國際化大壩風險評估方法述評

[英國]　M.埃德爾斯頓

戰略與規劃

國際化大壩風險評估方法述評

[英國]M.埃德爾斯頓

摘要：風險評估結果報告的重要內容之一是通過對具體大壩風險的描述，判識大壩是否需要采取降低風險措施；而對于系列大壩而言，還需要提出措施實施的優先次序。對大壩風險評估結果的多種描述方法進行了調查；基于風險可容忍度概念，分析了這些描述方法與風險評估導則之間的聯系；基于造價-效益分析，建立了潛在風險防范措施的復核判識；基于大壩風險現狀，提出了一種可行的英國大壩風險分級方法。

關鍵詞：大壩；風險評估；出險概率；個體風險；社會風險；風險降低措施；風險分級

英國環境署水庫安全管理風險評估(RARSM)導則(2013年)將土石壩的風險評估工作劃分為如下3個層次：

(1) 第1層次。引入基礎性定性方法與技術，描述風險；

(2) 第2層次。采用基礎性定量方法，辨識出險概率；

(3) 第3層次。引入精細性定量方法與風險不確定性分析方法。

RARSM導則列舉了詳細的風險評估方法及相應的支撐文件，旨在保證風險分析目標的圓滿完成，并與風險評估結果的協調一致。基于可能出險概率的估算方法及相應的風險后果(以可能死亡人數表征)，人們對于可能出險模式與風險不確定性的認識將由第1層次至第3層次逐步深入。

風險評估自身具有不精確性與“指數”表述形式。只有當評估結果達成一致時，才能應用于不同大壩之間的風險比較與排序。雖然基于相對風險，也可以進行不同風險評估選項的決策和評估結果與頒布導則之間的對比(這對于有降低風險需求大壩的風險決策十分有益),但是這些導則決不能也不旨在用作“剛性”的決策準則，或者僅憑一個風險評估“指數”來判別一座大壩的“安全”與否。由于風險評估“指數”既不準確也不精確，加上“寬容”風險導則存在一定靈活性，因而風險論證的合理性對于推薦措施的復核尤顯重要。

1核實風險評估結果

風險評估過程涉及嚴格的數據收集、嚴密的推理分析以及實施措施的復核等，這些均需要技巧和大量“直覺”思維，其中判識能力尤其重要。學者維克(2002年)提出了一種基于現狀分析的概念性“沙漏模型”方法(圖1)，將“直覺”思維過程分解為“診斷-分析-詮釋”3個階段。獲得合理性風險評估結果的關鍵因素在于評估小組組員的實際經驗，維克對此的解釋是：一般觀點認為解決巖土工程問題主要依靠推理和基于鉆探、測試和分析的指導性規范。常常受此誤導，“新手”容易在不考慮工程實際背景與意義的情況下僵化地分析錯誤問題，基于數據得出“數值”結果與標準規范對比。而“專家”則不采用推理解決問題，他們在推理之前已經有了解決方案，分析主要是為了在工程實際背景和意義下求證和判識解決方案。概括而言，“新手”始于數據終于“數值”，而專家則起于認知止于理解。

圖1　現狀分析“沙漏模型”

獲得出險概率、將風險分析結果進行純“數值化”處理、再與頒布的導則進行嚴格對比是一種“不良”的風險評估做法，它僅遵循了“沙漏模型”中“診斷”和“分析”階段而缺失了“詮釋”階段，可能導致不必要控制措施的采用或者更重要措施的遺漏。因此，風險評估必須借助于“常識”和工程判斷。挪威巖土技術研究院認為，進行判識主要依靠的是基于信息的認知，而信息應來源于理論認識、實踐方法、測量監測和已往經驗等；這些信息與認知是進行工程判識的基本“建筑材料”，它們十分明顯且無處不在，但需要經過識別、組合和評估之后才能轉換為判識；工程判識依賴于匯總所有信息而形成全景圖，依此才能夠評估出其中合理的與不合理的部分。

1.1診斷階段

維克模型的診斷階段起始于以下基本問題：

(1) 哪些狀況可能導致大壩的不利運行？

(2) 在地質、設計和施工中，哪些環節可能讓人產生“脆弱”聯想？

(3) 已經或者應該開展哪些現場調查、實驗室測試和計算分析？

(4) 現場調查和監測數據揭示出大壩與壩基的哪些物理特性受到影響？

(5) 已有信息數據是否一致和有效？

在此基礎之上，辨識出大壩最可能的出險模式，開展第1層次的風險分析。一旦辨識風險得到認可，就可以立刻開展收集數據的深入調查與分析工作。

1.2分析階段

分析階段更多地涉及到第2和第3層次詳細的定量分析。通過證據資料的收集、分類與處理，評估每一種出險模式關聯事件發生的可能性；構建“事件樹”模型，開展最佳和最劣“愿景”及敏感性分析(可能會使用到蒙特卡羅模擬方法)；辨識風險評估的不確定性，評價其對評估結果的影響。

1.3詮釋階段

詮釋階段通過“理性”檢驗，確保風險評估結果的合理性。必須在大壩地質、設計、施工、結構和運行等背景下，評述風險評估“數值”的爭議性與協調性，辨識影響出險概率和評估結果合理性與重要性的關鍵因子及其不確定性。風險可容忍度的詮釋涉及個體與社會因子、影響措施復核可信度的關鍵理由以及采取措施的形式等內容。當所采取的降低風險措施涉及到實體工程、運行限制和監測監視時，還需要基于比值失衡評價進行措施的造價-效益評估。

2英國大壩風險評估導則

在英國健康安全執委會(HSE)邁克爾·倫納德論壇上，有學者提出：現在已經難以接受只給出決策而不作進一步解釋的做法，更不能以事實為借口掩飾決策，而是越來越多地要求提供決策行為的合規性證明，以確保決策的活力與可追溯性。在有關英國出險大壩可接受風險導則實際應用的最新述評中，有學者總結了英國HSE發布的相關研究成果的應用，提出總體上可以從個體與社會2個方面評估風險。

2.1個體風險

2.1.1可容忍風險

HSE“減免風險保護居民”(R2P2)報告(2001年)提出了風險可容忍度的指導性意見：對于個體風險而言，人口(包括工程人員和公眾)年死亡數百萬分之一對應于非常低的風險水平，可作為“廣泛可接受”風險區域與“可容忍”風險區域的分界指導線(圖2)。

圖2　HSE個體與社會風險判識標準

2.1.2不可容忍風險

HSE提出的“不可容忍”風險區域界線為相關公眾人員(他們承擔的風險受到社會的廣泛關注)年死亡數萬分之一。

2.1.3合適可行低風險(ALARP)

“不可容忍”與“可接受”之間存在著“可容忍”風險區域，該區域風險必須減小至“合適可行低風險”(ALARP)，其主要風險來源于居民準備容忍以期獲取利益的行為活動，同時希望符合以下預期。

(1) 風險的特性與水平必須得到合適評估，評估結果已在控制措施決策中得到了正確應用，風險評估必須建立在最優科學證據或者建議(證據缺乏時)的基礎之上；

(2) 居民區風險不宜過高而應該保持ALARP，這主要針對降低風險措施造價(費用、時間、困難等)與居民區風險之間存在明顯比值失衡的情形；

(3) 必須進行周期性評價風險以確保ALARP，要確定是否需要引進新的或更進一步的控制措施，以將一些隨時間推移而產生的新變化考慮進來，如關于風險的新認識，降低或消除風險的新技術的可用性等。

2.2社會風險

雖然人們越來越關注社會風險，但目前還沒有一種普遍認可的社會風險可容忍度衡量方法。這并不意外，由于社會組成群體的價值觀存在差異，因此他們對于社會風險可容忍度的衡量也就難以客觀公正。有學者指出，社會風險的復雜性尤其表現在心理與政治領域，各派政黨觀點分歧較大難以真正相互理解；部分民眾基于“數學”評價風險，而更多的普通民眾對于風險評估爭議只是漠不關心。

盡管如此，英國還是嘗試性提出了社會風險判識標準，以應對“發生單一事件存在大量人口死亡風險時社會關注度急劇上升的情況。R2P2報告(2001年)第135段對HSE社會風險判識標準方法進行了如下描述：采用所謂f-N曲線，建立事件出險概率(f)與可能死亡人數(N)之間的關系，由此獲得HSE社會風險判識方法(圖3)。該方法提供了一種將人為事故影響曲線與自然災害等價曲線(社會生活其中)之間進行比較的實用途徑。雖然也存在缺陷，但在還沒有其他辦法情況下，如果使用適當仍不失為一種有效的手段。然而該方法僅適用于大型工業設施的社會風險判識，而不能應用于突發潰壩洪水、體育場館踩踏事件等其他類型的社會風險判識。

圖3　RARSM社會風險可容忍區域示意

在重大事故災害防控(COMAH)ALARP決策導則中，HSE(2012年)采用了類似于個體風險可容忍度的風險制圖方法(圖2)，提出了風險綜合指數RI(式中用R表示)概念，并應用于工業設施重大災害風險評估。RI的定義是：

R=f(N)·Na

式中，f(N)為導致死亡人數N的事件出險概率百萬分之一，cpm；a為常數，在進行COMAH風險評估時取值 1.4。以此確定，RI判識標準(RICOMAH)為2 000(“廣泛可接受”風險)至500 000(“重大”風險)，同時給出了相應的可能死亡人數預估值。

應該指出的是，HSE目前仍遵循社會風險降低措施不強制實施的原則，建議短期內責任人應本著自愿精神，尋求低成本、較可行風險降低措施的實施；對于長期大規模降低風險措施，可以隨著設施使用壽命期限的臨近再著手實施，或者采用低成本的降低風險替代措施。

R2P2報告風險圖中的“HSE參照點”采用的是單一事件造成50人及以上死亡人數時所對應的事故風險，如果相應估算的年出險概率大于5 000 a一遇，將視為“不可容忍”風險。基于f-N曲線和社會對造成大量人口死亡事故的“反感度”假定，可以采用多種外插值方法，獲得對應于“HSE參照點”的其他死亡人數與出險概率臨界值。為了確定R2P2判識標準中社會風險的“可容忍”界線，必須在f-N曲線上選取直線斜率，學者保爾和佛羅德(1998年)研究認為：大多數判識標準的做法是在雙對數坐標f-N圖上，選擇直線斜率為-1或-2。一般認為斜率-1屬于“中性風險”，此時重大事故風險權重與死亡人數N之間呈線性正比例關系且“冪次”又不至于過高(高“冪次”通常認為屬于“偏重風險或多死亡數反感度”的定線方法)。目前英國和中國香港頒布的判識標準大多數采用斜率-1，因此RARSM在第2層次風險評估中也采用了這一定線方法，并以此定義HSE導則中的“廣泛可接受”與“不可容忍”風險界線(圖3)。

此外，在第1層次定性風險評估中，RARSM采用傳統的風險矩陣對風險評估結果進行描述(表1)。基于平均死亡人數(ASLL)及其對經濟活動、環境和文化遺產等的影響，針對洪水給居民造成的可能后果，提出了0～4風險級別的評估指導建議。

表1　RARSM第1層次方法風險描述

注：ALARP表示合適可行低風險。

3其他國家風險評估導則

美國墾務局(USBR)最佳實踐導則(2012年)對英國、美國、加拿大、荷蘭、中國香港和澳大利亞等國家或地區曾經采用過的個體與社會風險評估方法進行了述評。雖然總體上所有評估方法類似，但國家之間或內部存在某些變化。本文僅以美國和澳大利亞評估方法為例說明它們與英國方法之間的某些變化，這些變化涉及到有限資源節儉使用需求與個體或系列大壩公眾安全維護之間的權衡與考量。

圖4給出了USBR與美國陸軍工程師兵團(USACE)風險導則之間的對比，兩個導則非常類似，但表述用語各有側重。USBR使用了諸如“增強復核”、“減弱復核”等用語以強調導則的指導性，同時在其“大壩安全公眾保護導則”(2011年)中還特別強調指出：鑒于風險評估的“近似”特性，接近臨界線下方和上方大壩的風險在本質上是一樣的，兩者風險降低措施“增強復核”程度幾乎一樣。USACE則使用了與英國HSE相同的“不可接受”與“可容忍”等術語，傳遞出更加的“規范性”立場，但在實際應用中也趨向于“指導性”導則而非“剛性”判識標準。

圖4　USBR與USACE風險導則

圖5　ANCOLD與新南威爾士州大壩安全導則

2003年10月，澳大利亞大壩國家委員會(ANCOLD)出臺的風險評估導則規定：大壩安全由聯邦州立法負責，聯邦政府無權干預。自導則頒布以來，風險評估技術應用不斷提升，澳大利亞部分聯邦州在其大壩安全規定中同時采用了傳統的和最新的風險評估技術。圖5顯示了ANCOLD風險評估方法及其新南威爾士州的改進。這些方法與美國USACE和 USBR導則類似，其中一項重要的變化是：相對于新建大壩，它們對于運行歷史已知的現狀大壩采取了更加寬松和容忍的判識標準。

新南威爾士州大壩個體風險判識標準與ANCOLD一樣(現狀大壩年出險概率為萬分之一，新建大壩年出險概率為十萬分之一)，但其“可接受”社會風險的判識標準與ANCOLD稍有差別。同時，無論個體風險還是社會風險，均要求大壩業主基于以下幾個方面證明大壩符合ALARP原則。

(1) 安全升級代價(造價、時間、困難與難度等)與風險降低效果之間的比值失衡性；

(2) 風險水平與“可容忍”、“可忽略”風險界線之間的關系；

(3) 安全升級方案的造價-效益；

(4) 相關認可的良好運行實踐；

(5) 大壩業主或贊助方與社會團體或股東之間協議中的有關社會關注問題。

4降低風險措施實施復核

對于所有不能滿足以下可容忍度判識標準的風險“不可容忍”大壩，均必須考慮潛在的風險降低措施。

(1) 假設個體風險中大壩出險導致的人口年死亡概率大于萬分之一，則大壩風險“不可容忍”，且不需要進一步復核；

(2) 假設大壩年出險概率處在f-N曲線社會風險上臨界線的上方(圖3)，則大壩屬于社會風險“不可容忍”，但需要進行復核。

一旦所有風險“不可容忍”大壩完成修復工作，進一步的降低風險措施仍需要考慮ALARP原則。為了證明ALARP原則的合理性，需要對風險減免措施的可能比值失衡性進行評估。HSE(2004年)提出了一種風險降低措施(作為ALARP評估前置輸入條件)比值失衡率的定量估算方法，其中比值失衡率表述為防止一例死亡的合理費用與具體風險降低措施(RRM)或修復的造價之比。這一方法也常被非正式地稱為“引導圖”方法(圖6)。以估算出險概率8×10-5的大壩為例，本文考慮了以下若干方案選項。

圖6　風險降低措施復核中的ALARP應用(基于HSE導則)

(1) 方案選項1。雖然風險降低幅度達到要求，但比值失衡費用過高；

(2) 方案選項2。在沒有更低造價方案可選的條件下，可將出險概率移至比值失衡費用較高區域；

(3) 方案選項3。提供的風險效益可將風險降低至“廣泛可接受”區域；

(4) 方案選項4。雖然沒有將風險降至“廣泛可接受”區域，但鑒于其他設施可能存在更大風險，暫緩降低風險投資可以接受；

(5) 方案選項5。風險有一定幅度的下降，但考慮到大壩剩余風險，方案難以接受。

一旦實施風險降低措施，出險概率將會減小，新風險水平將由剩余出險概率與下階段降低風險措施比值失衡率確定，其結果是方案選項“箭頭”末端發生上下垂向移動。風險降低措施復核的其他方面包括：

表2　英國大壩安全可能措施及其分類(盡可能減輕風險；盡可能減小風險)

表3　英國大壩安全可能措施及其分類(核心內容)

(1) 社會關注問題；

(2) 大壩現狀風險總體水平；

(3) 是否符合良好運行實踐；

(4) 出險歷時；

(5) 完成降低風險時間表。

需要指出的是，某些機構(如加拿大BC水電公司)不進行“管涌”出險概率的定量評估，而只針對大壩安全決策所有影響因子中的某一個因子評估出險概率與風險。其理由是：不進行“管涌”風險定量評估并不會影響“正確決策”，真正可能出問題的決策方法是過去一直采用的僅依賴于定量風險與可容忍判識標準之間的比較，這種方法現已遭淘汰。

5輔助風險決策與優先排序

基于風險降低措施實施的緊迫性，美國許多大壩業主研發了大壩風險等級評定系統，澳大利亞部分聯邦州也采用了類似方法。表2和表3給出了基于這類方法且符合RARSM導則的英國方法：①將風險評估確定的出險概率換算成1～6可能風險級別；②再將其與可能出險后果級別相結合評定風險等級。表4給出了3座大壩的風險等級評定，其風險等級與表2和表3中相關的風險分級方法是協調一致的。

表4　大壩安全風險等級評定實例

然而，雖然風險等級評定基于詳細的風險定量評估，但是年出險概率和預期死亡人數并不精確，存在一定程度的不確定性，有待深入研究。有學者認為風險等級評定可信度是風險評估的重要組成部分，由此提出了下列風險可信度或不確定性的分級方法，所選用的可信度分級名稱避免了與可能風險分級名稱之間的混淆。

(1) 可信度良好。風險等級評定可信度高，即使增加信息數據也難以改變風險等級；

(2) 可信度較差。風險等級評定可信度差，增加信息數據極可能改變風險等級；

(3) 可信度中度。可信度在“良好”與“較差”之間。

如果可信度較低，通過更加詳細的定量風險分析，將有助于厘清為提高評估可信度所需要補充的信息數據；如果風險較低而可信度較高，就沒有必要再進行詳細的定量風險分析復核工作。

基于評定的風險等級及其可信度，接下來就可以在一系列備選降低風險措施中確定實施措施。此后的工作重點將從詳細風險定量評估方法轉移至諸如需要采取何種措施、措施的緊迫性、增加信息數據是否改變措施需求以及措施實施時間表等問題。有學者認為還應該考慮以下措施：

(1) 不采取措施，繼續正常運行；

(2) 開展深入探索與研究，更好地厘清風險，減小風險評估的不確定性，提高可信度；

(3) 進行措施修正，研究降低風險的替代措施。

第3項措施需要研究其財政預算和實施時間表，如果涉及到系列大壩，還應考慮措施實施的優先次序。

6結語

風險評估方法越來越成為現存老化大壩合理性和透明化評估的有效手段，然而方法的使用必須適當。有學者認為風險評估的合理應用應滿足以下要求：

(1) 經常性評估，風險評估結果應表述為一種“價值”判識而非一個“數值”；

(2) 風險問題應得到恰當界定；

(3) 充分認識風險評估的特性及其局限性；

(4) 風險評估結果應用于“信息性”而非“命令性”決策，它只是影響決策的眾多因子之一。

將大壩可能出險模式的思考過程視為風險評估的一個部分，更有利于厘清大壩的堅固與薄弱之所在。在比耶魯姆論壇“所有決策的去向？”演講中，有學者得出的結論是：即便在大壩造價-效益分析中已經考慮了出險概率，大壩仍應該以不出現風險為設計與建設的目標。既然知道了大壩的薄弱部位，就應該能夠找到相應的判識辦法，這并不依靠于新理論的獲得，而更依賴于人們面向問題的良好工程判識能力。由于這些問題本質上不是“定量化”的，因而其解決辦法也是“非數值化”的。大壩出險很少出自不正確或不合適的數值分析，而是因為對于土石壩基及其與大壩交界面等部位突出的風險問題給出了不恰當的判識(無論期望與否)，有時候這些問題在監測過程所表現出來的差異極其細微。

董耀華譯

(編輯：朱曉紅)

收稿日期：2016-01-11

文章編號：1006-0081(2016)04-0001-07

中圖法分類號：TV512；X820.4

文獻標志碼：A

(譯者簡介：董耀華，男，長江水利委員會長江科學院，教授級高級工程師。)