大型水利工程的風險管理問題

陳 進

大型水利工程的風險管理問題

陳 進

（長江科學院院長辦公室，武漢 430010）

我國是世界上水利工程最多的國家，特別是大型水利工程，由于其涉及的不確定因素多，工程設計、建設和運行對于國家經濟、社會和生態環境影響巨大。根據國內外大壩失事案例，分析我國大型水利工程存在的安全、社會和環境等方面的風險，討論影響水利工程的風險因素、風險分類和風險等級，并以三峽工程為例，討論大型水利工程面臨的風險因素和風險類型，提出適合我國水利工程風險控制和管理的方法和策略。

水利工程；風險分析；系統風險；工程保險；風險控制

水利工程與一般土木工程最大的區別是其建立在江河湖海等水域附近，與降水及洪水等不確定的水荷載關系較大；其次是大壩多建在山區，處在復雜的地質地貌和自然環境中，壩基及庫區地質缺陷多，容易受地震、滑坡等地質災害的影響；三是水利工程一般工程量大，施工組織復雜，質量控制難度大。因此，水利工程是風險最大的土木工程。

目前，我國已經建設各類水庫8萬多座、水電裝機容量2.3億kW，堤防近10萬km，工程數量和規模均居世界第一。由于已建水庫大壩大多數是20世紀50—70年代建設的中小型工程，限于當時環境和條件，可利用水文資料系列短，勘測、設計和施工時間也短，不少工程是“三邊工程”（邊勘探、邊設計、邊施工），許多壩的設計水平和施工質量不高，所以，在我國大壩中有30%～40%存在安全隱患或者屬于病險水庫［1－3］。已經建成的三峽水利樞紐和正在建設的南水北調工程，都是巨型水利工程，由于其工程和投資規模巨大，雖然設計和施工質量有保證，但工程的建設和運行影響大，關系到流域、區域甚至國家的經濟社會發展和生態環境保護，減少工程規劃、設計、施工、運行和管理中的風險一直是設計工程師、項目業主、社會公眾和水行政管理部門十分關心的問題。隨著氣候變化、自然災害、人為失誤或者人為破壞（如恐怖活動）等因素的可能影響，國家和社會公眾對于大型水利工程的安全、風險控制和管理要求越來越高。分析水利工程，特別是大型水利工程的風險因素，確定可能存在的風險類型和級別，提出綜合措施使工程風險得到有效控制是十分重要的課題。

1 大型水利工程的風險識別

大型水利工程風險可以有幾種分類方法：第1種是根據風險性質來定，可以分為3類：一是工程安全風險，二是生態環境風險，三是社會管理風險；第2種是根據工程組成及相互關系來定，可以分為單個工程與工程系統風險2類；從風險因素顯現和認知程度來定，可分為可識別風險和隱性風險。

1.1 工程安全風險

工程安全風險主要來自不確定的荷載、地基及建筑物的抗力、設計方法、施工質量等幾方面。從世界上已經發生的潰壩案例來看，大壩的安全風險主要來源于：

一是水文的隨機性，特別是洪水風險。最典型的案例是“75·8”暴雨引起的河南省駐馬店地區板橋和石漫灘2座大型水庫潰決［4－7］，2座中型水庫和58座小型水庫在短短數小時內相繼垮壩潰決，多達57億m3的洪水使駐馬店地區的10個縣（鎮）盡成澤國，加上許昌、周口、南陽等地受災人數超過1 100萬，死亡人數2.6萬，京廣鐵路中斷行車達18 d之久，經濟損失近百億元。板橋水庫和石漫灘水庫分別于1952年和1950年建成，設計時實測水文資料不過20年，主要靠經驗方法推算進行設計，雖然1955，1965和1973年先后3次復核和修正水庫的設計洪水，但每次都是出現大洪水后被迫提高標準。“75·8”暴雨是由于1975年第3號臺風妮娜（Ninna）在福建晉江登陸以后，以罕見的強力，北渡長江直入中原腹地，并在伏牛山脈與桐柏山脈之間的大弧形地帶“停滯少動”。這一地帶有大量三面環山的馬蹄形山谷和兩山對峙的峽谷，南來氣流在這里發生劇烈的垂直運動，造成歷史罕見的特大暴雨。從8月4日至8月8日，暴雨中心最大暴雨過程雨量達1 631 mm，超過400 mm的暴雨降在面積達19 410 km2的大地上，暴雨中心——位于板橋水庫的林莊，最大6 h雨量為830 mm，超過了當時世界最高記錄（美國賓州密士港）的782 mm，暴雨引起的洪水遠超這些水庫的設計洪水標準，板橋水庫設計最大庫容為4.92億m3，設計最大泄量能力為1 720 m3／s，而它在“75·8”洪水中承受的洪水總量為7.012億m3，洪峰流量達到17 000m3／s，導致大量水庫潰決。

二是地質條件的不確定性。高壩一般建在山區峽谷之中，壩基、壩肩和庫岸存在著大量地質構造及地質缺陷，常常是大壩及水庫的安全隱患。法國60 m高的馬爾帕塞（Malpasset）薄拱壩，于1959年建成，蓄水5年后，由于左壩肩沿片麻巖中的絹云母頁巖發生滑動，壩肩巖體滑動導致壩體破裂而潰決，它是世界拱壩建筑史上第一次重大破壞事件。另一起發生在意大利的瓦依昂（Vajont）水庫［8］，這個當年世界上最高（267m）的雙曲薄拱壩，于1963年10月9日晚（蓄水3年后），大壩附近2億m3多的山體迅速下滑，填滿水庫，掀起的庫水高出壩頂125 m，大約2 500萬m3的庫水宣泄而下，摧毀了下游3 km處的隆加羅市（Longarone）及其下游數個村鎮，造成2 000余人喪生。該水庫庫岸邊坡滑動的主要原因是：①水庫邊坡長時間受到庫水浸泡造成抗剪強度降低；②施工初期對工程地質情況沒有了解清楚；③缺少水庫邊坡位移監測系統，沒能及時發出預警。

三是壩體或者壩基的滲透問題。例如，位于美國愛達荷州佛立蒙郡Teton河上Teton壩，1975年建成，水庫總庫容約3.6億m3，壩型為碾壓式黏土心墻壩，最大壩高125.58 m。該壩于1976年6月5日發生了潰決。主要原因是首次蓄水時，壩右側底部發生管涌導致壩體潰決，使庫內3.03億m3的水體突然下泄，淹沒壩下游780 km2，洪水摧毀愛達荷州的雷克斯堡和休格2座城鎮，死亡l4人，25 000人無家可歸，損毀鐵路51 km，直接經濟損失10億美元。

四是大壩設計和施工質量問題。許多大壩都存在設計缺陷或者施工質量問題，一般可以通過加固和維修解決，但也有造成潰決的，1993年，青海省溝后大壩在建成3年后潰壩，造成288人死亡。該壩為面板堆石壩，壩高71 m，庫容330萬m3。水庫自1989年9月建成蓄水，于1993年8月庫水位在較長的時間內處在高水位運行，并達到最高運行水位3 277.25 m時（低于正常蓄水位0.75 m）大壩失事。大壩失事主要原因是面板系統及壩頂趾板接縫結構設計缺陷和施工質量問題，壩體存在漏水，壩體結構沒有設置關鍵性的排水層，致使相對弱透水性的砂礫石壩體飽和，壩體上部首先失去靜力穩定而造成大壩潰決。

1.2 生態環境風險

水利工程，特別是大型水利工程對于生態環境的影響一直是社會各界關注的重點問題。由于影響程度需要較長時間才會緩慢顯現，所以大型水利工程未來必須面對生態環境長期影響問題，如水庫泥沙淤積、庫區水環境、庫岸穩定；水庫下游河道沖刷、河流地貌改變、河流水文和水動力過程變化、江湖關系變化等都將引起生態環境的變化。庫區急流水生生物向靜水生物演替，生物洄游通道阻隔、水庫誘發地震，水位變幅過大可能引起的庫岸滑坡等問題也不容忽視。對于跨流域調水工程，調出地區面臨水資源和生態流量減少，而調入地區面臨水資源量增加，如果灌溉不當，地下水位上升可能引起土壤鹽堿化等問題。

1.3 社會管理風險

水利工程的社會風險主要來自土地淹沒、移民搬遷安置和致富等問題。大型水利工程一般占用和淹沒土地較多，移民數量大，移民安置和致富難度大。如果補償安置不當或者補償標準經常變化都會引起社會矛盾，甚至影響工程的上馬、建設和運行。目前，許多大型水利工程建設移民補償和安置費用已經達到、甚至超過工程建設的費用，水利工程經濟和社會管理風險越來越大。

1.4 水利工程系統風險

不僅單個水利樞紐常常由大壩、水電站和船閘等眾多建筑物組成，存在工程系統風險問題，而且隨著梯級水庫群的建設，水庫群在空間分布上沿河流水系呈現出串聯或者并聯分布，上游大型水庫一旦潰決，一般都會引起下游水庫的損壞，甚至破壞。對于發生在一個地區的超強暴雨或者特大地震，都可能引起較大范圍內相互聯系的水庫群出現連續破壞，形成水利工程系統破壞風險。如“75·8”暴雨及洪水就造成大中小幾十座水庫連續潰決；2008年的四川汶川地震，造成四川省6 678座水庫中的1 996座水庫發生震損［7］，其中379座水庫出現高危或潰壩險情，震損水庫約占全省水庫總數的30%，其中大型水庫4座，中型水庫60座，小（一）型水庫331座，小（二）型水庫1 601座。堤防、引調水工程都是串聯系統工程，一個斷面（或者一個單元）破壞，整個系統就會失效［10－11］，所以，需要考慮水利工程的系統風險，分析水利工程群之間的風險傳遞、擴散路徑和方式。

1.5 隱性風險

水利工程大多數風險因素是已知的，但也有些因素是隱性的，甚至是不可預見的。隱性風險主要來源于水文、庫容、水頭、地震和人為破壞等。世界上最長的實測水文資料不超過300年，我國最早的水文實測資料不超過150年，實際上大多數水庫建設時實測水文資料一般不超過60年，而大型水利工程設計洪水一般要求超過百年一遇，甚至超過千年一遇，如三峽大壩設計洪水按千年一遇設計，萬年一遇再加10%校核。設計采用的水文資料多是根據歷史文字記錄或者現場考古推測得到，具有較大的不確定性。板橋水庫潰壩就是由于“75·8”洪水遠超設計洪水標準而造成的，2008年的汶川大地震也是超歷史記錄地震，2011年日本3.11特大地震及引起的核事故更是典型的未預見到的隱性風險事故。歷史上發生超強度洪水或者地震，如果當時造成的損失小，就不會留下文字記錄，現場歷史痕跡也很難保存，使特大洪水或者特大地震的規模預測不確定性較大。暴雨洪水、地震、泥石流和滑坡引起的次生災害或者區域性、工程群的風險的識別和應對難度也很大，需要特別重視隱性風險。

2 水利工程的風險評估和管理

2.1 潰壩主要特點

我國目前已經建成8.7萬座水庫，絕大多數是20世紀50—60年代建設的中小水庫，其中有3.7萬座病險水庫。據統計，1954年以來我國共有近3 500例潰壩事故，分析這些潰壩，發現有以下幾個特點：

（1）大壩的建設期和運行初期屬于潰壩高峰期。在我國已潰大中型水庫中，工程運行頭5年內發生潰壩的水庫占總數的72%，在搜集到的世界部分國家900余座已潰水庫中，投入運行頭5年內發生潰壩的水庫占總數的30%［6］。

（2）在潰決的大壩中，中小壩占絕大多數。其中大型水庫潰決的只有板橋和石漫灘2起，中型水庫123起，小型水庫3 356起。大型水庫設計標準高，施工質量控制嚴，運行管理比較規范，所以潰決的很少，近20年來，由于除險加固和嚴格的安全管理，大中型水庫沒有再出現新的潰決事故。

（3）潰壩壩型主要是土石壩和堆石壩。這類壩型屬于當地材料壩，施工快，造價低，適應人海式施工方式。我國大部分中小壩都是當地材料壩，而且許多是上世紀50—60年代修建的“三邊工程”，當時施工質量就存在不少問題，再加上該種壩型對于水文預報和泄洪設施能力要求高，漫壩后極易潰決。在地震災害引起受損大壩中也是這類壩型最多，例如，在汶川地震中受損的379座高危以上險情的震損水庫大壩絕大多數為土壩或均質土壩，共計358座，占所有高危險情以上水庫的94.5%。

2.2 我國大壩風險管理存在的問題

在美國等發達國家，大壩等水利工程大規模建設在20世紀70年代以后基本完成，隨后水利工作的重點放在大壩的風險管理上來，通過定期的安全和環境評價，給大壩和水庫重新發放運營執照，鼓勵公眾參與大壩管理，從法律、技術標準等方面基本建立了大壩風險管理的制度體系。我國水利界由于文化上和習慣上等的綜合因素，不喜歡使用“風險”一詞，仍然喜好安全度或者可靠度等正面名稱。對于考慮不確定性因素的風險分析和風險管理認識不到位，甚至存在誤區。一些技術人員和領導怕提“風險”2字，一是怕影響工程上馬，二是對風險認識不足，三是社會公眾缺乏風險教育，公眾和社會承受風險的程度不高。一旦出現事故，不是出現恐慌，就是嚴重依賴政府承擔搶險救災和補償的全部責任，而不習慣通過公眾參與管理和保險等社會分擔風險的渠道。因此，至今水利行業的工程結構可靠度設計技術標準體系尚未建立，大壩等水利工程風險評估和管理制度也還沒有建立，往往是出現問題后，再采取應急管理，處在比較被動的狀況。

近20年來，沒有出現大中型水庫潰壩事件，這主要得益于近年來國家對于病險水庫進行了大規模的除險加固，水利工程維修和管理投入，消除或者減輕了水利工程的安全風險。我國水庫數量大，地區分布廣，病險水庫的維修加固還需要進一步加強。堤防線路長，大多數堤防是歷史上逐漸建成，質量參差不齊。在建和規劃建設的跨流域調水工程多，水利工程的安全管理仍然面臨許多難題，最主要是工程風險定級、定期的安全評估和運行執照的復核等制度不健全，有效的安全監測體系和維修計劃不完善，建立能適應未來環境多變情況下的風險管理制度還有很長的路要走。

3 大型水利工程的風險管理

3.1 風險管理的主要內容

工程風險管理的主要步驟是：第一，風險識別，確定風險來源和因素；其次是對于風險進行分類和分級，識別出主要風險和次要風險；第三，對于主要風險進行風險分析或者風險評估，定量化確定風險發生的頻率、大小和影響程度；第四，風險決策及管理，根據風險類型和大小提出綜合措施轉移或者減緩風險。綜合措施包括工程和非工程措施，工程措施包括工程改建、加固、維修等；非工程措施主要是預警預報系統建立、風險信息傳遞和發布制度、應急預案及演練、工程保險制度和風險管理辦法等制度建設。

水利工程的風險管理包括對于大壩、廠房、泄洪設施、水電機組、閘門、船閘、庫岸、下游護坦、河岸護坡等建筑物在施工和運行過程中監理、檢測和監測，對于已建結構進行觀測和安全評估。由于絕大多數事故風險都是中小風險，一般通過嚴格的管理制度、定期的檢查和有計劃的維修，可以排除或者減緩絕大多數風險，即使這樣，平時也應該做好防御大事故的應急預案。

3.2 水利工程的保險問題

從工程風險的時間分布來看，施工期和運行初期是事故高發期；從我國大壩潰決的原因看，50%原因是由于漫壩和泄洪能力不足，主要是水文資料系列年限短或者極端水文事件發生；再有34%是由于壩體施工質量問題；從潰壩類型看潰決發生在堆（土）石壩或者地基中最多，所以，土石壩和基礎工程保險費率應該高些。在運行期，機電設備、防滲材料和其他設施老化是最常的故障，需要制定維修計劃。目前水利工程保險處在起步階段，一般是建設企業為了保障員工安全和企業利益，為建筑工人購買個人意外損害保險，對于大型機電設備運輸、安裝也會購買保險，但很少為工程施工、運行和維護購買保險。

水利工程安全除了依靠國家和政府投入外，未來應該逐步建立與市場和社會投入相結合的制度，洪水保險、分蓄區使用保險、河道整治和生態修復保險都需要推進，水利工程未來的保險市場巨大。

4 三峽水利工程的風險管理

三峽工程是我國乃至世界最大的水利樞紐工程，應該說工程的規劃、設計和建設水平是世界最高的，大壩、水電站、船閘等建筑物設計標準高，工程安全是可以得到保障的，但不能說整個樞紐工程未來的運行和管理就沒有風險。三峽工程2003年開始蓄水發電，前期是低水位運行，2008年主體工程完工后，開始向175 m設計水位蓄水，到2010年才達到正常蓄水位175 m。目前大壩尚沒有經歷特大洪水的考驗，大壩結構、地基、機電設備、庫岸邊坡等也都處在“磨合期”，水庫運行調度還在不斷優化過程中，未來仍然面臨一些風險，主要有以下幾方面：

一是水庫庫岸穩定問題。盡管蓄水前對于已經查明的不穩定巖體和可能滑坡體進行了大規模的除險加固和移民搬遷，但庫區潛在不穩定巖體或者滑坡體仍然存在，也可能由于庫區水位變幅過大引起新的滑坡。

二是移民安置和致富問題。大量移民居住在庫區，他們雖然有了新家，但是否有穩定的工作機會，如何保持他們致富仍然有許多問題需要解決。

三是庫區水環境保護問題。庫區一些支流、庫灣發生水華，如何保證一庫清水，水資源保護壓力較大。

四是水庫調度問題。現在中下游地區對三峽水庫調度要求越來越高，在防洪、抗旱、補水供水等方面提出了新的要求，一些要求已經超過三峽的設計目標，甚至使三峽調度面臨新的難題和風險。如防洪調度，三峽設計防洪的重點在荊江，而且主要是防御大洪水和特大洪水，而現在社會及中下游地區希望三峽水庫大中小洪水都要防，而且不僅防荊江，也防城陵磯等其他下游河段，甚至希望大洪水來臨時，堤防不上警戒水位，更不希望使用分蓄洪區，這樣就將長江中下游防洪壓力過多地寄托在三峽水庫上，長江中下游的洪水風險將主要由三峽水庫分擔，顯著增加了水庫的風險。

五是中下游河道沖刷和江湖關系變化給生態環境帶來長期影響，值得進一步觀察。

目前正在實施的后三峽規劃，國家將重新投入1 000多億資金，主要是解決上述問題。相信后三峽規劃實施以后，可以有效地控制上述風險，但三峽工程的風險管理和風險控制工作仍然不能松懈。未來大型水利工程的風險管理也不能過分依靠國家單方面的投入，三峽總公司、交通、社會和民間也應該承擔一些風險管理的資金投入。

5 結 論

水利工程，特別是大型水利工程都是復雜的巨系統，尤其隨著氣候變化和人類活動影響，面臨水文（洪水）、地質活動（地震、滑坡、泥石流）和運行管理失誤等較大的不確定性，在建和已建工程都在一定程度上面臨失效或者破壞的風險。雖然已建大中型水利工程安全度都較大，出現大壩潰決災難性事故極為罕見，但影響工程正常運行的中小事故仍然頻繁。未來水利工程都將面臨長期生態環境損害風險，水利工程領域需要，也應該建立起風險管理制度，通過不斷更新和完善安全監測系統，定期的安全評估和風險排查，制定有針對性的維修和加固計劃，就可以有效地控制風險。對于沿河建立的梯級水庫群，需要進行系統風險評估，針對薄弱工程或者部位進行風險控制和轉移，使工程系統風險得到有效控制。對于水利工程管理者和社會公眾也要進行風險教育、培訓和科學知識的普及，這樣可以提高社會對于可能發生風險的認識和可承受水平。

［1］ 曹楚生，張叢林.水壩設計和風險分析［J］.水力發電，2012，38（1）：1－3.（CAO Chu-sheng，ZHANG Conglin.Dam Design and Risk Analysis［J］.Water Power，2012，38（1）：1－3.（in Chinese））

［2］ 陳 進，黃 薇，程衛帥.風險分析在水利工程中的應用［M］.武漢：長江出版社，2006.（CHEN Jin，HUANG Wei，CHENGWei-shuai.Application of Risk Analysis in Hydraulic Engineering［M］.Wuhan：Changjiang Press，2006.（in Chinese））

［3］ 李 雷.大壩風險評估與風險管理［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.（LI Lei.Dam Risk Assessment and Risk Management［M］.Beijing：China Water Power Press，2006.（in Chinese））

［4］ 黃金池.板橋水庫潰壩災害的進一步反思［J］.中國防汛抗旱，2005，（3）：25－27.（HUANG Jin-chi.Further Reflections on the Dam Breaking of Banqiao Reservoir［J］.China Flood Control and DroughtMitigating，2005，（3）：25－27.（in Chinese））

［5］ 伏 安.石漫灘、板橋水庫的設計洪水問題［J］.中國水利，2005，（16）：39－41.（FU An.The Problems of Design Flood in Shimantan and Banqiao Reservoir［J］.ChinaWater Resources，2005，（16）：39－41.（in Chinese））

［6］ 何曉燕，王兆印，黃金池.水庫潰壩事故時間分布規律與趨勢預測［J］.中國水利水電科學研究院學報，2008，6（1）：37－43.（HE Xiao-yan，WANG Zhao-yin，HUANG Jin-chi.Time Distribution and Trend Forecast of Dam Failure［J］.Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research，2008，6（1）：37－43.（in Chinese））

［7］ 程衛帥，陳 進，劉 丹.洪災風險評估方法研究綜述［J］.長江科學院院報，2010，27（9）：17－24.（CHENG Wei-shuai，CHEN Jin，LIU Dan.Review on Flood Risk Assessment［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2010，27（9）：17－24.（in Chinese））

［8］ 王蘭生.意大利瓦依昂水庫滑坡考察［J］.中國地質災害與防治學報，2007，18（3）：145－149.（WANG Lansheng.The Examination of Vaiont Reservoir Slide in Italy［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2007，18（3）：145－149.（in Chinese））

［9］ 代思波，張 林，李佳奕.汶川地震震損水庫情況調研及震害分析［J］.四川水力發電，2009，28（5）：73－76.（DAI Si-bo，ZHANG Lin，LI Jia-yi.Analysis and Investigation of Dams Damaged by Wenchuan Earthquake［J］.Sichuan Water Power，2009，28（5）：73－76.（in Chinese））

［10］陳 進，黃 薇.跨流域長距離引調水工程系統的風險及對策［J］.水利水電技術，2004，35（5）：95－97.（CHEN Jin，HUANG Wei.Risk and Countermeasures for an Inter-basin Long Distance Water Transfer System［J］.Water Resource and Hydropower Engineering，2004，35（5）：95－97.（in Chinese））

［11］賈 超，劉 寧，陳 進.基于可靠度的工程風險決策初探［J］.巖土力學，2004，25（8）：1297－1301.（JIA Chao，LIU Ning，CHEN Jin.Preliminary Research on Engineering Decision-Making Based on Reliability Theory and Risk Analysis［J］.Rock and Soil Mechanics，2004，25（8）：1297－1301.（in Chinese） ）

（編輯：曾小漢）

Risk M anagement of Large W ater Conservancy Projects

CHEN Jin
（Administration Office，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

China has themostwater projects in the world.Owing to uncertainties of large water projects in particular，the engineering design，construction and running have huge impact on the national economy，social and ecological environment.On the basis of dam breaking cases in China and abroad，the risks in safety，society，and environmentwere analyzed.Risk factors of large water projects，risk classification and risk grade were discussed.With the Three Gorges Project as a case study，the risk factors and risk types of large water projects were discussed.Methods and strategies of risk control and risk management that are fit for China were also put forward.

water conservancy project；risk analysis；system risk；engineering insurance；risk control

TV697

B

1001－5485（2012）12－0015－05

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.12.004

2012，29（12）：15－19

2012－10－26

陳 進（1959－），男，湖北武漢人，教授級高級工程師，博士，主要從事水資源與水利工程風險分析研究，（電話）027－82829755（電子信箱）chenjin＠mail.crsri.cn。