基于風險矩陣法的堤防工程自然災害風險分析

摘要：當前的堤防風險分析主要以定性分析為主或僅針對滲流、決口等單一風險源進行研究，且風險類別只針對工程本身，對外部環境風險影響的考慮較少，為此，以海河潮白河右堤梭草村險工段為例，采用風險矩陣法，對該段堤防的自然災害類風險進行分析與研究。結果表明：梭草村險工段存在氣象、地質、水旱、地震、其他等5個大類、16個子類的自然災害風險源。其中，梭草村險工段的自然災害類風險以一般風險為主，占比75%；低風險占比25%，均為氣象類風險；無較大、重大風險。研究成果可為堤防工程綜合風險分析提供參考，也可為堤防安全管理和堤防規范化、標準化建設提供技術支撐。

關鍵詞：堤防工程； 風險分析； 風險矩陣法； 潮白河

中圖法分類號：TV871.2 文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.04.007 文章編號：1006-0081（2025）04-0035-06

0 引 言

為有效應對各種自然災害，保障人民生命財產安全和國家經濟社會可持續發展，有必要開展堤防工程風險分析研究。堤防風險評估通常運用系統工程和概率統計理論方法，對影響堤防工程安全的各種風險因素進行辨識、分析、評價、預測與控制，使風險處于可接受的范圍內［1-3］。風險分析分為定性、定量與半定量分析［4-6］。

定性風險分析方法包括頭腦風暴法、德爾菲法、情景分析與檢查表法等。楊志海［7］選用德爾菲法進行風險識別，建立風險因素表，使用專家打分法進行風險評估，得出了各類風險等級。陳聯村等［8］借助情景分析法進行風險源識別，并采用風險指數法對風險后果進行綜合評判。定性分析往往依賴于主觀判斷和經驗，缺乏客觀性和準確性，無法對風險大小進行定量化判斷，其可能忽略風險的概率和潛在影響的具體量化，從而影響分析的可靠性。

定量風險分析需要構建結構方程，其偏理論化，運用難度較高，存在與工程項目管理適配性不佳的矛盾。魏明華等［9］運用層次分析法建立了農業水利工程建設的風險三層結構體系，對農業水利工程的風險進行模擬與分析。Wang等［10］采用層次分析法建立了適合滑坡誘發風暴潮災害的風險計算模型，并對三峽庫區紅巖子滑坡風暴潮災害風險進行了評價。劉楨義等［11］結合層次分析法構建了小型水庫土石壩安全評價指標體系，并以浙江省杭州市康門大壩為例進行驗證，計算邏輯清晰，評價等級符合工程實際。鐘登華等［12］把層次分析法運用于工程項目風險分析，在風險評價時同時考慮多個準則，納入了一些傳統概率方法中不易考慮到的準則，并給出了應用實際分析風險因素排序。唐洋博等［13］基于人工神經網絡模型建立了地面塌陷風險評價方法，并通過邏輯回歸算法預測管網管周地面塌陷風險發生率。定量風險分析依賴于大量的數據和精確的模型，這在實際應用中可能難以完全實現。水利工程涉及的因素眾多，包括自然環境、工程技術、社會經濟等多個方面，這些因素的數據獲取和整合難度較大。此外，模型的建立也需要基于一定的假設和簡化，這可能導致分析結果與實際情況存在偏差。

鑒于定性風險分析的主觀判斷特性以及定量風險分析的理論化傾向，引入半定量風險分析方法。半定量風險分析包括風險矩陣法、事件樹分析等。王智源等［14］提出一種基于事件樹分析法的油庫安全風險評估方法，通過構造油庫作業事件樹，計算出各后果事件的發生概率及嚴重程度，并劃分風險等級。事件樹分析法則比較耗費人力、物力，并且建樹過程復雜，人為影響較大。王偉等［15］采用加權風險矩陣法分析泵站的運行危險源，評定風險等級并進行分級管控。孫長飛等［16］運用風險矩陣法研究物流外包風險，建立物流外包風險指標體系，并結合實例給出了定量與定性的結果，為企業風險管理提供決策支持。

相對來說，風險矩陣法能夠依據事故發生的可能性和發生風險的嚴重性，針對不同層面的危險源進行分析，評定風險等級。該方法便于理解與應用，方便后期不同評估主體的使用，且便于操作，各項輸入指標易于獲得，同時結果可視化強。然而，目前利用風險矩陣法對堤防工程自然災害類風險進行分析的研究相對較少。本文采用風險矩陣法，對海河潮白河右堤梭草村險工段進行風險分析，提出評估指標及分級標準，分析自然災害類風險對該堤防段的影響，以為堤防工程的風險管理、運行安全提供參考，為北京市開展水利工程綜合風險評估工作提供技術支撐。

1 風險矩陣法

風險矩陣法是一種將定性或半定量的風險大小發生可能性與后果嚴重性結合起來的技術方法［17］。該方法將風險識別的類型、風險的危害程度與風險發生概率可視化［18-19］，既能識別關鍵風險點，還能評估風險水平［20］。風險矩陣法計算公式如下［21］：

R=L×S （1）

式中：R為風險值；L為可能性等級；S為嚴重性等級。

1.1 可能性等級評判標準

風險發生的可能性水平按照從高到低通常分為A、B、C、D、E共5級，分別對應幾乎肯定、很可能、可能、較不可能、基本不可能，對應分數分別為5，4，3，2，1分。

風險發生的可能性通常取決于安全風險源的固有屬性和運營管理單位對安全風險的管控能力。體現在安全狀況、使用情況、管控措施設置和執行情況、現有人員資質技能、災害發生概率等5個方面，但對于自然災害類風險，還要考慮災害自身可能發生的概率、工程設計標準等因素。風險的可能性分析等級計算公式如下：

L=Max（L1，L2，L3，L4，L5） （2）

式中：L為可能性等級；L1為安全現狀；L2為使用情況；L3為管控措施設置和執行情況；L4為現有人員資質技能情況；L5為災害發生概率。具體的評判標準見表1。

1.2 嚴重性等級評判標準

風險發生后的嚴重程度按照從高到低分別為特別重大、重大、較大、一般、很小，對應分數分別為5，4，3，2，1分。

嚴重性分析從可能造成傷亡人數、直接經濟損失、安全故障影響、環境及社會影響4個方面考慮，設置4個影響因子。風險的嚴重性分析等級計算公式：

S=Max（S1，S2，S3，S4） （3）

式中：S為嚴重性等級；S1為可能造成傷亡人數；S2為直接經濟損失；S3為安全

故障影響；S4為環境及社會影響。具體的評判標準見表2。

1.3 風險等級

風險等級應按照公式（1），由可能性等級和嚴重性等級的乘積所確定的風險值（R）來確定。風險等級從高到低劃分為重大、風險、風險、低風險，分別用紅、橙、黃、藍4種顏色標示，見表3。

2 實踐應用

2.1 工程概況

潮白河是海河五大水系之一，也是北京市第二大河，該河流經京、津、冀三省市，于天津北塘附近匯入渤海，河道全長467 km，總流域面積19 354 km2。該區屬大陸季風性氣候，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季秋高氣爽，冬季寒冷干燥。多年平均降水量為633.59 mm。

潮白河右堤梭草村險工段（16+560～16+800）屬于潮白河中上游，潮白河工程等別為Ⅱ等，堤防工程級別為2級。潮白河干流匯合口至蘇莊閘以上堤防防洪標準為50 a一遇超高1.5 m。堤頂路設計標準為公路四級，地震荷載按Ⅷ度計取。

北京地區位于華北平原北部邊緣，北部、西部為山區，屬于燕山和太行山余脈。大地構造位置位于祁呂賀蘭山字型構造東翼反射弧南翼，新華夏系第二沉降帶與第二隆起帶之間，構造主要受新華夏系控制。構造總體走向以北東方向為主。本場區處于中朝準地臺、燕山臺褶帶（Ⅱ1）、密（云）懷（來）中隆斷（Ⅲ2）、昌（平）懷（柔）中穹斷（Ⅳ5）的東北部。

潮白河右堤梭草村東段為填土堤，河堤兩側場地地形起伏較大，為沖洪積堆積地形，地勢西南部高、東北部低，堤外側植被茂密。堤頂高出河底平均12.5 m，高出外堤腳外沙坑底平均14.5 m。內外堤坡均為土質邊坡，內堤坡坡度平均1∶3，外堤坡坡度平均1∶2.5。堤頂寬10.5 m，堤頂瀝青混凝土路面寬7 m。

2.2 風險識別與分析

潮白河右堤梭草村險工段的自然災害類風險，按工程可能會遭受的自然災害類型進行分類分析，包括氣象災害、地質災害、水旱災害、地震災害、其他災害等五大類風險，具體包括：寒潮，暴雨，雪災，大風，高溫，低溫，雷電，冰雹，大霧、霾、沙塵，地面塌陷，地面沉降，地裂縫，洪澇，地震，生物，地下水位、水質變化等16類子風險源。

以暴雨風險為例，工程區屬大陸季風性氣候，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季秋高氣爽，冬季寒冷干燥。附近懷柔水庫雨量站多年平均年降水量643 mm（1956～2016年）。降水量具有年際變化大、年內分配不均、暴雨比較集中等特點。年最大降水量1 118 mm（1969年），為年最小降水量342 mm（1962年）的3倍多，汛期（6～9月）降水占全年的80%以上，且汛期降水的70%集中在7、8兩月，且多以暴雨形式出現。如遇暴雨、強降雨，雨水不能迅速宣泄、土壤水分過度飽和，會導致堤防潰決。

潮白河干流匯合口至蘇莊閘以上堤防防洪標準為50 a一遇（洪水頻率2%），暴雨發生的概率依照建筑物的防洪設計標準，即設計洪水頻率P來確定，見表4。根據以上描述，按照表1的評判標準分析出暴雨風險發生的可能性等級為C（可能）。

考慮堤防自身的防洪設計標準，一般情況下標準內的暴雨洪水不會對堤防造成危害，但暴雨的發生具有偶然性、不可控性和高危害性。暴雨洪水可能會沖刷堤防，導致堤防潰決，工程安全影響較大，影響堤防保護區人民群眾生命財產安全。按照表2的評判標準分析出暴雨風險發生后的嚴重性等級為一般。按照同樣的程序，分析其他各子類風險的等級大小，結果見表5。

2.3 風險評價

通過風險矩陣法，對潮白河右堤梭草村險工段的自然災害類風險進行辨識、分析評價與管控，共有自然災害類風險16項，其中一般風險12項，對應“黃色”風險等級；低風險4項，對應“藍色”風險等級；無較大和重大風險。

2.4 風險控制

為有效應對自然災害類風險，提出針對性建議與共性措施對各個風險源進行風險管控。① 落實各項防汛責任。督促巡堤查險等責任人及時上崗到位、履職盡責，切實加強組織領導，確保各項防御措施落實到位、發揮實效。② 強化監測預報預警。密切監視雨情水情，滾動預測預報和分析研判，努力提高預報精度，及時預警。③ 抓好工程巡查搶護。督促管理單位認真組織河道堤防巡查，一旦發現險情，立即采取搶護措施，做到險情早監測、早發現、早處置。及時向當地政府和上級主管部門報告，實現“防”與“抗”的無縫銜接。及時派出水利專家指導搶險救援，科學有效處理險情［22］。④ 加強人員培訓，日常管理要到位，極端天氣工作時要加強防護，提高各方人員安全意識，做好應急物資儲備，有效應對突發事件。⑤ 針對地質災害，要加強路面日常養護，定期檢查路面狀況；備用檢修裝備、應急維修裝備配備到位，能夠有效應對突發事件。⑥ 針對地震災害，要補充完善地震應急預案，制定行之有效的現場處置方案。⑦ 針對其他災害，要加強日常巡視巡查，及時排查生物危害；定期觀測地下水位、土壤滲透壓力變化。

風險控制后，評估結果也會根據實際情況動態變化，因此，也需要定期重新評估并確定風險等級，動態監管。

3 結論與討論

（1） 本文提出基于風險矩陣法的堤防自然災害類風險分析方法，并以潮白河右堤梭草村險工段為例，辨識出氣象、地質、水旱、地震、其他等五大類、16子類的自然災害風險源。

（2） 梭草村險工段的自然災害類風險以一般風險為主，占比75%；低風險占比25%，均為氣象類風險；無較大、重大風險。

（3） 根據分析出的各項風險等級，從防汛責任、預報預警、巡查搶護、人員培訓等方面，提出風險管控措施，更好地發揮預防的前置性，做好風險動態監控。

（4） 采用風險矩陣法對潮白河右堤梭草村險工段進行風險分析發現，該方法具有較好的實用性，滿足堤防風險評估的需求且具有可推廣性，具有示范作用。

（5） 堤防受自然災害、運行管理等因素的影響，無論是因暴雨、洪澇災害、地質災害等原因，還是人員管理不當造成的操作失誤，最終都可導致堤防漫溢、滲水、管涌、漏洞、滑坡、陷坑、裂縫坍塌、決口等風險的發生，進而造成人員傷亡、經濟損失并產生嚴重社會影響。隨著現代化城市發展，堤防不僅僅要發揮防洪功能，更要兼顧生態效益與社會價值。因此，要進一步從常態化動態管理、加大后期投入、持續推進安全生產標準化建設工作、完善應急預案體系建設等方面落實好各類風險的管控，通過風險管控為潮白河綠色生態發展帶建設成為生態良好、功能完善、經濟繁榮、宜居和諧之區創造條件。

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（編輯：高小雲）

Analysis of natural disaster risk in levee project based on risk matrix method

HUANG Yue1，WANG Xiaohui1，WANG Chenggang2，WANG Jianhui1

（1.Beijing Water Science amp; Technology Institute，Beijing 100048，China； 2.Beijing Water Conservancy Project Management Center，Beijing 100038，China）

Abstract： The current risk analysis of levees mainly relies on qualitative analysis or only studies single risk sources such as seepage and breach，and the risk classification only consider the project itself with less consideration of the impact of external environmental risks.Therefore，the dangerous section in Suocao Village of the right embankment of Chaobai River in Haihe River was taken as an example，the risk matrix method was adopted to analyze and study the natural disaster risks of this section.The results showed that there were five major categories in the Suaocao Village dangerous section，including meteorological，geological，water and drought，earthquake，and other risks，and 16 subcategories of natural disaster risk sources.Among them，the natural disaster risks of Suaocao Village dangerous section were mainly general risks，accounting for 75%，and low risks account for 25%，all of which were meteorological risks.There were no relatively large or major risks.The research results can provide a reference for the comprehensive risk analysis of levee projects，and also provide technical support for the safety management and standardized construction of levees.

Key words： levee project； risk analysis； risk matrix method； Chaobai River

收稿日期：2024-04-07

作者簡介：黃 悅，女，碩士，主要從事水利工程安全評估、評價研究工作。E-mail：2251938562@qq.com

作者簡介：王建慧，男，正高級工程師，博士，主要從事水利工程安全管理研究工作。E-mail：wjh0067@139.com

引用格式：黃悅，王曉慧，王成剛，等.基于風險矩陣法的堤防工程自然災害風險分析［J］.水利水電快報，2025，46（4）：35-40.