國內(nèi)外水庫工程防洪標(biāo)準(zhǔn)分析

周祥林，楊百銀，王正發(fā)，單 婕

（1.中國水電工程顧問集團(tuán)公司，北京 100120；

2.中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710065）

0 引言

選擇工程的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是水利水電工程規(guī)劃和設(shè)計的一項首要的技術(shù)決策。防洪標(biāo)準(zhǔn)是一個國家經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政治、社會和環(huán)境等因素在工程上的綜合反映，既關(guān)系到工程自身的安全，又關(guān)系到工程下游人民生命和財產(chǎn)、工礦企業(yè)和設(shè)施、生態(tài)環(huán)境的安全，還對工程效益的正常發(fā)揮、工程造價和建設(shè)進(jìn)度有直接影響。

1998年，國際大壩委員會總結(jié)水庫防洪安全設(shè)計的進(jìn)展，將設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分成三個階段[1]：①第一代標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)經(jīng)驗和水庫的共性，粗略分級、制定標(biāo)準(zhǔn)、列表備查，并沒有考慮到設(shè)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(shù)國家是采用洪水頻率分析方法，設(shè)計洪水重現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)一般是根據(jù)水庫危害程度分級，風(fēng)險高的水庫采用高的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。提出應(yīng)根據(jù)水庫本身的特征和潛在的潰壩危害，客觀評價設(shè)計水庫的風(fēng)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(diào)節(jié)流量特性等一系列定量指標(biāo)。③以風(fēng)險評價為基礎(chǔ)的第三代設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，替代過去兩代標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮壩高、庫容和潰壩損失的危害程度，通過風(fēng)險分析來確定水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[2]。第三代標(biāo)準(zhǔn)的突出特點是要求具體分析設(shè)計水庫的風(fēng)險特性，估算提高安全標(biāo)準(zhǔn)所需費用，綜合考慮潰壩事故的風(fēng)險，包括概率和可能造成的危害，并根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣沙惺艿娘L(fēng)險水平，通過風(fēng)險—效益—工程費用之間的關(guān)系，確定水庫的防洪安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[3]。

本文通過對國內(nèi)外防洪標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的研究，分析各自的特點及存在的問題，結(jié)合我國水電梯級開發(fā)的形勢，提出對現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的改進(jìn)建議，以供規(guī)范修編時參考。

1 國外防洪標(biāo)準(zhǔn)

1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)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(fā)現(xiàn)[4]，世界各國所采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)均有所不同。這表明，防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定，不僅取決于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素，還廣泛地受到自然地理、社會和政治等因素的影響。經(jīng)過歸納總結(jié)，國外水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的主要表示方式有以下四類：

（1）以調(diào)查、實測的某次大洪水或適當(dāng)加成表示，如瑞典、挪威等國。這種表示方式的防洪標(biāo)準(zhǔn)很不明確，其設(shè)計洪水的大小，與調(diào)查、實測期的長短和該時期洪水狀況有關(guān)，適當(dāng)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(shù)水平的提高，這種方式現(xiàn)已很少采用[3]。

（2）以洪水的重現(xiàn)期 （T）或年超過概率 （P%）表示，設(shè)計洪水計算采用頻率分析法，如原蘇聯(lián)、日本、哥倫比亞、瑞士等國。它較科學(xué)地反映了洪水出現(xiàn)概率和防護(hù)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(shù)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(zhǔn)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(shè)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(biāo)。

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

（3）水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)有降低的趨勢。例如，原蘇聯(lián)1948年、1966年兩次頒發(fā)的設(shè)計洪水規(guī)范中，工程等級劃分指標(biāo)不斷提高，其實質(zhì)是對一定規(guī)模的工程，降低了它的等級，也就相應(yīng)降低了設(shè)計洪水的標(biāo)準(zhǔn)[6]。

（4）適用于所有水庫的通用標(biāo)準(zhǔn)，己逐漸被根據(jù)各個水庫潰壩對下游的危害程度進(jìn)行分級的標(biāo)準(zhǔn)所替代。世界多數(shù)國家采用的水庫安全評估數(shù)據(jù)見表1。

表1 水庫安全評估數(shù)據(jù)

1.3 主要問題

目前世界多數(shù)國家采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)仍是根據(jù)水庫危害分級的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)——第二代防洪標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的分級指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(jīng)濟(jì)損失、社會與環(huán)境影響等）確定水庫防洪級別時，遇難死亡人數(shù)，沒有起到?jīng)Q定性的作用。

（4）標(biāo)準(zhǔn)對高危害級別水庫采用的方法偏保守。

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

2 我國的防洪標(biāo)準(zhǔn)

我國幅員遼闊，自然地理、氣候條件復(fù)雜，除沙漠、戈壁和極端干旱區(qū)及高寒山區(qū)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(zāi)害，是世界上洪澇災(zāi)害最嚴(yán)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(jīng)驗進(jìn)行防洪工程的建設(shè)、維修或加固，沒有頒布過可滿足工程設(shè)計要求的防洪標(biāo)準(zhǔn)。建國以后，為防御洪水、減少洪災(zāi)損失，維護(hù)人民生命財產(chǎn)安全，國家非常重視防洪工程建設(shè)。

2.1 現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)

為了滿足大規(guī)模防洪建設(shè)的需要，有關(guān)部門對所管理的防洪對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，先后作過一些規(guī)定。由于制訂的時期不同，對防洪安全與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系等的處理有差異，類似的防護(hù)對象，其防洪標(biāo)準(zhǔn)不一致。直到1994年，為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)各部門、各地區(qū)的要求和防洪建設(shè)的需要，國家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布了由水利部主編的國家統(tǒng)一的GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》[7]。隨后，一些部委又根據(jù)國家防洪標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)對各自的行業(yè)防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，做到基本統(tǒng)一。

我國現(xiàn)行的水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)主要以GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和DL5180—2003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》三本規(guī)范為依據(jù)，三者在水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)方面完全統(tǒng)一。

2.2 特點

（1）先分等級再根據(jù)工程等別分級。我國水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定是先按工程規(guī)模、總庫容、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性劃分等級，再根據(jù)工程規(guī)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(zhì)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(qū)、丘陵和平原區(qū)、濱海區(qū)分別確定水庫工程建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)。這種先分等級再根據(jù)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(hù)對象采用洪水重現(xiàn)期確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定，統(tǒng)一采用洪水的重現(xiàn)期表示防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，如50年一遇、100年一遇。對特別重要的防護(hù)對象，一旦受洪水災(zāi)害、損失特別嚴(yán)重或?qū)⒃斐呻y以挽回的影響，為保證其防洪的絕對安全，可采用PMF。

（3）設(shè)計校核兩級標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)行的水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)通常采用設(shè)計、校核兩級標(biāo)準(zhǔn)[8]。

2.3 主要問題

世界上多數(shù)國家確定水庫設(shè)計洪水采用頻率分析法，最高標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇洪水，少數(shù)采用PMF。我國現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)，其防洪安全理念與世界多數(shù)國家是一致的[9]。

我國水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)是通過設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)兩級來體現(xiàn)。從我國建壩的實踐來看，現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)，是在我國現(xiàn)有計算水平和資料條件下，綜合反映安全與經(jīng)濟(jì)的平衡后制定的，對我國水利水電工程建設(shè)及其防洪安全起到了指導(dǎo)和控制作用，是和我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)各階段的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的，是基本可行的。但隨著我國水利水電工程建設(shè)的進(jìn)一步深入，在工程實踐中也出現(xiàn)了一些新問題需要解決[10]。

（1）現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)指標(biāo)。規(guī)范雖然給出了下游防洪、排澇、灌溉等指標(biāo)，但只是當(dāng)工程承擔(dān)下游防護(hù)目標(biāo)的防護(hù)任務(wù)時才要考慮，而對于不承擔(dān)下游城鎮(zhèn)、農(nóng)田、灌區(qū)等防護(hù)任務(wù)而工程失事又對下游造成危害的工程，則不考慮這些指標(biāo)。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(biāo)準(zhǔn)，只有針對單一水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)。僅對江河采取梯級開發(fā)方式時梯級水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定做了一般性規(guī)定，沒有給出確定各梯級水利水電工程的水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)與校核洪水標(biāo)準(zhǔn)的具體方法和評估失事?lián)p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(fā)多采取梯級開發(fā)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(yuǎn)比單一水庫多，梯級水庫失事造成的危害也更加嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，根據(jù)抽水蓄能電站規(guī)模，按照我國現(xiàn)行規(guī)范要求，確定為一等大 （1）工程，該小水庫校核標(biāo)準(zhǔn)提高為2 000年一遇，相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，相應(yīng)洪峰流量為491 m3/s，經(jīng)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(yuǎn)超其校核標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量，因此，需提高下水庫的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是不合適的，需要采取措施解決上下游梯級防洪標(biāo)準(zhǔn)不一的問題。

（3）選擇水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)時，方法過于單一。完全是按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行，沒有將國外比較合理的可接受風(fēng)險分析方法應(yīng)用到水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的選擇與復(fù)核中[11]，以達(dá)到全方位評價水庫的防洪安全的目的。

3 結(jié)語

目前，我國大多數(shù)河流水能資源利用已全面形成梯級開發(fā)格局。在工程設(shè)計時，對于單庫的防洪設(shè)計，就其防洪標(biāo)準(zhǔn)而言，現(xiàn)行規(guī)范是基本可行的。但對于梯級水庫群的防洪設(shè)計，由于影響防洪安全的因素遠(yuǎn)比單一水庫多，梯級水庫失事造成的危害更嚴(yán)重，因此，其防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定更嚴(yán)格。

確定梯級水庫群防洪標(biāo)準(zhǔn)以風(fēng)險分析為基礎(chǔ)。在我國水庫大壩安全管理中引進(jìn)風(fēng)險評價技術(shù)過程中，迫切需要評估失事?lián)p失危害程度的定量分析方法。評估結(jié)果對梯級水庫群防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇影響較大，而且前國內(nèi)對潰壩風(fēng)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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