国内外水库工程防洪标准分析

周祥林，杨百银，王正发，单 婕

（1.中国水电工程顾问集团公司，北京 100120；

2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西 西安 710065）

0 引言

选择工程的防洪设计标准是水利水电工程规划和设计的一项首要的技术决策。防洪标准是一个国家经济、技术、政治、社会和环境等因素在工程上的综合反映，既关系到工程自身的安全，又关系到工程下游人民生命和财产、工矿企业和设施、生态环境的安全，还对工程效益的正常发挥、工程造价和建设进度有直接影响。

1998年，国际大坝委员会总结水库防洪安全设计的进展，将设计标准分成三个阶段[1]：①第一代标准主要是根据经验和水库的共性，粗略分级、制定标准、列表备查，并没有考虑到设计水库的个性，如水库重要性、坝体体量、坝形、库容和坝对下游的危害。大多数国家是采用洪水频率分析方法，设计洪水重现期从200年到10 000年不等。有些国家使用水文气象方法，估计可能最大洪水 （Probable Maximum Flood，PMF）。②第二代标准一般是根据水库危害程度分级，风险高的水库采用高的设计标准。提出应根据水库本身的特征和潜在的溃坝危害，客观评价设计水库的风险。水库特征给出包括坝体的体量特性、水库综合特性 （坝高×库容）、电站容量特性、调节流量特性等一系列定量指标。③以风险评价为基础的第三代设计标准，替代过去两代标准，综合考虑坝高、库容和溃坝损失的危害程度，通过风险分析来确定水库的设计标准[2]。第三代标准的突出特点是要求具体分析设计水库的风险特性，估算提高安全标准所需费用，综合考虑溃坝事故的风险，包括概率和可能造成的危害，并根据当地社会可承受的风险水平，通过风险—效益—工程费用之间的关系，确定水库的防洪安全设计标准[3]。

本文通过对国内外防洪标准发展的研究，分析各自的特点及存在的问题，结合我国水电梯级开发的形势，提出对现行防洪标准规范的改进建议，以供规范修编时参考。

1 国外防洪标准

1.1 防洪标准的主要表示方式

通过研究国外水库大坝防洪安全管理方面的资料发现[4]，世界各国所采用的防洪标准均有所不同。这表明，防洪标准的确定，不仅取决于技术、经济因素，还广泛地受到自然地理、社会和政治等因素的影响。经过归纳总结，国外水库防洪标准的主要表示方式有以下四类：

（1）以调查、实测的某次大洪水或适当加成表示，如瑞典、挪威等国。这种表示方式的防洪标准很不明确，其设计洪水的大小，与调查、实测期的长短和该时期洪水状况有关，适当加成任意性大。随着水文、气象资料的积累和洪水分析计算技术水平的提高，这种方式现已很少采用[3]。

（2）以洪水的重现期 （T）或年超过概率 （P%）表示，设计洪水计算采用频率分析法，如原苏联、日本、哥伦比亚、瑞士等国。它较科学地反映了洪水出现概率和防护对象的安全度，但在理论频率曲线外延上存在较大的不确定性，争议很大。目前，这种方式被多数国家采用[5]。

（3）以可能最大洪水或其3/4、2/3、1/2表示。PMF采用水文气象法分析计算，如美国、印度、加拿大等国。由于分析计算PMF需要大量的水文气象资料，很难准确计算，取其某倍比，任意性较大，而且防洪安全度不明确，目前已很少采用。

（4）以50年一遇至1000年一遇洪水设计，以10 000年一遇洪水或PMF校核，如英国、澳大利亚等国。水文气象法、频率分析法混合使用[6]。

1.2 特点

（1）大部分国家普遍重视水库大坝安全，倾向于以溃坝对下游可能造成的危害作为最基本的指标。

（2）各国防洪标准的约束力参差不齐。例如法国和瑞士，并没有正式的标准，他们是根据过去公认的办法进行工作，并可以按照具体情况进行修订和校正。美国、英国、加拿大等国的科学技术组织或政府部门公布了推荐标准或指南。日本、葡萄牙和西班牙等国家[4]，为确定设计洪水都制定了具有法律约束力的设计标准，如法规和规范。

（3）水库的防洪标准有降低的趋势。例如，原苏联1948年、1966年两次颁发的设计洪水规范中，工程等级划分指标不断提高，其实质是对一定规模的工程，降低了它的等级，也就相应降低了设计洪水的标准[6]。

（4）适用于所有水库的通用标准，己逐渐被根据各个水库溃坝对下游的危害程度进行分级的标准所替代。世界多数国家采用的水库安全评估数据见表1。

表1 水库安全评估数据

1.3 主要问题

目前世界多数国家采用的防洪标准仍是根据水库危害分级的传统标准——第二代防洪标准，在使用过程中，主要存在以下几个问题：

（1）按水库溃坝后对下游的危害程度进行分级，但下游可能造成的危害涉及的因素较多，难以量化，分级缺乏明确的界限，一般只能作定性分析。

（2）除分级含有人为主观考虑的成分外，第二代防洪标准的分级指标存在很大的差别，同一水库就会得出不同的分级，因此所确定的洪水标准的差别就会更大。

（3）在对下游所有可能的各种危害 （如生命损失、经济损失、社会与环境影响等）确定水库防洪级别时，遇难死亡人数，没有起到决定性的作用。

（4）标准对高危害级别水库采用的方法偏保守。

（5）防洪标准的确定是针对单一水库而言的，没有具体规定的梯级水库群防洪标准。

2 我国的防洪标准

我国幅员辽阔，自然地理、气候条件复杂，除沙漠、戈壁和极端干旱区及高寒山区外，大约2/3的国土面积存在着不同类型和不同危害程度的洪水灾害，是世界上洪涝灾害最严重的国家之一。自古以来，我国对防洪就非常重视。但在新中国成立以前，仅凭积累的治水经验进行防洪工程的建设、维修或加固，没有颁布过可满足工程设计要求的防洪标准。建国以后，为防御洪水、减少洪灾损失，维护人民生命财产安全，国家非常重视防洪工程建设。

2.1 现行防洪标准

为了满足大规模防洪建设的需要，有关部门对所管理的防洪对象的防洪标准，先后作过一些规定。由于制订的时期不同，对防洪安全与经济的关系等的处理有差异，类似的防护对象，其防洪标准不一致。直到1994年，为适应国民经济各部门、各地区的要求和防洪建设的需要，国家技术监督局和建设部联合发布了由水利部主编的国家统一的GB50201—94《防洪标准》[7]。随后，一些部委又根据国家防洪标准陆续对各自的行业防洪标准进行了修订，做到基本统一。

我国现行的水库防洪标准主要以GB50201—94《防洪标准》、SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和DL5180—2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》三本规范为依据，三者在水库防洪标准方面完全统一。

2.2 特点

（1）先分等级再根据工程等别分级。我国水库防洪标准的确定是先按工程规模、总库容、效益和在国民经济中的重要性划分等级，再根据工程规模按永久或临时水工建筑物在工程中的重要性确定其级别，同时考虑坝形、坝高、工程地质条件以及工程失事后对下游危害等因素判定其级别是否提高一级或降低一级，最后以水工建筑物的级别和筑坝材料的类型 （土石坝或混凝土坝、浆砌石坝）按山区、丘陵和平原区、滨海区分别确定水库工程建筑物的防洪标准。这种先分等级再根据工程等别分级的做法已在我国沿用了几十年，证明在工程实践中是切实可行的。

（2）防护对象采用洪水重现期确定防洪标准。我国相关规范规定，统一采用洪水的重现期表示防护对象的防洪标准，如50年一遇、100年一遇。对特别重要的防护对象，一旦受洪水灾害、损失特别严重或将造成难以挽回的影响，为保证其防洪的绝对安全，可采用PMF。

（3）设计校核两级标准。我国现行的水库防洪标准通常采用设计、校核两级标准[8]。

2.3 主要问题

世界上多数国家确定水库设计洪水采用频率分析法，最高标准为万年一遇洪水，少数采用PMF。我国现行防洪标准规定，采用PMF或万年一遇洪水作为土坝、堆石坝1级水工建筑物的校核标准，其防洪安全理念与世界多数国家是一致的[9]。

我国水库防洪标准是通过设计洪水标准和校核洪水标准两级来体现。从我国建坝的实践来看，现行规范所规定的防洪标准，是在我国现有计算水平和资料条件下，综合反映安全与经济的平衡后制定的，对我国水利水电工程建设及其防洪安全起到了指导和控制作用，是和我国社会主义经济建设各阶段的社会经济发展水平相适应的，是基本可行的。但随着我国水利水电工程建设的进一步深入，在工程实践中也出现了一些新问题需要解决[10]。

（1）现行标准在确定工程等别时，没有将失事后果作为重要影响因素，也没有给出相应指标。规范虽然给出了下游防洪、排涝、灌溉等指标，但只是当工程承担下游防护目标的防护任务时才要考虑，而对于不承担下游城镇、农田、灌区等防护任务而工程失事又对下游造成危害的工程，则不考虑这些指标。这实际上是只考虑工程本身的功能损失而没有考虑溃坝损失，是不合理的[6]。

（2）没有具体的梯级水库防洪标准，只有针对单一水库的防洪标准。仅对江河采取梯级开发方式时梯级水库防洪标准的确定做了一般性规定，没有给出确定各梯级水利水电工程的水库设计洪水标准与校核洪水标准的具体方法和评估失事损失危害程度的定量分析方法。目前，我国大江大河的水利水电工程开发多采取梯级开发方式，其水库基本都处于梯级水库群中，影响梯级水库防洪安全的因素远比单一水库多，梯级水库失事造成的危害也更加严重。如我国北方某一河流拟新建一座抽水蓄能电站，下水库改造利用原来已建的一座小水库，其标准为500年一遇，根据抽水蓄能电站规模，按照我国现行规范要求，确定为一等大 （1）工程，该小水库校核标准提高为2 000年一遇，相应洪峰流量为1 020 m3/s。在该水库上游已建有一座小水电站，该电站为土石坝，校核标准为500年一遇，相应洪峰流量为491 m3/s，经计算，超500年一遇洪水，该小水库溃坝后洪水演算到抽水蓄能电站下水库坝址处洪峰流量约为5 000～6 000 m3/s，远超其校核标准的洪峰流量，因此，需提高下水库的设防标准或改造上游小水电站。在此案例中，仅仅考虑单一水库的防洪标准是不合适的，需要采取措施解决上下游梯级防洪标准不一的问题。

（3）选择水库防洪标准时，方法过于单一。完全是按照现行规范进行，没有将国外比较合理的可接受风险分析方法应用到水库防洪标准的选择与复核中[11]，以达到全方位评价水库的防洪安全的目的。

3 结语

目前，我国大多数河流水能资源利用已全面形成梯级开发格局。在工程设计时，对于单库的防洪设计，就其防洪标准而言，现行规范是基本可行的。但对于梯级水库群的防洪设计，由于影响防洪安全的因素远比单一水库多，梯级水库失事造成的危害更严重，因此，其防洪标准的确定更严格。

确定梯级水库群防洪标准以风险分析为基础。在我国水库大坝安全管理中引进风险评价技术过程中，迫切需要评估失事损失危害程度的定量分析方法。评估结果对梯级水库群防洪标准选择影响较大，而且前国内对溃坝风险评估方法的研究还处于起步阶段，这些都需要水利水电工作者展开更加深入的研究。

［1］ 韩承荣.长江流域水文分析计算史略 （2000年）［J］.水资源研究，2006（27）:169-195.

［2］ 朱元甡.水库防洪安全的水文评价程序［M］.南京：河海大学出版社，1992.

［3］ Humberto M M.Flood safety analysis.International Water Power&Dam Construction［J］.Journal of Water Resources Research,1996,20（1）:47-56.

［4］ Berga L.New trends in design flood assessment［C］//International Symposium on Dams and Extreme Floods,1992.Granada:ICOLD,SPANCOLD,Vol III:87-112.

［5］ Meheotra R,Singh R D.Spatial disaggregation of rainfall data［J］.Journal of Hydrological Sciences,1998,43（1）:97-101.

［6］ 水电水利规划设计总院，中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.梯级水库群设计洪水研究［R］.北京：水电水利规划设计总院，2009.

［7］ GB50201—94 《防洪标准》［S］.

［8］ 朱元甡，王道席.水库安全设计与溃坝风险［J］.水利水电科技进展， 1995（1）:17-21.

［9］ 王国安.关于我国水库的防洪标准问题［J］.水利学报，2002，33（12）:34-37.

［10］ 王国安.对我国水库设计洪水及标准问题研究的主要成果［J］.人民黄河， 1994（5）:24-27.

［11］ 武靖源，韩文秀，徐杨，等.洪灾经济损失评估模型研究——（I）直接经济损失评估［J］.系统工程理论与实践， l998（11）:56-59.