織機構和責任人履職能力。小型水庫資源有限，配套資金到位率不高，無收入來源，絕大多數水庫管理單位入不敷出。一些小型水庫未建立專門的管理機構，管理體制不順、機制不活，其中資金和技術力量投入不夠是影響小型水庫監管能力的重要因素，尤其是經濟落后地區，管理隊伍老化嚴重、人員素質偏低，專業技術人員比重小，責任人有名無實等，不能滿足實際需求。

總之，近年來隨著小型水庫運行管理的加強，小型水庫防汛“三個責任人”和“三個重點環節”全面落實，特別是逐庫明確責任人、落實重點環節工作、確?！叭齻€責任人”有名有實、實現小型水庫專項督查有效覆蓋并發現問題及時整改，使得小型水庫監管能力得到很大提高，但關鍵人物的履職能力、制度的有效性、監管的效率等的參數定量化、可視化、實時性和魯棒性等還需要進一步明確。

3 補短板強監管流程及方法

根據風險分析和控制論基本原理，對于小型水庫“補短板，強監管”應針對具體水庫或水庫群風險和可接受風險確定，從關鍵建筑物、關鍵設施、關鍵人物、關鍵環節入手，以責任落實、與風險配套的獎懲措施以及反饋控制、不斷優化為基本原則，從有效性和可靠性上加以改進，改進后的流程包括風險分析與隱患排查、對標檢查與短板確認、補短板強監管、持續改進與反饋等4個關鍵環節，詳見圖1。

3.1 風險分析與隱患排查

根據水庫所在位置，充分考慮氣象、氣候、結構、機電、運行、監管等各類影響水庫安全的因素，結合隱患排查，確定關鍵因素，為在可接受風險指標基礎上的風險控制奠定基礎。

3.1.1 資料收集整理

資料收集整理分析的目的就是補充必要的安全資料并對冗余資料除偽存真。收集資料包括大壩建設運行全過程及全要素工程安全相關資料，其中歷史資料收集整理和分析是關鍵。歷史資料包括水庫建設及運行過程、建設依據、管理責任、效益分配、歷史遺留問題等。建庫原因、隸屬關系、產權管理、管理方式及其變革對水庫確權劃界等管理工作十分重要，因此必須予以收集整理。

初次及歷次除險加固設計資料包括當時水文資料序列選取與水文參數確定的依據、樞紐布置及壩型選擇理由、(擋水、泄水)建筑物配置和布置的針對性、斷面坡度及材料(包括防滲、排水和支撐材料)選擇的合理性等。

建設與除險加固施工資料包括施工與檢驗方法和質量，材料組成及性質、施工碾壓方法及控制參數，如當時測量或估計的壓實度、材料含水率、施工間歇時間等。由于壩內涵管以及止水防滲結合部位的材料和施工質量對水工建筑物長期安全運行具有十分重要的影響，對這部分歷史還原對下一步的運行管理至關重要。

3.1.2 場景再現分析

通過對比、復核等技術手段對水庫設計、建設和運行過程進行場景再現，從而核實有關資料、發現敏感環節和參數。

圖1 改進的小型水庫補短板強監管流程

3.1.3 現場調查分析

現場資料收集包括地形、地質、壩提及擋泄水結構、機電設備設施、水情及工情監測設施、資料整理整編分析以及監管措施和有效性等資料。這些資料包括水庫壩址周邊重大工程措施、滲透破壞、地質災害、、白蟻活動以及巡視檢查和附近村民發現的各類安全異?，F象等事關工程安全的信息。

3.1.4 相關人員走訪

包括水庫設計、施工、運行管理以及壩區居民等了解水庫歷史和現場的相關人員，從而更客觀更深入了解水庫安全狀況，收集多源信息、核實相關信息。

3.2 對標檢查與短板確認

通過安全評價、實地檢查、資料復核、檢驗測試、專家咨詢和督查稽查等資料和手段，可全面深入了解水庫當前的安全狀態。安全狀態包括工程質量與安全、組織管理和技術裝備等三個方面[8]，可以通過計算復核[9]、現場檢查測試和監測檢測資料分析等手段加以實現。在此基礎上結合歷史資料，通過與現行規范[9]的對比，可以為采取相應的工程或非工程措施提供依據。

3.2.1 敏感性分析與風險排序

3.2.1.1 工程質量

可以通過現場檢查、測試獲得工程當前的質量狀態，這些狀態參數包括：①壩體及高陡邊坡結構及主要建筑物的幾何尺寸、坡度、泥沙淤積情況、土體特征及密實度、結合緊密度、壩面平整度以及相關力學參數、粒徑及配合比參數、滲流及抗滲參數等；②金屬結構安裝規范性、銹蝕度、復位靈活性、混凝土碳化情況等。

3.2.1.2 工程安全

工程安全包括運行安全、防洪安全、結構安全、滲流安全、金屬機電設施安全、抗震安全和其他風險。

(1)運行安全包括建筑結構及設備設施工作狀態及保障措施，如擋水建筑物的穩定性、泄水建筑物可靠性、水雨情和工程安全監測設備的有效性、閘門啟閉和供電設施的可靠性、備用設施應急有效性、檢驗校準和維修養護的規范性等。

(2)防洪安全主要受氣候、氣象、下墊面、入庫流量及泄洪能力影響，可以通過比較水庫庫容、水庫特征水位、泄洪能力、壩頂超高與當地水文條件等綜合得到。由于水庫淤積及下墊面變化，特別是極端降雨和入庫流量情況及其不利組合變化很大，因此復核泄洪能力和降低水庫漂浮物對行洪的影響十分必要。

(3)結構安全包括建筑物及其主要部分的抗滑(浮)穩定、材料及連接部位的強度等，可以通過監測數據分析及數值計算得到。其中實測數據包括監測數據和視頻圖像等非結構數據分析，結構數據分析方法包括周期性、年變幅、空間對稱性、趨勢性，非結構表面或視頻圖像分析可以借助小波變換、瘠波變換等圖像分析、模式識別和深度學習等方法。

(4)滲流安全可以通過浸潤面高度及其梯度、滲透坡降、滲流量大小及其沖蝕量等指標確定，常規監測數據分析可通過測壓管水位是否存在趨勢性變化、是否高于相應設計值、量水堰滲水量是否突變或趨勢性變化、變渾等信息加以推斷。

(6)金屬結構安全狀態可通過穩定性、強度變形以及運轉靈活性等指標加以反映?，F場檢測材料力學參數、變形及損傷銹蝕參數包括變形、銹蝕、屈曲、連接部位靈活性或轉軸銹蝕卡阻等。機械設備安全狀態可以通過機械設備工作狀態中油壓、油溫、電壓、電流等參數加以反應。

(6)抗震安全可以通過數值模擬、模型試驗或理論分析檢驗動態滑動穩定、地震液化以及動水滲透破壞等加以分析。

(7)其他風險是指極端氣象條件及其組合、停電、人為運行操作、泄洪設施漂浮物或船舶淤堵等造成的安全風險。

3.2.1.3 組織管理

組織管理包括機構人員設置合理性、責任落實具體性、規章制度可行和針對性、管理設施可靠性和經費保障等信息，可以通過人員精神面貌、庫容庫貌和檔案文件管理的規范性和及時性等“管理效果”加以輔助分析。執行力和效率是組織管理的基礎，而對于水庫這種不確定大系統，發現問題和解決問題的能力、效率和效果更為重要，如隱患發現、潛在風險識別、測值異常以及故障排除等。

3.2.1.4 技術裝備

技術裝備包括人才及其技能、裝備有效性以及之間的協同。人才及其技能是指參與水庫管理的人員的專業配置、技術水平和敬業精神，包括維修養護、監測儀器設備故障發現和解決、工程及設施巡視檢查、監測數據檢驗整理整編、異常數據發現、問題咨詢和組織等能力及效果。運行調度、維修養護、監測檢測裝備的實用性、針對性、可靠性、先進性以及裝備效能的正常發揮也從側面反映了水庫技術管理能力。

3.2.2 可接受風險確定

根據水庫不同類型的失事及其后果分析，考慮具體水庫和水庫群的承受能力結合當地的社會、經濟和生態條件，確定可接受風險，根據可接受原則確定需要重點和優先補短板強監管的項目，并根據風險大小確定冗余備份措施和安全系數。

3.2.3 趨勢分析與安全鑒定

考慮水庫淤積、下墊面變化、壩體固結、梯級建設等情況，包括水庫影響區社會經濟和生態發展情況，應用趨勢分析，充分應用安全鑒定成果，對水庫安全風險發展進行預測，為有針對性地采取預防性維修、預防性補短板強監管提供決策依據。

3.3 補短板強監管

3.3.1 檢查標準與依據

小型水庫管理相關的安全鑒定、報廢降等、維修養護、監測檢測、資料分析等標準目前尚沒有大中型水庫那么完善，小型水庫由于自身的條件限制很難照搬大中型水庫的相關規范和標準，因此在小型水庫管理方面應根據小型水庫的實際和其失事風險加以確定，在此基礎上再根據條件提升。目前浙江、江蘇、重慶等地水利部門都針對小型水庫安全管理相關標準進行了研究或制定了地方標準，其他省市可以參考?？傊凉M足當地發布的小型水庫管理相關文件和管理辦法、規章制度等；小型水庫相關設計、施工、運行管理、水雨情監測、安全監測、維修養護等相關技術標準還必須滿足水利部規范性文要求[10-19]。

3.3.2 補短板強監管

補短板就是根據法律、法規、規章和技術規范并結合工程實際，從工程安全保障、管理硬軟件條件保證和技術保障三個方面全面提升水庫安全與管理水平。

從工程安全方面考慮，水庫需要根據《大壩安全鑒定辦法》進行安全評價，必要時依據文獻[9]對設計施工情況進行復核。對于病險水庫需要進行及時除險加固，對滿足條件的要及時降低報廢。

另外一個要補的短板就是摸清壩體基本參數，特別是對于高風險水庫，如均質土壩的土體類型及參數、土體力學參數、水庫淤積情況等。依據現行規范，通過竣工資料分析設計和施工的規范性，其需要考慮的因素包括水文參數、樞紐布置、壩體結構、壩體材料在斷面上的布置等。

對于產權不明晰或確權劃界存在困難的小型水庫，區縣水行政主管部門應協助水庫管理單位或當地政府聯系國土等部門，加快并有效解決問題。在解決問題過程中，對水庫防汛安全和工程安全也必須要有明確的責任落實和追究措施。

從管理方面，強監管首先必須要明確三個責任人，還需要保證責任人身體素質、業務素質和時間精力都能勝任其擔當的工作。可以采用加強培訓、人才引進、兼職聘請、委托外包、監督問責等方式確保責任人履職能力；其次相關資料文檔的管理也是目前許多小水庫的強監管的內容之一，為此必須根據水利水電工程檔案管理要求和工程安全鑒定、除險加固等實際需要，對相關檔案進行整理、歸類和編號，建立統一檢索標準，實現檔案的有效管理。再者對于電子檔案應考慮必要的備份，同時要求檔案具有安全、可靠的防護或保護措施，能防火、防潮、防盜和防其他形勢的破壞。對于歷史資料不全的情況，可根據水庫現狀、功能、必要性等因素，根據小型水庫安全管理相關法規和規范，分別采取現場檢測測量補充相關資料、安全鑒定或降等報廢等處理措施[20]。

通過各種途徑確保經費落實、維修養護正常有效和設備設施及時更新換代。特別對于敏感因素和重要風險源管控的經費，必須通過上級撥款、自籌經費和多方合作等形式予以保證，不能以經費為借口影響工程安全。加強小型水庫巡視檢查，及時進行資料分析。小型水庫巡視檢查是發現問題、處置問題、保障安全的重要基礎性工作，是監測儀器不可替代的重要安全管控措施。日常檢查應按附表作記錄。對已發現的異常情況，除詳細記述時間、部位、險情和繪出草圖外，必要時應測圖、攝像或錄像。現場記錄必須及時整理，并將每次檢查結果與以往檢查結果進行比較分析，如有問題或異常，應立即復查，以保證記錄的準確性。巡查管理人員發現險情時，及時向管理單位、主管部門負責人或向政府部分負責人報告。

3.4 持續改進與反饋

根據在監管過程發現問題，通過不斷優化流程、細化關鍵環節的定量化表征，針對性制定工作實施細則，層層落實，閉環控制，疏通管理、主管、技術支撐和施工運位的信息暢通渠道，利用網絡實時通訊及時采取措施，通過對巡視檢查線路、報警模式、通訊方式 設備設施維修養護流程等細節的再優化，從而最終形成“一庫一策”的有效監管模式。

4 建 議

由于小型水庫經費和人才比較緊張，因此充分利用已有水文氣象設備、或將同一區域和流域小型水庫進行打包管理，或將小型水庫以“幫帶”、“對口扶貧”、“政府購買服務”等方式委托大中型水庫管理單位附帶管理，也是比較好的思路。另外充分利用云平臺、采用遙感和無人設備進行巡視檢查也是提高管理效益的有效措施，具體建議如下。

(1)完善相關法規，特別是監管規范，明確責任主體，加強安全風險管控全覆蓋，落實配套工程和運行維護主體、責任和經費。協調與應急、國土、林業、消防、環保、市政或農業的部門的關系，必要時通過區縣人大發布相關條例，統一協調各方職責，實現小水庫安全責任全覆蓋。協調小型水庫利益相關方，依據安全風險大小及風險性質及時分類，采用分類分級管理，針對安全風險性質和特點制定相應的應對措施和責任獎懲制度。鼓勵管理水平高、技術力量強的大中型水庫管理單位帶動流域或區域小型水庫管理，或采用物業管理模式委托具有實力的科技單位承包水庫日常維護和監測分析工作。

(2)根據區域水庫風險源，加強應急、氣象、地質、國土、水文、地震等小型水庫安全和管理相關各方的協作水平和數據共享能力，通過信息共享、應急資源快速聯合演練等方式加強敏感風險源感知和相關部門區域協作水平。

(3)充分利用中心會商-移動管理協同模式，建立分區域或流域小型水庫監管平臺和小型水庫智慧化信息管理系統，對水庫監測信息和相關責任人實現臺賬制、跟蹤式動態管理，根據水庫風險等級，擬定敏感或重大風險預警指標，實現對日常巡視、異常狀況、資料整編分析的實時提醒和動態預警，針對可能風險有預案有落實，針對出現的問題有整改有反饋。

(4)從管理能力方面，技術力量不夠的小型水庫，可以采用委托管理技術力量雄厚的大中型水庫“以大帶小”的方式負責日常管理。也可以將小型水庫打包成群，配置完備的技術力量，或委托有能力能勝任的科研設計勘測單位負責小型水庫(群)的管理。無論采用何種方式，責任必須明確，資料和流程必須能夠溯源。充分利用水庫資源，多方籌措水庫運行維護經費，與農村集中供水工程協調管理，在生態優先的基礎上，實現水資源的優化配置和水庫資源的低影響開發。

(5)充分利用氣象、水文等公共資源信息，利用大數據、云平臺、視頻圖像、無人機等遠程監控和現場抽樣配套協同監管技術，與農村集中供水工程協調管理。充分利用現代信息手段，實現全過程監管、監管過程和關鍵節點可視化、可復查、可溯源，把工程賦存環境、水文氣象特征、地質基礎條件、大壩及金屬結構、泄洪及機電設施統籌考慮，全面摸清楚工程風險，把握敏感因素及其誘導因素，通過數據挖掘和多源信息融合及時掌握重大危險源及其先兆。

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