区域水库群风险指数排序及管理技术研究

周志维，刘 刚，喻蔚然

(1.江西省水利科学研究院，南昌 330029；2.江西省赣州市水利局，江西 赣州 341000)

江西省现有10 819 座水库，其中3%为大中型水库，绝大多数水库的管理模式相对单一，一般采取单一管理单位负责一座大中型水库的日常事务，人员、经费以及具体的工作事项相对独立[1]。这种管理模式的弊端往往不能充分发挥水库管理人员的能力，维养资金的利用率偏低，尤其是数量庞大的小型水库得不到有效的管理[2]。

集中技术力量和维护资金对区域内水库群进行统一管理，包括大中型和小型水库，不但可以发挥每个技术人员的优势，还可以优化资金使用率[3]。应用风险管理技术，将区域水库群管理和风险指数排序技术相结合，通过开展安全缺隐调查，有利于增强管理的针对性[4]，让目标更明确，重点更突出，直接提高风险管理效率，该技术已在许多先进国家成功应用[5]。

水库大坝风险管理一直是研究热点，在江西省也进行了风险指数排序的探索[6]。本研究对大余县区域水库群进行了风险指数分析，并将该技术应用于群坝风险管理中，可有效提高水库风险管理水平，对于保障大坝和下游人民生命财产安全、充分发挥水库的经济效益、维系良好的生态环境具有重要意义。

1 安全缺陷

安全缺陷主要是大坝运行过程中可能存在的潜在破坏，表现为与设计、规范、制度等方面存在的不足。文献[5]指出，大坝安全关注范畴主要涉及大坝安全性态、基础设施以及大坝的运行维护和监测程序的有效性，并将大坝安全缺陷分为工程缺陷、OMS程度缺陷(管理缺陷)等。工程缺陷主要指可能导致溃坝的工程质量缺陷，如坝下埋涵防渗处理不合格可能导致接触渗透破坏、坝体压实度不足或坝坡偏陡可能导致滑坡、坝内存在薄弱层面可能导致渗透破坏或滑坡、坝顶高程不足可能导致的洪水漫顶等；管理缺陷[7,8]主要是指针对大坝工程存在的风险而进行的资源调配、缺陷处理以及风险预防、经济保障等一系列管理工作存在的潜在问题，包括组织管理、安全管理、运行管理、经济管理、应急管理等方面。

安全缺陷可用脆弱度VI来表示[6]，表示发生事故的容易程度[7]，侧重于对大坝安全检查过程中找出的各种隐患，或认为今后可能在某种因素的影响下将会出现的隐患，主要通过专家经验找出各个隐患，计算方法如下[9].

(1)用S1表示差距的大小。对工程缺陷，如果达到标准或设计要求的80%，则差距为0.2，若只达到k，则差距为1-k，见图1。

图1 差距的大小Fig.1 The size of the gap

对于管理缺陷，可根据管理行为是否符合规范要求，划分为5个等级，分别为严重、较严重、一般、较好、好，相应的赋分原则见表1。

表1 S1赋分原则Tab.1 S1 principle of division

(2)S2表示特征的关键度。若所表现的特征是串联的，对大坝安全有着非常重要的影响，则取值为1；对大坝安全没有什么影响，取值为0。

(3)S3表示临时风险控制采取措施的“无效程度”，根据是否能建立临时的风险控制措施，赋值为0或1。

(4)用MC表示不安全程度。其表达式为：

MC=S1S2S3

(1)

(5)用CR表示不安全等级。其表达式为：

(2)

根据关注的大小规模，对实际缺陷，C的取值为10；对于潜在缺陷，C的取值为5。

(6)用SF表示受力频率，用AEF表示年超越频率，见表2。则：

表2 受力频率Tab.2 Force frequency

(3)

(7)脆弱度VI的计算表达式为：

(4)

(8)总脆弱度可通过各级脆弱度叠加。其表达式为：

(5)

2 大坝风险指数指标体系构建

2.1 构建原则

水库风险的指标比较多，有些指标相关性很强，有些指标虽然重要，但不易取得准确数据，为了能够客观准确地反映水库风险现状，在确定指标体系时遵循以下基本原则。

(1)先进性与可行性相协调的原则。应充分体现水库风险与经济社会发展相协调，并综合反映水库标准化创建过程中的各方面要求，同时要充分考虑实施的可行性。

(2)定量化原则。评价指标应能量化，增强指标的科学性和可操作性，尽可能利用便于收集到的数据及现场检查情况。

(3)层次性与可比性原则。指标体系应具有层次性，能从不同方面、不同层次反映水库风险的实际情况。

(4)可操作性原则。指标体系内容应该简单易懂，所需资料应该便于收集、整理、归纳，计算过程简单明了，具备快速、方便实现评价水库风险的可操作性。

2.2 指标体系的建立

根据以上原则，结合水库标准化管理创建目标及水库工程管理特点与现状，确定水库风险指标，指标体系共分为5级，分别为总指标、2个1级指标、10个2级指标，22个3级指标及64个4级指标，在确定各指标的权重方面，根据历年来大坝破坏类型统计[8,10]，江西省开展的标准化管理创建要求、水库现代化管理要求[11]以及广泛征集有关专家学者的意见，具体见图2(4级指标略)。

图2 风险指数指标体系Fig.2 The risk index system

2.3 风险指数计算方法

基于脆弱度的水库土石坝风险指数表示方法见图3。

图3 风险指数计算方法Fig.3 Method for calculating risk index

风险指数的计算公式如下：

RI=100VI×10L

(6)

式中:RI表示风险指数；VI表示脆弱度；L表示水库综合后果严重系数。

根据指标体系的级别，如总级指标、2级指标及3级指标，分别计算各级指标风险指数，并将计算结果放大100倍，作为最终的风险指数。

3 案例分析

3.1 工程概况

大余县水库工程管理局管辖的4座土石坝，分别为油罗口水库(大2型)、跃进水库(中型)、石门口水库(小1型)、合江水库(小1型)，水库均位于赣江支流章江河水系，座落在大余县的东北方向及西南方向，最大直线距离约40 km。

3.2 风险指数计算

对大坝工程现场、管理现状以及下游情况进行调查评估，确定管理缺陷及工程缺陷以及下游损失情况，分别计算4级指标、3级指标、2级指标的脆弱度，并将影响下游的后果严重系数代入，计算出相应的风险指数，结果见图4、图5。

图4 管理缺陷风险指数Fig.4 Management defect risk index

图5 工程缺陷风险指数Fig.5 Engineering defect risk index

由图4可知，各风险指数与坝体的规模等级相关，规模等级越高，风险指数越大。最大为油罗口水库，达到670，最小为合江水库，风险指数为388。而在5个管理缺陷指标中，运行管理风险指数最大，经济风险指数最小，在20左右，表明各水库的管护经费基本能够足额拨付，费用运用较合理。

由图5可知，工程缺陷风险指数差异较明显，其中，油罗口水库风险指数达到1 200，而另两座小型水库风险指数为600左右。从不同的建筑物结构来看，大坝坝体的破坏风险指数最大，在300以上，其次是溢洪道，库岸边坡破坏最小。

3.3 风险指数排序

应用风险管技术，重点关注风险指数大、后果影响更严重的指标。从而将资源统筹分配，从大至小进行排序，对不同的风险点选择相应的风险防控措施，实施针对性的处理方式。但是，若仅以风险指数的大小作为风险排序的依据，未考虑资金的利用率以及处理周期的长短，仍存在一定的局限。为让有限的资金最大化降低风险指数，提高使用效率，定义单位资金风险降低率S，表达式如下：

(7)

式中：S表示单位资金风险降低率；RI表示风险指数；C表示资金，万元。

显然，S越大，表示资金在降低风险方面利用率高，产生的效益越大，在资金安排上，就优先安排，反之，S越小，资金应排后面使用。经初步的估算，列出风险指数前15位，具体见表3。

表3 风险排数排序Tab.3 Risk index ranking

从表3可知，在这15个风险指标当中，油罗口水库占了6个，跃进水库2个，石门口水库3个，合江水库4个，表明水库规模越大，整体风险仍然偏高，在日常维养及巡查过程中应引起重视。

3.4 对策与建议

本文基于风险指数排序，提出相关的对策与建议，具体如下。

(1)加强日常管理工作，及时开展维修养护。定期清除排水体及泄洪设施的垃圾杂物，如排水棱体的淤堵物、泄水沟内的垃圾杂物、溢洪道内的堆积物等，确保排水通畅。

(2)完善必要的工情与水、雨情监测设施建设，及时了解、掌握工程运行的实时安全性态，如：①针对油罗口及跃进水库测压管损坏的部位，应采用修复或重新布孔，并确定各水库是否需要增设渗流量观测设施； ②针对合江水库及石门口水库，应及时增补安全监测设施，包括变形及渗流观测设施；③对于坝坡存在隆起及不平整的部位，应考虑增设变形测点④对于坝顶存在裂缝的水库，应增设裂缝观测，待裂缝稳定后，应填补裂缝；⑤完善监测设施后，应按规范的频次要求开展观测，定期整理数据，发现数据异常应及时分析，保证监测设施的正常运行。

(3)加强与完善通信、道路等基础设施建设，保障汛期或恶劣气候运行条件下基础设施的完好，确保大坝安全以及汛情、险情、灾情信息的快速传递，以便及时作出抢险或撤退等应急处置。

(4)立足于标准化管理创建工作，提高管理水平。水库管理活动日常化及管理运行安全化占分较高，相应的风险指数也较高，风险因素排序靠前，如清淤清堵等情况，均不能完全标准化创建要求，因此，在标准化创建过程中，应重点加强改造，提出具体的工作标准与要求。

4 结 语

基于脆弱度的风险指数计算方法，特别注重缺陷的发现。通过专家现场检查，发现已表现出或潜在的缺陷，确定严重程度，及时开展脆弱度计算，减少了风险分析过程中的复杂性及不确定性，可操作性较好。本文从脆弱度角度出发，建立了土石坝风险指数指标体系，并开展了风险指数计算，从风险指数排序来看，大型水库风险指数总体较高，小型水库风险指数偏低。针对风险指数排序，提出了相应的建议及措施。

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