小型水库群安全风险等级划分研究

彭月平，周志维，史明涓

（江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029）

0 引言

迄今为止，我国已建成水库8.7万多座，其中小型水库 8.3万多座，占水库总数量的 95.4%[1]，且其中多数为土石坝。小型水库数量众多，管理水平相对落后，已成为水库管理的薄弱环节[2～4]。

为加强小型水库安全管理，2013年水利部财政部发布了《关于深化小型水利工程管理体制改革指导意见的通知》，要求明晰工程产权，明确管护主体和责任，落实维修养护经费，探索社会化和专业化的多种管理模式，建立健全科学的管理体制和良性运行机制。在小型水库风险管理方面，国内许多学者开展了大量研究，如盛金保[5，6]针对我国小型水库现状，提出了制定配套法规、对工程等别和级别重新分类、按风险大小进行除险排序立项、科学确定除险措施，并提出了一套适用于小型水库的风险分析方法，为除险加固提供决策依据。李超[7]利用风险指数法提出了小型水库溃坝风险分析理论。傅惠寰[8]探讨了水库溃坝风险管理，并提出了建立溃坝风险管理制度、汛期抢险、及时的水库除险加固、建设大坝安全监测与信息平台、建立科学合理的应急预案等措施。李超[1]以区域小型水库为研究对象进行了群坝风险分析方法研究，根据风险指数大小对水库做加固排序、进行资金调配等，为小型水库除险加固决策工作提供理论指导。周振龙[9]分析了小型水库存在的风险，并提出了除险加固、制定应急预案、降等报废、向保险公司投保等风险管控措施。陈安玲[10]以水库运行风险的不确定性为灰色系统，建立功能函数，对小型水库安全运行风险因素的不确定性进行了分析研究。王圣海[11]对辽宁省小型水库安全运行风险进行了分析，并提出了完善安全运行维护机制、建立防汛预警系统等提高小型水库安全运行管理水平的建议。

上述研究有如下特点：一是将小型水库作为一个整体概念进行统筹，宏观性较强，未考虑小型水库个体之间差异化；二是考虑了小型水库存在的风险，但研究背景多站在除险加固角度，风险值大小未与水库管护方式联系在一起。在基于针对性管护的小型水库风险等级划分方面，我国学者暂未开展相关研究。在国外，如澳大利亚等国家对水库的管理采用风险管理技术，先确定水库大坝的风险等级，再根据风险等级分配人力、物力资源，不同等级的水库采取不同的管理措施。这种水库管理方式符合现代化水库管理的需要。

因此，开展小型水库风险等级划分，制定差异化管理方法非常必要。通过建立水库风险划分计算方法，计算水库风险值，将水库按风险值大小划分为不同风险等级，再对不同等级水库制定不同的管护要求，可进一步提升小型水库管理水平，这正是践行“水利工程补短板，水利行业强监管”水利改革发展总基调的深刻表现。

1 风险等级划分方法

1.1 指标体系的建立

基本原则：小型水库风险分级管理涉及指标众多，难以用少数几个指标涵盖水库风险分级管理特征的所有信息，也没必要对所有的影响因素都进行考虑，这就需要从众多的影响因素中筛选出具有主导作用的、具有代表性和独立性较强的指标作为评价指标。根据这一思路，小型水库安全风险等级划分评价指标体系的构建遵循以下基本原则：

（1）目的性原则。小型水库风险等级指标要根据水库风险分级管理的目的进行选择，能满足评价要求。

（2）科学性原则。指标必须从小型水库的本质和客观规律出发，符合有关研究理论，具有一定的科学内涵，能够客观地反映我省小型水库管理实际状况。

（3）可操作性原则。指标数据要易于测量、易于量化、易于获取等，便于计算、分析和使用。

1.2 指标体系框架

将风险定义作适当变换，小型水库风险值定义为工程缺陷指数与下游影响指数的乘积。因此，结合小型水库管理实际，在参考相关研究成果和专家意见的基础上，用层次分析法将小型水库风险分级指标体系分为目标层、准则层、子准则层和指标层4个层次结构。目标层包含1个指标；准则层包含工程缺陷和后果影响2个指标；子准则层包含大坝、涵管（隧洞）、溢洪道、闸门启闭机、管理设施、水库特征参数、下游影响等7个指标；指标层包含了19个指标。小型水库安全风险等级划分指标体系结构见图1。

1.3 指标病险程度划分

水利部出台的《水利部办公厅关于印发水利水电工程（水库、水闸）运行危险源辨识与风险评价导则（试行）的通知》（办监督函〔2019〕1488号）中，将水库危险源风险等级划分为极其危险、高度危险、中度危险、轻度危险，共4级，且目前国内的工程安全等级一般划分为4级，因此，本文将水库大坝各指标的病险严重程度分为轻微、较严重、严重、特别严重4个级别。

图1 小型水库安全风险等级划分指标体系

1.4 影响后果分级

《生产安全事故报告和调查处理条例》（2007年国务院令第493号）根据安全生产事故造成的人员伤亡或直接经济损失，将事故等级确定为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故4个标准，这种分级是根据既成事实进行分级的，而影响后果应根据大坝潜在溃坝后进行分级，国外加拿大在水库大坝潜在溃坝后果计算时，将生命损失、经济、社会和环境等分为极严重、严重、低和极低4个等级。我国学者彭雪辉起草出版的《中国水库大坝风险标准研究》[12]中，对大坝溃坝概率划分了分级标准，将溃坝后果等级分为特别重大、重大、较大、一般4个级别。这与《生产安全事故报告和调查处理条例》的分类及加拿大的等级分类描述基本相同。因此，将小型水库存在的风险，即后果划分为特别重大、重大、较大、一般4个级别。

1.5 指标定性与定量标准

指标定性描述与定量标准是确定水库风险等级的关键。确定指标定量值应满足以下原则和要求：

（1）考虑不同指标的相对重要性，对相对重要性较大的指标适当提高量化值；

（2）考虑同一指标不同病险严重程度的差异性，病险严重程度越高，相应量化值越大；

（3）考虑计算结果与小型水库整体安全现状的相符性，要经过大量试算，避免绝大部分水库风险值落在同一风险区域，为后续针对不同风险等级水库制定差异化管护措施做准备。

根据以上原则和要求，确定指标体系定性描述及定量值见表1～4。

表1 安全缺陷定性描述与定量标准（1/3）

表2 安全缺陷定性描述与定量标准（2/3）

表3 安全缺陷定性描述与定量标准（3/3）

表4 影响后果定性描述与定量标准

1.6 大坝风险等级计算

根据国内外的风险等级分类研究经验，加拿大根据溃坝后果严重程度将大坝分为极高风险、高风险、低风险和极低风险4个等级。我国一般将风险划分为极高风险、高风险、中风险和低风险共4级。因此，本办法同样将风险程度划分为极高风险、高风险、中风险和低风险4级，对应的风险等级为I～IV级。

根据澳大利亚大坝委员会的定义，风险R（risk）定义为风险事件发生的概率P（Possibility）和事件后果C（Consequence）的乘积，即：

式中：R为风险事件的风险值；Pi为该风险事件可能出现各类风险事故的概率；Ci为该风险事件可能出现各类风险事故的后果指数。

因此，此处大坝风险值计算参考澳大利亚大坝委员会提出的风险计算方法，即将工程缺陷与后果影响两者风险值相乘计算获得，相关数学表达式如下：

式中：R为大坝风险值；L总为工程缺陷累积值（具体为表1～3中各指标累加值）；S总为影响后果累积值（具体为表4中各指标累加值）。Li为第i个指标工程缺陷分值（具体为表1～3中各指标分值），Sj为第j个指标影响后果分值（具体为表4中各指标分值）。

由表1～4可知，工程缺陷累积值最大值为100，影响后果累积值最大值为50，为方便理解风险分布，在工程缺陷累积值与影响后果累积值相乘后除以5 000，从而使大坝风险值分布区间在 0～1之间，根据均匀分布原则，风险等级划分标准如表5所示。

2 实例计算

2.1 计算过程

在江西省随机选取40座小型水库（小（1）型水库20座、小（2）型水库20座）进行风险值计算，计算结果见表6，各风险区间水库数量见表7。

表5 小型水库风险等级划分标准

2.2 结果分析

从表6～7可以看出，选取的40座小型水库中，低风险水库16座、中风险水库21座、高风险水库2座、极高风险水库1座。其中高风险和极高风险的3座水库风险值分别为0.64、0.56、和0.72，这与3座水库均为三类坝相吻合。低风险和中风险的37座小型水库中，绝大部分为二类坝，个别水库未完成安全鉴定，这与计算结果也比较吻合，说明建立的小型水库安全风险等级划分方法具有较好适用性。

表6 风险值计算结果

表7 各风险区间水库数量

3 结论与建议

文章通过开展小型水库风险等级划分研究，得出以下结论：

（1）根据风险理念，建立了小型水库安全风险划分评价指标体系，并确定了各指标的定性描述和定量标准。

（2）建立了小型水库风险分级计算方法，并在江西省随机选取了40座小型水库进行了风险值计算，计算结果表明，水库风险值符合水库实际情况，表明此方法具有较强适用性，为下一步针对不同风险等级水库制定差异化管护要求奠定了基础。

存在不足：不同地区小型水库基础条件和管理情况存在较大差异性，文中建立的小型水库安全风险等级划分指标体系、计算方法以及指标量化等还存在不同程度局限性和不足，需在实践当中不断完善，进一步提高指标体系和计算方法的适用性。