美国宾夕法尼亚州的堤坝安全实践

美国·Andrew J.Orlovsky

（美国宾夕法尼亚环境保护部）

1 概述

美国宾夕法尼亚州是全美最经常发生洪灾的州，一直以来，防洪都是非常重要的工作。由于宾夕法尼亚州属山地地形，其境内河道和溪流长度超过86 000英里（13.84万km，全美排名第二，仅次于阿拉斯加），年平均降雨量超过42英寸（106.68 cm），因此，在过去80年中，防洪一直都是重中之重。1936年，美国国会通过了《联邦防洪法案》，为执行该法案，宾夕法尼亚州于当年8月7日签署了《宾夕法尼亚州防洪法案》。根据该法案，宾夕法尼亚州水利电力资源部及其继任机构（目前是宾夕法尼亚州环境保护部）负责设计和修建结构性的防洪工程。从那时至今，宾夕法尼亚州环境保护部在州内修建了超过200座防洪工程，换算成当今的货币，其耗资超过8亿美元。

在这200座防洪工程中，其中64座包含堤坝系统，其总长度约48英里（约77.25 km）。这些堤坝系统的实际运行维护由当地的市政府负责，但宾夕法尼亚州环境保护部在堤坝的全生命周期中都会参与其中。宾夕法尼亚州环境保护部水道工程和湿地管理局的工程检查分部负责监督这些堤坝工程的运行维护。工程检查分部的职责包括对每座堤坝进行年度检查，并作为与美国陆军工程师兵团的联络处提出需要其提供的联邦协助，特别是PL 84/99项目中的损毁评估和补强加固协助。

在宾夕法尼亚州稍大的河道上，也有联邦修建的堤坝。另外，州内还有很多私人、当地政府或县政府修建的堤坝。目前，宾夕法尼亚州正在配合美国陆军工程师兵团执行国家堤坝安全清单和检查项目，该项目的目的是对不在项目中的堤坝进行扩展、检查和风险评估。这些堤坝具体为既非联邦建造的，也不在PL 84/99项目范围中的堤坝。这些堤坝可包括私人堤坝、当地政府或县政府修建的堤坝，或由州政府修建、但已被认为失效的堤坝。随着国家堤坝安全清单和检查项目的进行，宾夕法尼亚州现行的实践活动对本州的堤坝安全项目的执行有益。笔者将探讨这些益处及其实施预期。

2 州属堤坝系统

与其他各州不同，宾夕法尼亚州非常特殊，因为州内非联邦堤坝大多由州政府修建，其资金来源于资本预算中的公共优化工程支出。总体上说，宾夕法尼亚州环境保护部是在稍小的河道上修建小型的堤坝，作为美国陆军工程师兵团在大河道沿线修建的堤坝系统的补充，虽然宾夕法尼亚州环境保护部也在较大河流上建有工程项目。这些设施降低了洪水对小社区及更广泛的城市区域的危害。

宾夕法尼亚州环境保护部建设的堤坝坝长为600～1 200英尺（182.88～365.76 m）、坝高5～24英尺（1.524～7.315 m）不等。少数堤坝系统包含抽水蓄能电站，多数包括机械闭合结构，比如卷闸门、平开门、叠梁闸门结构。每个联邦修建的堤坝系统都由市政府的发起机构负责运行和维护。

作为接受堤坝系统或其他防洪工程的一项要约，市政府与联邦在最终设计之前需签订协议合同。该协议合同即为大家熟知的《发起人协议》，在工程的全生命周期持续有效。根据该协议，政府同意征得工程建设所必需的所有土地、重修必需的桥梁或道路、拆除或迁移重建已有的会对工程建设造成影响的建筑物、并对必要的实体进行迁移重置。工程建设完工后，市政府每年都会拨付一部分预算，为合理的工程维护提供资金保障。根据《发起人协议》，宾夕法尼亚州环境保护部应尽的义务包括对堤坝系统进行年度检查并为当地市政府提供技术支持。

图1 宾夕法尼亚州内联邦修建的堤坝（黑色）和州修建的堤坝（绿色）示意图Fig.1 Map of federally constructed(black)and commonwealth constructed levees(green)throughout Pennsylvania

根据公法PL 84/99，宾夕法尼亚州应将所有的新堤坝系统都放入联邦补强加固项目（Federal Rehabilitation Program）中，该项目由美国陆军工程师兵团负责。在设计阶段，宾夕法尼亚州环境保护部将规划提交给陆军工程师兵团审核，以保证拟建项目是合规的。宾夕法尼亚州环境保护部也在努力加入堤坝系统，这对公法PL 84/99来说，之前是不合规的，但最近已进行了修订，写入了公法。宾夕法尼亚州将为市政府提供技术支持和必需的文档，市政府可以将其提交给陆军工程师兵团进行初始合规性检查（Initial Eligibility Inspection，IEI）。

宾夕法尼亚州有三大主要流域，因此，宾夕法尼亚州环境保护部分别与美国陆军工程师兵团的三个地区分部对堤坝工程进行年度后续合规性检查。匹兹堡地区分部负责俄亥俄河流域，巴尔的摩地区分部负责切萨皮克湾流域（其中包括萨斯奎哈纳和波托马克河流域），费城地区分部负责德拉瓦河流域。宾夕法尼亚州内有一小部分的伊利湖流域和杰纳西河流域，由布法罗地区分部负责。直至2017年6月，一座堤坝不在美国陆军工程师兵团的补强加固项目中，该坝位于杰纳西河流域，另一座未加入该项目的堤坝位于伊利湖流域。

3 提供的服务

3.1 检查

在这种特定的合作中，宾夕法尼亚州环境保护部和美国陆军工程师兵团每年会面一次，对检查要求的变化进行审核、制定检查任务、确保检查和报告的一贯性。作为公法PL 84/99项目的一个前提条件，美国陆军工程师兵团每年进行两次后续合规性检查。在非大选年，宾夕法尼亚州环境保护部工作人员将进行年度检查。对公法PL 84/99不包含的州属大坝，宾夕法尼亚州环境保护部每年都进行一次检查。宾夕法尼亚州环境保护部和美国陆军工程师兵团会互相审核对方的检查报告，以共同确定工程等级。

3.2 气象警报

若天气预报有强降雨，宾夕法尼亚州环境保护部会联系工程发起单位，让其准备应对可能的突发洪水。若其防洪工作中有任何供给需求，鼓励工程发起单位联系其对应的工程师兵团分部寻求支持。若有需要，也会指导工程发起单位如何正确地演练其应急行动计划。最后，宾夕法尼亚州环境保护部将指导工程发起单位在暴雨后对其工程项目进行检查，以确定是否造成了损失。若属于公法PL 84/99中有效管辖的工程，且暴雨对工程造成了重大的损毁，宾夕法尼亚州环境保护部和美国陆军工程师兵团将对其提供修复的相关支持。

图2 宾夕法尼亚州蒙图尔县丹维尔镇的混凝土防洪堤，借助公法PL84-99的补强加固项目得到修缮Fig.2 Concrete floodwall in Danville Borough,Montour County,PA rehabilitated though PL84-99 Program

3.3 修复资金资助

对洪水损毁的工程，联邦政府为其修复工程出资80%，但宾夕法尼亚州非常特殊，宾夕法尼亚州为本地的工程发起单位提供这20%的资金。宾夕法尼亚州环境保护部的堤坝安全工程师协助美国陆军工程师兵团进行洪灾损毁评估，也协助进行批复和所有必要的土地征用。宾夕法尼亚州环境保护部也会现场检查公法PL 84/99资助的修复项目。

3.4 技术支持

宾夕法尼亚州环境保护部也为其工程发起单位提供其他服务，以保证充分发挥工程效益，并保证其在公法PL 84/99中的合规性。根据工程检查部门员工的情况及可获得的资金量，这些服务内容是变化的。比如，宾夕法尼亚州环境保护部的堤坝安全工程师都训练有素且装备齐全，可进入封闭空间执行检查。根据公法PL 84/99的要求，堤坝的管道需每5年检查一次。之前，工程检查部门的员工采用摄像机对管道进行检查，但因为政策的变化，现授权给发起的市政府，但要执行宾夕法尼亚州环境保护部根据美国陆军工程师兵团的导则而制定的标准。宾夕法尼亚州环境保护部还制定了记录每座堤坝管道视频检查结果的标准格式，该检查结果将会提交给美国陆军工程师兵团。

图3 宾夕法尼亚州杰弗逊县的Brockway堤坝修建新排水设施时的场景。该项目已经完工，资金来源于宾夕法尼亚州预算和环境保护部的内部设计Fig.3 Construction of a new drainage structure at the Brockway levee in Jefferson County,PA.The project was completed using funding from the PA capital budget and a DEP in-house design

摄像机视频检查可揭示堤坝管道的许多缺陷，处理起来既困难又昂贵，因此，相比于常规维护，修复工程包含较多实质性改善内容，更有必要性。对大规模、复杂的修复工程，宾夕法尼亚州环境保护部将为发起单位提供修复工程的设计和施工检查，为小型或中型的修复工程颁发许可。

3.5 制定应急行动计划

对于工程发起组织要获得全美的批复、获取堤坝认证和制定应急行动计划，宾夕法尼亚州环境保护部也会为其提供技术支持。与负责应急管理的相关机构合作，宾夕法尼亚州环境保护部制定了堤坝应急行动计划导则文件。在后续合规性检查中，要求工程发起单位有最新版的应急行动计划，因此，与以前相比，目前对应急行动计划导则的需求更广泛了。另外，公法PL 84/99的最新修订着重强调了洪水事件中的风险和发起单位的职责，则更进一步强调了精心编制、经常更新应急行动计划的重要性。

3.6 运行和维护计划制定

宾夕法尼亚州环境保护部还推出了一种基于模块的方法，以帮助堤坝工程发起单位编制符合最新要求的运行维护手册。美国陆军工程师兵团的检查人员对该运行维护手册的方法进行了审核和批准。过去，宾夕法尼亚州环境保护部也为市政府发起单位提供资金，用于堤坝认证研究，目的是得到联邦应急管理署的授权，但现在已不再为此目的提供资金了。

3.7 培训和研讨会

最后，宾夕法尼亚州环境保护部每年举行两次为期两天的研讨会，为市政府的发起机构提供培训，内容包括运行和维护、合理的州和联邦的批复，同时也指导发起机构如何获取补助资金。研讨会的参会人员和演讲人员近150人，包括州内和联邦防洪工程的市政府发起机构人员、来自美国陆军工程师兵团三个分部的工作人员、美国陆军工程师兵团总部的工作人员和许多其他州及联邦机构的工作人员。这些一年两次的防洪研讨会为项目发起人提供了很好的学习机会，可接受培训、分享信息以及了解最新的堤坝安全相关事宜。从翻板闸门到植被控制，防洪相关的材料和服务的供应商都被邀请来研讨会设置展台并展出仪器设备。在晚上的表彰晚会上，对那些在工程运行和维护方面起到示范带头作用的项目发起人给予奖励。

4 闲置的堤坝

宾夕法尼亚州内还有一些由州建设的堤坝，之前也一直接受检查，但其现状是破损失修。在宾夕法尼亚州环境保护部2008年之前的政策体系下，州政府宣称这些堤坝的市发起单位违反了其《发起人协议》，将被清除出去，宣告其闲置并停止对其进行检查。2008年之后，宾夕法尼亚州环境保护部继续对这些闲置堤坝进行了检查，但是，闲置了几十年的堤坝，找到其相关文件档案是非常困难的。

宾夕法尼亚州还修建了许多废土坝，但对这些坝，宾夕法尼亚州与当地市政府未达成维护协议。这些土坝，其设计未参照任何工程标准，大多使用松散的河岸的碎石和沉积物建造，起到了一定的防洪效果，但经常发生失事，需要修补。这些坝的数量和其坝址，工作人员都比较清楚，这些坝确实是风险源，但许多受这些坝保护的市民并没意识到这些坝的存在。因此，宾夕法尼亚州环境保护部曾试图联系拥有这些堤坝的政府机构，确认他们是否是废土坝还是工程建筑物，期望将其纳入到宾夕法尼亚州环境保护部的检查项目中。

图4 宾夕法尼亚州亨廷顿县Rockhill Borough的闲置堤坝，注意，堤坝上已经长出了大树Fig.4 Inactive state levee in Rockhill Borough,Huntingdon County,PA.Note presence of large trees on embankment

5 联邦堤坝

对境内联邦修建的堤坝，宾夕法尼亚州的参与很有限。宾夕法尼亚州环境保护部基本保存着美国陆军工程师兵团每年检查联邦工程的报告记录。联邦发起人通常也被邀请参加上文提及的每年两次的研讨会，研讨会为市政府的发起机构提供培训，内容包括运行和维护、合理的州和联邦的批复，同时也指导发起机构如何获取补助资金。有些联邦堤坝坐落在宾夕法尼亚州境内，宾夕法尼亚州环境保护部负责为想征用土地的第三方发放许可协议，比如某一实业公司需要在堤坝下安装管道。

6 州属大坝的批复

宾夕法尼亚州环境保护部为州和联邦的防洪工程发起人提供批复支持。若大坝或水坝需要占地，则当地的工程师或大坝安全分部的工程师会特别签署批复。对新建工程、工程修复和改造、或会影响到河流和湿地的正常维护，宾夕法尼亚州环境保护部工程检查分部的工程师可在州的层面上进行授权批复。新建工程和补强加固工程包括宾夕法尼亚州环境保护部自行设计的工程以及由咨询公司帮宾夕法尼亚州环境保护部或项目发起人设计的工程。宾夕法尼亚州环境保护部还与美国陆军工程师兵团监管部门合作，努力使联邦对州和联邦堤坝项目的相关授权工作更加合理简单。

相应地，当州和联邦堤坝的发起人意识到拟建工程会影响到其正在运行维护的堤坝时，鼓励其主动联系宾夕法尼亚州环境保护部。宾夕法尼亚州环境保护部的工程师将对拟建工程从堤坝安全的角度进行技术审核，并在任何州层面的批复发放之前向州级监管人员提出建议。对联邦堤坝，拟建工程的详细资料将提交给美国陆军工程师兵团复核。

7 非州属大坝和非联邦大坝

作为国家堤坝安全试点项目的组成部分，宾夕法尼亚州目前正在将非州属大坝、非联邦政府修建的私人堤坝以及由当地政府修建的堤坝全部定位清楚，以努力支持美国陆军工程师兵团建立国家堤坝数据库。宾夕法尼亚州境内有许多非州属大坝和非联邦大坝，但在公法PL 84/99的项目计划中。其中大多数为废土坝，但也有一些是精心施工的建筑物。根据宾夕法尼亚州环境法典，堤坝不像大坝那样专门监管，因此目前宾夕法尼亚州环境保护部对这些建筑物的监管非常少，且宾夕法尼亚州也不要求特殊的堤坝许可。

但在许多案例中，州对其他监管项目中的堤坝也有管辖权。法典第105章为《大坝安全和水道管理》，其赋予了宾夕法尼亚州环境保护部具有对行洪道中所有建筑物的建设进行监管的权力，具体为宾夕法尼亚州法规中规定的需行洪和泄放重现期为100年的洪水的河道和相邻的洪泛平原部分。联邦应急管理署提供的地图上标识出了行洪道的边界，另外，洪水保险研究也由联邦应急管理署负责进行。若联邦应急管理署没有在地图上标识出泄放重现期100年洪水的行洪道边界并进行洪水保险研究，或是没有依据，则假定行洪道（同样适用于洪泛平原）从河流延展到堤坝坝顶之后50英尺（约15.24 m）。大多数堤坝至少有一部分位于行洪道中。宾夕法尼亚州环境法典中，其他相关章节是第102章《侵蚀和淤积控制》和第106章《洪泛平原管理》。第102章规定：对影响面积超过5 000平方英尺（464.52 m2）的工程，要求其获得批复，因此，即使在行洪道之外，若堤坝的建设会有如此大的影响范围，也需要被纳入监管。第106章规定：联邦应急管理署管理的洪泛平原内（行洪道之内），所有政府实体主导的工程建设都需要获得州的批复。若堤坝由当地市政府建设，也可能需要接受监管。

图5 Rahm和Haas化工公司拥有的私有堤坝，位于宾夕法尼亚州巴克斯县的布里斯托自治镇Fig.5 Private levee in Bristol Borough,Bucks County,PA owned by Rohm and Haas chemical company

这些规定赋予了宾夕法尼亚州环境保护部权力，可对非州属或非联邦拥有的拟建设施进行堤坝安全复核。当宾夕法尼亚州环境保护部的批复工程师收到内含新堤坝建设或对已有堤坝进行补强加固的工程占地报批文件时，该计划则被提交至竣工项目阶段，以进行堤坝安全复核。目前，宾夕法尼亚州环境保护部主要以美国陆军工程师兵团的《堤坝设计和建造手册》作为堤坝安全复核的主要技术导则文件。对私人业主建造的堤坝，若拟建的堤坝仅影响业主自己的财产，宾夕法尼亚州环境保护部会为业主提建议，但不会要求其按照现行的标准进行建造。对保护许多家庭的私人堤坝，则单独进行评估。

2008年，联邦审计长建议应采用更综合的堤坝标准。鉴于国家堤坝安全项目在实施，此举应有利于不久的将来通过有关堤坝管理的立法。

8 国家堤坝安全项目

在《2014年水资源改革和发展法案》的第3016章节中，国会将责任和权力授予美国陆军工程师兵团和联邦应急管理署，让其发起国家堤坝安全项目，以达到记录所有国内堤坝的目的。项目目前正在等待国会的全额拨款，但是美国陆军工程师兵团已开始进行一系列基于项目组成部分的初期工作。美国陆军工程师兵团指出，发起国家清单和检查的目的是通过将目前不在国家堤坝数据库中的堤坝加入进来并对不在公法PL 84/99项目中的堤坝进行复核和结构评估，对全国的堤坝状况和风险有个全面的了解。所述计划是要分享经验、最佳实践和取得的教训，目标包括降低风险、优化过程、调整堤坝安全活动、并在合适的时机作为全美堤坝安全项目的起始点。选出可能作为试点的州通过银色工作服项目（美国跨州的防洪项目）以及美国陆军工程师兵团分部和地区分部。因为宾夕法尼亚州已在堤坝安全项目中，因此，美国陆军工程师兵团将其选为清单和检查项目的试点参与州。来自美国陆军工程师兵团的代表和来自宾夕法尼亚州环境保护部的代表于2016年6月会面，商议下一步计划。

清单和检查项目的原计划分为两部分。第一目标是找出宾夕法尼亚州内不在国家堤坝数据库中的堤坝。几乎所有宾夕法尼亚州环境保护部修建的堤坝都已在国家堤坝数据库中，但少数私人所有或当地政府所有的堤坝不在该数据库中。宾夕法尼亚州环境保护部工程检查分部的工作人员将继续与当地的工程师以及其他州的工作人员合作，以找出这些堤坝。这是一项非常巨大的挑战，因为有的堤坝非常小，且这些年来没有得到良好的维护，已找到了16座之前不在国家堤坝数据库中的堤坝。第二目标是对非联邦维护的、或不在公法PL 84-99项目中的各类业主的堤坝进行检查和风险评估。

对曾经在公法PL 84-99项目中但因不能接受的评级而被移出的堤坝，清单和检查项目也不会考虑它们，因为这是宾夕法尼亚州环境保护部的目标，可通过美国陆军工程师兵团全系统的优化框架项目来重启这些堤坝。原项目将位于美国陆军工程师兵团某一分部地区的若干堤坝挑选出来并加以记录，后续对其进行检查和筛选级别的风险评估。宾夕法尼亚州环境保护部找出了许多候选堤坝。这些堤坝的规模都相对较大，若发生失事，足以对居民造成重大风险。这些候选堤坝包括私人堤坝、当地政府修建的堤坝以及闲置的州属堤坝。通常，这些堤坝都有缺陷，以致其不能通过可加入公法PL 84-99项目的初始合格检查，除非经过耗资数百万美元的补强加固工程。

图6 宾夕法尼亚州卡梅隆县的Emporium堤坝，一座闲置的州属堤坝，作为美国陆军工程师兵团清单和检查项目的一部分，于2017年5月对其进行检查。注：堤坝边坡上已是草木繁茂Fig.6 Emporium levee in Cameron County,PA,an inactive state levee inspected in May 2017 as part of the Corp Inventory and Review Program.Note:excessive vegetation on waterside slope of levee

宾夕法尼亚州环境保护部已开始搜寻所有的潜在候选堤坝，目前主要关注美国陆军工程师兵团巴尔的摩分区内的堤坝。2017年6月，有3座新的堤坝系统加入了该项目。其中一座是市政府建设的堤坝；一座是20世纪40年代由州政府建设的堤坝，但在60年代因维护保养原因被移出州的项目，并再未进入公法PL 84-99补强加固项目；另一座堤坝的建设方未知（被认为是由当地人建设的联邦堤坝）。美国陆军工程师兵团杰克逊维尔分部于2017年5月对这3座堤坝进行了检查。宾夕法尼亚州环境保护部和美国陆军工程师兵团正通力合作，收集这3座堤坝的信息，但事实证明非常困难，因为对所有非项目内的堤坝，现有资料非常有限。陆军工程师兵团计划对每座堤坝进行风险评估，并与当地市政府及宾夕法尼亚州环境保护部沟通结果。

目前，宾夕法尼亚州环境保护部正在搜寻巴尔的摩地区的其他堤坝的业主/发起人，以将其纳入清单和检查计划。除了2017年5月检查过的3座堤坝，宾夕法尼亚州环境保护部已筛查了巴尔的摩地区超过30座非项目中的堤坝系统。其中至少有8座是清单和检查项目的潜在候选堤坝。作为宾夕法尼亚州环境保护部的延伸项目的一部分，几乎所有市政管理者都对项目表达了浓厚的兴趣，并计划起草准许函以使宾夕法尼亚州环境保护部和美国陆军工程师兵团有进入权检查堤坝。但是，市政管理者也报告说，得到自治市议会或乡镇主管的支持通常较为困难。另外，有座堤坝的业主是商业机场管理方，管辖着一座非常大的堤坝保护整个机场。该业主写信给宾夕法尼亚州环境保护部，表示其不想加入清单和检查项目。用合适的方式接触堤坝业主，可使其了解该项目对其所在社区有利，而不是认为项目将结束。而没有资金支持的委托管理仍是一个挑战。

在其余的堤坝中，有2座最近由市政和几家私人单位组建的联合体修建，使用州和联邦的联合许可。由于县政府答应承担作为其发起人的责任，宾夕法尼亚州环境保护部鼓励其与美国陆军工程师兵团签合同并排期进行初始合规性检查，而不是加入清单和检查计划。若2座堤坝通过了其初始合规性检查，则其会成为首批加入公法PL 84-99补强加固项目的非州属/非联邦堤坝。其余的项目外的堤坝，其坝址区通常非常小，不会造成太大的风险。在巴尔的摩地区堤坝完成清单和检查项目之后，宾夕法尼亚州环境保护部计划搜寻匹兹堡、费城和布法罗地区的项目外的堤坝的业主。

9 结语

宾夕法尼亚州环境保护部和美国陆军工程师兵团的强力合作保证了堤坝安全项目在宾夕法尼亚州的顺利进行。宾夕法尼亚州环境保护部计划继续其当前在堤坝建设、检查和补强加固方面的实践。宾夕法尼亚州环境保护部将根据其资金和人力资源情况，继续支持当地运营和维护这些堤坝的市政府。

国家堤坝安全项目的实施为宾夕法尼亚州的防洪项目带来了新的挑战，同样也对全国其他州的防洪项目带来了新的挑战。美国许多防洪基础设施正在持续老化和恶化，该项目为美国提供了一个很好的机会去提高堤坝的等级，美国土木工程师协会发布的《2013年基础设施报告卡》中，堤坝评级仅为D-。