大型水利工程的风险管理问题

陈 进

大型水利工程的风险管理问题

陈 进

（长江科学院院长办公室，武汉 430010）

我国是世界上水利工程最多的国家，特别是大型水利工程，由于其涉及的不确定因素多，工程设计、建设和运行对于国家经济、社会和生态环境影响巨大。根据国内外大坝失事案例，分析我国大型水利工程存在的安全、社会和环境等方面的风险，讨论影响水利工程的风险因素、风险分类和风险等级，并以三峡工程为例，讨论大型水利工程面临的风险因素和风险类型，提出适合我国水利工程风险控制和管理的方法和策略。

水利工程；风险分析；系统风险；工程保险；风险控制

水利工程与一般土木工程最大的区别是其建立在江河湖海等水域附近，与降水及洪水等不确定的水荷载关系较大；其次是大坝多建在山区，处在复杂的地质地貌和自然环境中，坝基及库区地质缺陷多，容易受地震、滑坡等地质灾害的影响；三是水利工程一般工程量大，施工组织复杂，质量控制难度大。因此，水利工程是风险最大的土木工程。

目前，我国已经建设各类水库8万多座、水电装机容量2.3亿kW，堤防近10万km，工程数量和规模均居世界第一。由于已建水库大坝大多数是20世纪50—70年代建设的中小型工程，限于当时环境和条件，可利用水文资料系列短，勘测、设计和施工时间也短，不少工程是“三边工程”（边勘探、边设计、边施工），许多坝的设计水平和施工质量不高，所以，在我国大坝中有30%～40%存在安全隐患或者属于病险水库［1－3］。已经建成的三峡水利枢纽和正在建设的南水北调工程，都是巨型水利工程，由于其工程和投资规模巨大，虽然设计和施工质量有保证，但工程的建设和运行影响大，关系到流域、区域甚至国家的经济社会发展和生态环境保护，减少工程规划、设计、施工、运行和管理中的风险一直是设计工程师、项目业主、社会公众和水行政管理部门十分关心的问题。随着气候变化、自然灾害、人为失误或者人为破坏（如恐怖活动）等因素的可能影响，国家和社会公众对于大型水利工程的安全、风险控制和管理要求越来越高。分析水利工程，特别是大型水利工程的风险因素，确定可能存在的风险类型和级别，提出综合措施使工程风险得到有效控制是十分重要的课题。

1 大型水利工程的风险识别

大型水利工程风险可以有几种分类方法：第1种是根据风险性质来定，可以分为3类：一是工程安全风险，二是生态环境风险，三是社会管理风险；第2种是根据工程组成及相互关系来定，可以分为单个工程与工程系统风险2类；从风险因素显现和认知程度来定，可分为可识别风险和隐性风险。

1.1 工程安全风险

工程安全风险主要来自不确定的荷载、地基及建筑物的抗力、设计方法、施工质量等几方面。从世界上已经发生的溃坝案例来看，大坝的安全风险主要来源于：

一是水文的随机性，特别是洪水风险。最典型的案例是“75·8”暴雨引起的河南省驻马店地区板桥和石漫滩2座大型水库溃决［4－7］，2座中型水库和58座小型水库在短短数小时内相继垮坝溃决，多达57亿m3的洪水使驻马店地区的10个县（镇）尽成泽国，加上许昌、周口、南阳等地受灾人数超过1 100万，死亡人数2.6万，京广铁路中断行车达18 d之久，经济损失近百亿元。板桥水库和石漫滩水库分别于1952年和1950年建成，设计时实测水文资料不过20年，主要靠经验方法推算进行设计，虽然1955，1965和1973年先后3次复核和修正水库的设计洪水，但每次都是出现大洪水后被迫提高标准。“75·8”暴雨是由于1975年第3号台风妮娜（Ninna）在福建晋江登陆以后，以罕见的强力，北渡长江直入中原腹地，并在伏牛山脉与桐柏山脉之间的大弧形地带“停滞少动”。这一地带有大量三面环山的马蹄形山谷和两山对峙的峡谷，南来气流在这里发生剧烈的垂直运动，造成历史罕见的特大暴雨。从8月4日至8月8日，暴雨中心最大暴雨过程雨量达1 631 mm，超过400 mm的暴雨降在面积达19 410 km2的大地上，暴雨中心——位于板桥水库的林庄，最大6 h雨量为830 mm，超过了当时世界最高记录（美国宾州密士港）的782 mm，暴雨引起的洪水远超这些水库的设计洪水标准，板桥水库设计最大库容为4.92亿m3，设计最大泄量能力为1 720 m3／s，而它在“75·8”洪水中承受的洪水总量为7.012亿m3，洪峰流量达到17 000m3／s，导致大量水库溃决。

二是地质条件的不确定性。高坝一般建在山区峡谷之中，坝基、坝肩和库岸存在着大量地质构造及地质缺陷，常常是大坝及水库的安全隐患。法国60 m高的马尔帕塞（Malpasset）薄拱坝，于1959年建成，蓄水5年后，由于左坝肩沿片麻岩中的绢云母页岩发生滑动，坝肩岩体滑动导致坝体破裂而溃决，它是世界拱坝建筑史上第一次重大破坏事件。另一起发生在意大利的瓦依昂（Vajont）水库［8］，这个当年世界上最高（267m）的双曲薄拱坝，于1963年10月9日晚（蓄水3年后），大坝附近2亿m3多的山体迅速下滑，填满水库，掀起的库水高出坝顶125 m，大约2 500万m3的库水宣泄而下，摧毁了下游3 km处的隆加罗市（Longarone）及其下游数个村镇，造成2 000余人丧生。该水库库岸边坡滑动的主要原因是：①水库边坡长时间受到库水浸泡造成抗剪强度降低；②施工初期对工程地质情况没有了解清楚；③缺少水库边坡位移监测系统，没能及时发出预警。

三是坝体或者坝基的渗透问题。例如，位于美国爱达荷州佛立蒙郡Teton河上Teton坝，1975年建成，水库总库容约3.6亿m3，坝型为碾压式黏土心墙坝，最大坝高125.58 m。该坝于1976年6月5日发生了溃决。主要原因是首次蓄水时，坝右侧底部发生管涌导致坝体溃决，使库内3.03亿m3的水体突然下泄，淹没坝下游780 km2，洪水摧毁爱达荷州的雷克斯堡和休格2座城镇，死亡l4人，25 000人无家可归，损毁铁路51 km，直接经济损失10亿美元。

四是大坝设计和施工质量问题。许多大坝都存在设计缺陷或者施工质量问题，一般可以通过加固和维修解决，但也有造成溃决的，1993年，青海省沟后大坝在建成3年后溃坝，造成288人死亡。该坝为面板堆石坝，坝高71 m，库容330万m3。水库自1989年9月建成蓄水，于1993年8月库水位在较长的时间内处在高水位运行，并达到最高运行水位3 277.25 m时（低于正常蓄水位0.75 m）大坝失事。大坝失事主要原因是面板系统及坝顶趾板接缝结构设计缺陷和施工质量问题，坝体存在漏水，坝体结构没有设置关键性的排水层，致使相对弱透水性的砂砾石坝体饱和，坝体上部首先失去静力稳定而造成大坝溃决。

1.2 生态环境风险

水利工程，特别是大型水利工程对于生态环境的影响一直是社会各界关注的重点问题。由于影响程度需要较长时间才会缓慢显现，所以大型水利工程未来必须面对生态环境长期影响问题，如水库泥沙淤积、库区水环境、库岸稳定；水库下游河道冲刷、河流地貌改变、河流水文和水动力过程变化、江湖关系变化等都将引起生态环境的变化。库区急流水生生物向静水生物演替，生物洄游通道阻隔、水库诱发地震，水位变幅过大可能引起的库岸滑坡等问题也不容忽视。对于跨流域调水工程，调出地区面临水资源和生态流量减少，而调入地区面临水资源量增加，如果灌溉不当，地下水位上升可能引起土壤盐碱化等问题。

1.3 社会管理风险

水利工程的社会风险主要来自土地淹没、移民搬迁安置和致富等问题。大型水利工程一般占用和淹没土地较多，移民数量大，移民安置和致富难度大。如果补偿安置不当或者补偿标准经常变化都会引起社会矛盾，甚至影响工程的上马、建设和运行。目前，许多大型水利工程建设移民补偿和安置费用已经达到、甚至超过工程建设的费用，水利工程经济和社会管理风险越来越大。

1.4 水利工程系统风险

不仅单个水利枢纽常常由大坝、水电站和船闸等众多建筑物组成，存在工程系统风险问题，而且随着梯级水库群的建设，水库群在空间分布上沿河流水系呈现出串联或者并联分布，上游大型水库一旦溃决，一般都会引起下游水库的损坏，甚至破坏。对于发生在一个地区的超强暴雨或者特大地震，都可能引起较大范围内相互联系的水库群出现连续破坏，形成水利工程系统破坏风险。如“75·8”暴雨及洪水就造成大中小几十座水库连续溃决；2008年的四川汶川地震，造成四川省6 678座水库中的1 996座水库发生震损［7］，其中379座水库出现高危或溃坝险情，震损水库约占全省水库总数的30%，其中大型水库4座，中型水库60座，小（一）型水库331座，小（二）型水库1 601座。堤防、引调水工程都是串联系统工程，一个断面（或者一个单元）破坏，整个系统就会失效［10－11］，所以，需要考虑水利工程的系统风险，分析水利工程群之间的风险传递、扩散路径和方式。

1.5 隐性风险

水利工程大多数风险因素是已知的，但也有些因素是隐性的，甚至是不可预见的。隐性风险主要来源于水文、库容、水头、地震和人为破坏等。世界上最长的实测水文资料不超过300年，我国最早的水文实测资料不超过150年，实际上大多数水库建设时实测水文资料一般不超过60年，而大型水利工程设计洪水一般要求超过百年一遇，甚至超过千年一遇，如三峡大坝设计洪水按千年一遇设计，万年一遇再加10%校核。设计采用的水文资料多是根据历史文字记录或者现场考古推测得到，具有较大的不确定性。板桥水库溃坝就是由于“75·8”洪水远超设计洪水标准而造成的，2008年的汶川大地震也是超历史记录地震，2011年日本3.11特大地震及引起的核事故更是典型的未预见到的隐性风险事故。历史上发生超强度洪水或者地震，如果当时造成的损失小，就不会留下文字记录，现场历史痕迹也很难保存，使特大洪水或者特大地震的规模预测不确定性较大。暴雨洪水、地震、泥石流和滑坡引起的次生灾害或者区域性、工程群的风险的识别和应对难度也很大，需要特别重视隐性风险。

2 水利工程的风险评估和管理

2.1 溃坝主要特点

我国目前已经建成8.7万座水库，绝大多数是20世纪50—60年代建设的中小水库，其中有3.7万座病险水库。据统计，1954年以来我国共有近3 500例溃坝事故，分析这些溃坝，发现有以下几个特点：

（1）大坝的建设期和运行初期属于溃坝高峰期。在我国已溃大中型水库中，工程运行头5年内发生溃坝的水库占总数的72%，在搜集到的世界部分国家900余座已溃水库中，投入运行头5年内发生溃坝的水库占总数的30%［6］。

（2）在溃决的大坝中，中小坝占绝大多数。其中大型水库溃决的只有板桥和石漫滩2起，中型水库123起，小型水库3 356起。大型水库设计标准高，施工质量控制严，运行管理比较规范，所以溃决的很少，近20年来，由于除险加固和严格的安全管理，大中型水库没有再出现新的溃决事故。

（3）溃坝坝型主要是土石坝和堆石坝。这类坝型属于当地材料坝，施工快，造价低，适应人海式施工方式。我国大部分中小坝都是当地材料坝，而且许多是上世纪50—60年代修建的“三边工程”，当时施工质量就存在不少问题，再加上该种坝型对于水文预报和泄洪设施能力要求高，漫坝后极易溃决。在地震灾害引起受损大坝中也是这类坝型最多，例如，在汶川地震中受损的379座高危以上险情的震损水库大坝绝大多数为土坝或均质土坝，共计358座，占所有高危险情以上水库的94.5%。

2.2 我国大坝风险管理存在的问题

在美国等发达国家，大坝等水利工程大规模建设在20世纪70年代以后基本完成，随后水利工作的重点放在大坝的风险管理上来，通过定期的安全和环境评价，给大坝和水库重新发放运营执照，鼓励公众参与大坝管理，从法律、技术标准等方面基本建立了大坝风险管理的制度体系。我国水利界由于文化上和习惯上等的综合因素，不喜欢使用“风险”一词，仍然喜好安全度或者可靠度等正面名称。对于考虑不确定性因素的风险分析和风险管理认识不到位，甚至存在误区。一些技术人员和领导怕提“风险”2字，一是怕影响工程上马，二是对风险认识不足，三是社会公众缺乏风险教育，公众和社会承受风险的程度不高。一旦出现事故，不是出现恐慌，就是严重依赖政府承担抢险救灾和补偿的全部责任，而不习惯通过公众参与管理和保险等社会分担风险的渠道。因此，至今水利行业的工程结构可靠度设计技术标准体系尚未建立，大坝等水利工程风险评估和管理制度也还没有建立，往往是出现问题后，再采取应急管理，处在比较被动的状况。

近20年来，没有出现大中型水库溃坝事件，这主要得益于近年来国家对于病险水库进行了大规模的除险加固，水利工程维修和管理投入，消除或者减轻了水利工程的安全风险。我国水库数量大，地区分布广，病险水库的维修加固还需要进一步加强。堤防线路长，大多数堤防是历史上逐渐建成，质量参差不齐。在建和规划建设的跨流域调水工程多，水利工程的安全管理仍然面临许多难题，最主要是工程风险定级、定期的安全评估和运行执照的复核等制度不健全，有效的安全监测体系和维修计划不完善，建立能适应未来环境多变情况下的风险管理制度还有很长的路要走。

3 大型水利工程的风险管理

3.1 风险管理的主要内容

工程风险管理的主要步骤是：第一，风险识别，确定风险来源和因素；其次是对于风险进行分类和分级，识别出主要风险和次要风险；第三，对于主要风险进行风险分析或者风险评估，定量化确定风险发生的频率、大小和影响程度；第四，风险决策及管理，根据风险类型和大小提出综合措施转移或者减缓风险。综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、维修等；非工程措施主要是预警预报系统建立、风险信息传递和发布制度、应急预案及演练、工程保险制度和风险管理办法等制度建设。

水利工程的风险管理包括对于大坝、厂房、泄洪设施、水电机组、闸门、船闸、库岸、下游护坦、河岸护坡等建筑物在施工和运行过程中监理、检测和监测，对于已建结构进行观测和安全评估。由于绝大多数事故风险都是中小风险，一般通过严格的管理制度、定期的检查和有计划的维修，可以排除或者减缓绝大多数风险，即使这样，平时也应该做好防御大事故的应急预案。

3.2 水利工程的保险问题

从工程风险的时间分布来看，施工期和运行初期是事故高发期；从我国大坝溃决的原因看，50%原因是由于漫坝和泄洪能力不足，主要是水文资料系列年限短或者极端水文事件发生；再有34%是由于坝体施工质量问题；从溃坝类型看溃决发生在堆（土）石坝或者地基中最多，所以，土石坝和基础工程保险费率应该高些。在运行期，机电设备、防渗材料和其他设施老化是最常的故障，需要制定维修计划。目前水利工程保险处在起步阶段，一般是建设企业为了保障员工安全和企业利益，为建筑工人购买个人意外损害保险，对于大型机电设备运输、安装也会购买保险，但很少为工程施工、运行和维护购买保险。

水利工程安全除了依靠国家和政府投入外，未来应该逐步建立与市场和社会投入相结合的制度，洪水保险、分蓄区使用保险、河道整治和生态修复保险都需要推进，水利工程未来的保险市场巨大。

4 三峡水利工程的风险管理

三峡工程是我国乃至世界最大的水利枢纽工程，应该说工程的规划、设计和建设水平是世界最高的，大坝、水电站、船闸等建筑物设计标准高，工程安全是可以得到保障的，但不能说整个枢纽工程未来的运行和管理就没有风险。三峡工程2003年开始蓄水发电，前期是低水位运行，2008年主体工程完工后，开始向175 m设计水位蓄水，到2010年才达到正常蓄水位175 m。目前大坝尚没有经历特大洪水的考验，大坝结构、地基、机电设备、库岸边坡等也都处在“磨合期”，水库运行调度还在不断优化过程中，未来仍然面临一些风险，主要有以下几方面：

一是水库库岸稳定问题。尽管蓄水前对于已经查明的不稳定岩体和可能滑坡体进行了大规模的除险加固和移民搬迁，但库区潜在不稳定岩体或者滑坡体仍然存在，也可能由于库区水位变幅过大引起新的滑坡。

二是移民安置和致富问题。大量移民居住在库区，他们虽然有了新家，但是否有稳定的工作机会，如何保持他们致富仍然有许多问题需要解决。

三是库区水环境保护问题。库区一些支流、库湾发生水华，如何保证一库清水，水资源保护压力较大。

四是水库调度问题。现在中下游地区对三峡水库调度要求越来越高，在防洪、抗旱、补水供水等方面提出了新的要求，一些要求已经超过三峡的设计目标，甚至使三峡调度面临新的难题和风险。如防洪调度，三峡设计防洪的重点在荆江，而且主要是防御大洪水和特大洪水，而现在社会及中下游地区希望三峡水库大中小洪水都要防，而且不仅防荆江，也防城陵矶等其他下游河段，甚至希望大洪水来临时，堤防不上警戒水位，更不希望使用分蓄洪区，这样就将长江中下游防洪压力过多地寄托在三峡水库上，长江中下游的洪水风险将主要由三峡水库分担，显著增加了水库的风险。

五是中下游河道冲刷和江湖关系变化给生态环境带来长期影响，值得进一步观察。

目前正在实施的后三峡规划，国家将重新投入1 000多亿资金，主要是解决上述问题。相信后三峡规划实施以后，可以有效地控制上述风险，但三峡工程的风险管理和风险控制工作仍然不能松懈。未来大型水利工程的风险管理也不能过分依靠国家单方面的投入，三峡总公司、交通、社会和民间也应该承担一些风险管理的资金投入。

5 结 论

水利工程，特别是大型水利工程都是复杂的巨系统，尤其随着气候变化和人类活动影响，面临水文（洪水）、地质活动（地震、滑坡、泥石流）和运行管理失误等较大的不确定性，在建和已建工程都在一定程度上面临失效或者破坏的风险。虽然已建大中型水利工程安全度都较大，出现大坝溃决灾难性事故极为罕见，但影响工程正常运行的中小事故仍然频繁。未来水利工程都将面临长期生态环境损害风险，水利工程领域需要，也应该建立起风险管理制度，通过不断更新和完善安全监测系统，定期的安全评估和风险排查，制定有针对性的维修和加固计划，就可以有效地控制风险。对于沿河建立的梯级水库群，需要进行系统风险评估，针对薄弱工程或者部位进行风险控制和转移，使工程系统风险得到有效控制。对于水利工程管理者和社会公众也要进行风险教育、培训和科学知识的普及，这样可以提高社会对于可能发生风险的认识和可承受水平。

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（编辑：曾小汉）

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

陈 进（1959－），男，湖北武汉人，教授级高级工程师，博士，主要从事水资源与水利工程风险分析研究，（电话）027－82829755（电子信箱）chenjin＠mail.crsri.cn。