堤坝老化：基础设施的挑战

王辉义

（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

堤坝老化：基础设施的挑战

王辉义

（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

堤坝的老化问题对基础设施的安全管理提出了挑战。结合美国俄克拉荷马州塔尔萨县的堤坝系统，介绍了美国联邦应急管理署推行的洪水灾害地图更新项目、美国陆军工程师兵团推行的全系统改造框架、以及俄克拉荷马州推行的银色工作服计划。在这些管理措施的实施过程中，当局强调多组织和民众的参与沟通，目的是降低洪水风险，保证民众的利益。

堤坝老化；洪水灾害；保险；安全措施；改造；应急响应

本文介绍了美国的一个示范项目，充分展示了协作的过程并引入了创新的技术来帮助当地政府进行老化堤坝基础设施的风险管理。

美国许多堤坝的坝龄已经超过了50年。鉴于这些堤坝老化，对其采取新的安全标准，在维护上优先排序，采取临时降低风险措施，制定长期补强加固策略，并与利益相关者沟通利益和风险，其管理变得日益复杂。

要应对这些挑战，则需要充分利用联邦、州和地方各级组织的资源。除此之外，还需要有足够的技术能力和适当的协作方式来组织、分享和定期更新信息。

1938～1985年间，美国陆军工程师兵团（U.S. Army Corps of Engineers,USACE）沿着阿肯色河及其在俄克拉荷马州塔尔萨县的支流上修建了5座堤坝系统。从1945年开始，这些堤坝系统陆续被转移给当地县政府，让其负责长期的运营、维护、修补和更换。直到2007年，这5座堤坝系统都是依照美国陆军工程师兵团的标准进行维护的，因此，它们都有资格加入公法84-99计划（注：Public Law 84-99，公法84-99即《防洪和沿岸应急法案》，Flood Control and Coastal Emergency Act；Public Law 84-99 Program，公法84-99计划为在洪水事件中受到明确损毁的堤坝提供赔偿）。如果堤坝在洪水事件中受损，则根据公法84-99计划的条款，可得到来自美国陆军工程师兵团提供的协助来修复堤坝系统，使其恢复到灾难前的状态。

1 堤坝的新标准

美国陆军工程师兵团和美国联邦应急管理署（Federal Emergency Management Agency,FEMA）对堤坝有各自清楚并互为补充的角色定位及职责。2005年，在新奥尔良堤坝溃决之前，美国联邦应急

管理署开始推行新的洪水灾害地图更新项目（Flood Hazard Map Modernization Program,Map Mod），其中融入了对堤坝的鉴定。该地图更新项目要求全国的堤坝业主鉴定其所有的堤坝系统，以使受这些堤坝保护的社区仍可以通过国家洪水保险计划购买心仪的更低成本的风险洪水保险。

美国联邦应急管理署的洪水灾害地图更新项目是一个雄心勃勃的多年计划，其目标是更新美国国内的洪水保险费率地图。

地图更新项目会将100 000条平面洪水地图国家清单升级成为无缝洪水数据，公众都可以以地理信息系统的格式获取。联邦应急管理署地图更新项目的成果将是洪水保险费率地图的数字版本或数字的洪水保险费率地图。为实现这一目标，其进程需要来自各地方政府的支持。

洪水灾害地图更新项目的目标为：

（1）为全美国易遭受洪水灾害的地区创建出最新的洪水灾害数据；

（2）提供数字洪水地图和满足行业标准的地理信息系统格式的数据，以提高地图更新项目用户的使用效率和精度；

（3）使联邦应急管理署当地、地区和州的政府合作机构完全参与到地图更新项目中来，以建立对地方的认识和数据创建工作。

国家洪水保险计划（National Flood Insurance Program,NFIP）是一项由美国国会于1968年通过《1968年国家洪水保险法》（公法90-448）发起的计划。该计划使参保社区中的财产所有者可以从政府购买保险，以减少洪水灾害带来的损失。该保险的设计目的是为灾害提供一个保险选项，以帮助修复洪水对建筑物及其组成部分造成的损毁所需要的越来越高的成本。到2010年4月，该计划已为550万户家庭承保，大部分家庭来自德克萨斯和佛罗里达。

在卡特里娜飓风之后，美国陆军工程师兵团也制定了更严格的标准，今后联邦建造的堤坝系统将以此为标准进行检查和维护。基于这些新标准，美国陆军工程师兵团确定了3座堤坝系统存在缺陷，这3座堤坝系统都是塔尔萨-西至塔尔萨堤坝系统的组成部分，由此造成了在2007年和后续2010年的分级中被评定为“不可接受”等级。因此，塔尔萨-西至塔尔萨堤坝在公法84-99计划中被定为“停用”状态。

图1 塔尔萨县3座堤坝示意图Fig.1 View of the three levees

图2 Sandy公园社区的公共住宅设施，这是受B堤坝保护的社区。总的来说，塔尔萨西部和塔尔萨的堤坝系统为约9 000人降低了洪水风险Fig.2 View of the Sandy Park Community public housing facili⁃ty,which is protected by“Levee B.”Collectively,the Tulsa and West Tulsa Levee Systems reduce the risk of flooding to ap⁃proximately 9,000 people

图3 从阿肯色河的东南边看堤坝C，堤坝C保护着Holly炼油厂。该炼油厂的产能为每天提炼125 000桶原油，为美国的中部大陆地区服务Fig.3 View looking southeast across the Arkansas River at“Le⁃vee C,”which protects Holly Refinery.The refinery has a crude oil capacity of 125,000-barrels per day and serves the Mid-Continent Region of the United States.

2 覆盖全系统的框架

尤其是塔尔萨，多年来一直遭受着洪水危害。

这些灾害大部分可归因为其位于一条大河附近、陆地地形因素和位于高风暴地区。1986年，塔尔萨遭遇了历史上最近的一次大洪水事件。洪水冲进了整个县城，淹没了1 800多座建筑物，造成了约6 350万美元的损失（约相当于今天的1.38亿美元）。从此之后，该地区没有发生过严重的洪水事件。塔尔萨-西至塔尔萨堤坝系统存在的缺陷很复杂，需要花费各个组织多年的努力和协作才能解决。现在，全美国都在面对着相似的挑战。

美国陆军工程师兵团全系统改造框架（System Wide Improvement Frameworks,SWIF）项目启动于2011年，目的是帮助应对全美国所面临的这些挑战。全系统改造框架是由堤坝营运方制定的计划，得到了美国陆军工程师兵团的认可，对堤坝系统进行局部改造。该计划优先解决不可接受的检查项，以对洪水风险降低措施进行优化。全系统改造框架进程使堤坝营运方在解决缺陷问题的同时仍有资格得到公法84-99计划中的补强加固协助。2012年6月，美国陆军工程师兵团批准了塔尔萨县第12排水区有条件地重新加入到公法84-99计划中以及在未来两年中制定全系统改造框架的请求。

为开启全系统改造框架过程，第12排水区对该3座堤坝系统进行了工程评估。该方式可更好地了解堤坝工况、使其满足现行的标准需花费的成本以及补强加固的优先顺序。

3 俄克拉荷马的银色工作服计划

俄克拉荷马的银色工作服示范项目将以培训收尾，这样各组织都能利用“集成的阿肯色河走廊”（Integrated Arkansas River Corridor,iARC）灾害风险管理工具。

美国陆军工程师兵团的银色工作服计划是在州的层面上制定的。其提供了将各个组织集合起来互相学习的机会，并利用各自的知识来降低洪水风险。按照传统，在应对紧急事件时，不同机构的工作人员穿着不同颜色的工作服，譬如，联邦应急管理署的工作人员穿着蓝色工作服，而美国陆军工程师兵团的工作人员穿着红色工作服。而银色工作服的名义就是要强调所有参与者的共同使命。《俄克拉荷马2012年综合水资源计划更新版》中包括了对该州各种洪泛区管理项目的建议。为了响应这些建议，于是制订了俄克拉荷马银色工作服计划，并且实施了一个示范项目来推进第12排水区塔尔萨-西至塔尔萨堤坝系统的全系统改造框架进程。

目前进行中的银色工作服示范项目的活动都很注重开发专用的地理信息系统（Geographic Infor⁃mation Systems,GIS）和地图工具，其中包括了来源于多渠道的信息。模拟程序（Simulation Suite,Sim Suite）是由美国陆军工程师兵团后备支援中心（Readiness Support Centre,RSC）建立起来的一个应用，作为一种方式来矫正与应急管理团体相关的各种闲散的信息，模拟程序被选作了地理信息系统工具平台。

美国陆军工程师兵团的模拟程序是模拟和建模应用的集成，为后备团体而开发，可用于进行综合灾害计划、响应和准备。这些基于地理信息系统的应用整合了建模模拟功能和各种原理，以对预测的信息进行空间分析。这些应急管理模拟和建模工具的开发提供了所需的技术能力，让人们可在许多重要方面从容地做好准备。它创造了一个模型可视化的平台，有力地展现了预测信息，包含了最科学有效和最先进的建模方法。它创造了一种指导性工具，基于选择的场景参数，可得出不受限的结果并为计划提供了基础。

模拟程序包括了各种专业的灾害工具，帮助预测可能的灾害影响，并协调应急响应和准备工作。模拟程序集成了当前新兴的技术、建模数据、有效性校正和任务要求，其提供了最适切且最新的工具，作为一种宝贵的资源，目前正在全球范围内推广。模拟程序有能力模拟以下几种提及的场景对各地区和建筑物造成的影响水平：模拟暴风雨（建模模拟飓风）、模拟地震、模拟洪水、模拟恐怖事件、模拟火灾。

因为预期模拟程序将在未来的自然灾害风险管理项目中发挥极其重要的作用，俄克拉荷马银色工作服小组将其形容为“集成的阿肯色河走廊”灾害风险管理工具。

“集成的阿肯色河走廊”灾害风险管理工具的数据库中，加入了工程、经济和社会信息。这些共享的信息将为来自各组织的各种事务专家提供一个机会，以对优先排序问题和决策制定者提出的需要考虑的建议有更好的共同理解。

4 多组织方法

塔尔萨县第12排水区和美国陆军工程师兵团塔尔萨地区溃坝模拟、洪水淹没图和后果分析小组正在制作提供淹没地图、所需的修补和经济信息。正在与第12排水区、塔尔萨市和其他公司一起合作的塔尔萨伙伴公司为利益相关者提供了在公众参与和沟通计划中所需的信息。

公众参与和沟通计划是利用了来自美国陆军工程师兵团水资源冲突解决研究院（Institute for Water Resources Conflict Resolution）和公众参与专业技术中心（Public Participation Center of Expertise）的技术支持制定而成的。自然灾害减灾协会（Nat⁃ural Hazard Mitigation Association）就银色工作服计划和模拟程序的潜在应用进行了行政上的总结，以帮助其他社区降低与自然灾害相关的风险。另外，美国军事工程师协会（Society of American Military Engi⁃neers,SAME）的塔尔萨邮政也加入了这一示范项目，负责提供与已形成的计划相关的应急通知信息。

5 未来规划

俄克拉荷马银色工作服计划将以培训收尾，因此，各个组织都可以利用“集成的阿肯色河走廊”灾害风险管理工具。培训将帮助第12排水区对现有条件有更好的认识并实行综合性的全系统改造框架计划。同样地，塔尔萨和其他受这些堤坝保护的社区将有权共享“集成的阿肯色河走廊”灾害风险管理工具中的数据。

塔尔萨市暴雨洪水排涝和灾害减灾咨询理事会（Stormwater Drainage and Hazard Mitigation Advi⁃sory Board）表示，他们对使用该工具中的信息帮助决策制定者规划未来沿阿肯色河可持续的经济发展感兴趣。为帮助其完成这个目标，可想而知需要对“集成的阿肯色河走廊”灾害风险管理工具中的数据库进行扩展，使其包括与美国陆军工程师兵团上游水库历史和理论运营相关的数据。

这些另加的数据将帮助各社区继续推进综合洪水风险管理计划和相关的优先顺序方案的执行，最终目标是降低俄克拉荷马塔尔萨县沿着阿肯色河流走廊的洪水风险。 ■

[1]1http://themilitaryengineer.com/index.php/component/k2item /271-aging-levees-an-infrastructure-challenge.

[2]1http://wyofloods.wrds.uwyo.edu/mapmod/mapmod.html.

[3]1http://en.wikipedia.org/wiki/National_Flood_Insurance_Pro⁃gram.

[4]1http://www.oakgrovetech.com/news/supporting-emergencymanagement-and-preparedness.

[5]1http://www.oakgrovetech.com/content/disaster- planningsimulation-suite.

Aging levees turn out to be a challenge for the safety management of infrastructure. Taking the levee systems in Tulsa County,Oklahoma as an example,the paper introduces the Flood Hazard Map Modernization Program implemented by Federal Emergency Management Agency,the System WideⅠmprovement Frameworks implemented by U.S.Army Corps of Engineers and the Oklahoma Silver Jackets Pilot Project.Ⅰn the processes of these projects,aiming at the reduce of flood risk and protection of the public,the participation of multi-organization and public is encouraged.

aging of levees;flood hazard;insurance;safety measure;improvement;emergency response

TV697.1

A

1671-1092（2014）05-0062-03

2014-08-20

王辉义（1981-），男，浙江杭州人，工程师，从事大坝安全监管工作。

Title:Aging levees:an infrastructure challenge//by WANG Hui-yi//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration