长距离引调水工程安全年度报告制度探索与实践

胡 江，马福恒，盛金保，戴占强，李舜才，傅又群

(1.水利部大坝安全管理中心,江苏 南京 210029;2.南京水利科学研究院,江苏 南京 210029;3.南水北调中线干线建设管理局,北京 100038)

中国水资源短缺且时空分布不均，长距离引调水工程是优化水资源配置格局的重大战略性基础设施。为此，相继修建了引滦入津、东深供水、南水北调东中线一期工程等110项长距离引调水工程，这些工程有力支撑了经济社会发展，促进了生态文明建设。近年来，为有效解决中西部地区水资源不足的问题，国家正兴建珠三角水资源配置、引汉济渭、滇中引水、引江济淮等近30项长距离引调水工程[1-2]。当前，中国已建在建的长距引离调水工程规模处于世界领先水平。

长距离引调水工程输水线路长，建筑物众多，沿线水文地理条件差异较大，地质环境复杂多变，穿越河流、公路、铁路众多，运行面临自然灾害、工程结构破坏及金属结构机电设备故障等潜在问题考验[3-7]。以南水北调中线干线工程(以下简称“中线工程”)为例，工程全长1 432 km，穿越700多条河流，布置渡槽、倒虹吸、隧洞、泵站、水闸等各类建筑物共2 387座。尽管工程通水运行以来总体平稳，但仍出现了部分渠道衬砌板破坏、部分建筑物局部老化病害及少数防护工程冲刷损坏等问题，其长期安全运行受到高度关注[8-9]。

鉴于长距离引调水工程的复杂性，考虑到定期全面安全鉴定周期长、任务重，借鉴国内外水库大坝安全年度(评估)报告(以下简称“年度报告”)的已有经验，提出长距离引调水工程年度报告制度，即重点分析安全检查、安全监测和安全检测成果，总结调度运行、维修养护、应急管理和安全生产等各专业运行管理成效和存在问题，以及时、动态地掌握全线工程安全状态，发现重大隐患并安排维修养护和检修计划，达到积极主动的事先安全管理[7]。并以中线工程首次年度报告工作实践为例，介绍主要内容、组织与实施，探讨经验与认识，为类似工程安全管理提供借鉴。

1 长距离引调水工程安全年度报告制度

1.1 国内外水库大坝安全年度报告制度

水库大坝年度报告制度在欧美发达国家盛行，如加拿大要求每座水库每年至少开展一次特别检查和金属结构、机电设备检测测试，分析运行管理资料，形成年度报告。这一制度成为运行管理单位和主管部门及时了解工程安全状况的主要手段，取得了良好效果[10-12]。瑞士、奥地利、法国、英国、德国、芬兰等多数欧洲国家不管水库规模大小，都要求编制年度报告。日本则要求每年对安全监测资料进行整编与分析，成果上报有关部门确认与备案。

中国水库大坝年度报告制度发展分2个阶段。第一阶段是2015年前，相当一部分水库大坝实行年度总结制度，部分大中型水库大坝则实施安全监测资料年度整编分析报告制度，江浙等省率先提出了年度报告制度。第二阶段是2016年后，2016年水利部在部属15座大型水库试行年度报告制度，2017年在全国48座大中型水库试点，效果良好。水利部大坝安全管理中心结合中国水库大坝实际，提出了年度报告编制提纲，主要包括调度运行、安全检查、安全监测、维修养护、安全鉴定、安全生产、应急管理和结论，及下一年度工作安排等内容。年度报告不仅可作为监管部门及时了解大坝安全状况的重要渠道，还可作为运行管理单位安排维修养护计划的依据。

借鉴水库大坝年度报告经验，建立适合于长距离引调水工程年度报告制度，可克服定期全面安全鉴定间隔长的缺陷[10-12]。

1.2 长距离引调水工程安全年度报告制度

新近建设的长距离引调水工程规模大，社会和经济效益显著，管理水平高。以中线工程为例，制定了一系列运行管理制度，明确了调度运行、巡视检查、安全监测、维修养护、安全生产、应急管理等各专业管理工作实施、资料整理和归档等的要求，上述各专业年度资料能从不同层面反映工程安全性态，为年度报告编制提供了基础。

国内外水库大坝年度报告经验均表明，年度报告编制应遵循简单实用、一目了然的原则。年度报告的内容应紧扣工程安全这一主题，重点关注安全监测、巡视检查、结构和金属结构检测测试等与安全直接相关的信息。长距离引调水工程线路长、建筑物众多，更应当遵循这一原则。

为此，长距离引调水工程年度报告应汇总、梳理分析年度内各专业运行管理资料中与工程安全有关的内容，重点分析巡视检查、安全监测中发现的隐患缺陷及其影响，组织专业技术人员对巡视检查、安全监测中发现隐患、缺陷的建筑物和渠段进行安全检查，必要时对重点风险部位进行安全检测、水下检查，总结年度内的维修养护、安全生产、应急管理等方面的主要成效、经验和存在的主要问题，评价上一年度的安全年度报告建议及存在问题落实情况，全面评判工程安全性态，提出下一年度的维修养护、检修计划，及改进运行管理的建议，编制年度报告[7,13]。

2 长距离引调水工程安全年度报告编制的组织与实施

尽管年度报告制度适合长距离引调水工程安全管理，但是鉴于长距离线性工程的复杂性，对组织实施仍有很高的要求。

2.1 工程安全检查

工程安全检查由年度报告编制单位和运行管理单位配合完成。运行管理单位开展日常巡视检查、汛前汛后检查、各类特别检查等，在年度结束时整编巡视检查、各类专项检查成果。

年度报告编制单位组织水工、地质、岩土、管理、金结机电等专业技术人员，会同管理单位技术人员，重点检查巡视检查、安全监测中发现异常及风险渠段、关键建筑物。安全检查过程中收集工程相关的管理办法、技术标准，有关的设计、施工和安全评估等基础资料，及本年度开展的防洪复核、调度运行、巡视检查、安全监测、维修养护、加固防护、停水检修和与工程安全有关的专题分析等各专业年度报告(或总结)。

安全检查还应当充分利用水下机器人开展水下检查，通过水下观察、拍照录像、断面扫描等技术手段，对水流态异常渠段、渠道和建筑物重要部位水下损坏、水生生物繁殖情况进行专项检查。

基于工程安全检查，结合各专业年度资料，总结运行管理情况，重点分析本年度巡视检查和监测资料异常及处理效果，评价维修养护、加固防护成效，判别工程运行存在风险，初步评判工程安全状况，提出安全检测建议。

2.2 安全检测

年度报告编制单位在工程安全检查基础上，对巡视检查、安全监测分析还不能判断安全状况的渠段和建筑物，开展安全检测(隐患探测)。可以针对不同的检测目的，综合采用高密度电法、三维高密度电阻率法、地质雷达法、地震波法、浅层地震检、无人测量船等开展隐患、缺陷检测(探测)。安全检测(隐患探测)采用先普查后详查的方式，结合工程地质和水文地质条件、施工质量等对探测结果进行综合分析。

2.3 安全评估

年度报告编制单位依据历史年度报告、各专项年度(总结)报告，充分利用安全检查、安全检测和安全监测成果，评估运行管理保障体系，评判工程的安全性态；提出运行管理建议，以及下一年度的维修养护、检修和安全鉴定计划。

考虑到长距离引调水工程的特点，将其安全状况分正常、基本正常和不正常3类。正常为工程正常运行和输水，或经局部维修后可正常运行；基本正常为基本正常运行，部分工程输水能力下降，或部分重要受水区不能供水；不正常为工程不能正常运行，工程不能输水。

3 长距离引调水工程安全年度报告编制实例

以中线工程首次年度报告编制为例[14-15]，阐述长距离引调水工程年度报告编制的组织实施与主要内容。

3.1 安全检查

安全检查分为日常巡查、专项检查(如汛前检查、水下检查和排空检查)及年度报告安全检查等。

中线工程制定有工程巡查管理办法及巡查技术标准，根据危害程度大小将巡查中常见问题分一般、较重、严重等3等级。其中，较重问题指暂不影响工程正常运行、暂不危害工程安全和供水安全，但需密切关注发展趋势、专项制定处理方案的问题；严重问题指影响或可能影响工程正常运行、危害或可能危害工程安全和供水安全，需专项评估、专项制定处理方案并尽快或紧急处理的问题。

汛前检查，主要检查防汛风险项、影响工程安全度汛隐患项及整改情况。排空检查主要利用冬季供水量减小时机，对多孔输水建筑物进行排空检查。

水下检查利用水下机器人对水流流态异常渠段和输水建筑物、重要部位的水下损坏情况进行检查，对水生生物(藻类、壳菜)进行查看。

以2020年为例，汛前安全检查发现了大型河渠交叉建筑物河道地形变化、左岸排水建筑物积水淤积与出口不畅等风险问题。

日常巡视检查发现，加大流量输水期间新增渗水点、个别渠段渗压异常。如渠首分局辖区共发现新增渗水点22处(图1a)，随大流量输水结束，8处已无洇湿、渗水现象，13处渗水点洇湿、渗水现象逐渐减小；天津干线箱涵超出地面建筑物(通气孔、保水堰)渗水点9处(图1b)。

年度报告编制安全检查主要对风险渠段和关键建筑物进行检查。日常巡视检查发现的渠道变形异常问题，已经针对性地采取卸载、放缓边坡、增设抗滑桩、增设排水等措施，渠坡渐趋稳定。交叉建筑物存在的问题尚不影响建筑物的结构安全和总干渠输水安全。

a)坡脚渗水点

b)通气孔渗水

水下检查发现，水下衬砌板存在裂缝、隆起、错台损坏(图2)，及衬砌板上出现白色斑状物和淡水壳菜聚集等问题。其中，非膨胀土、高地下水、深挖方渠段问题占比较大。总体上看，水下损坏问题未见持续增加趋势。

a)衬砌面板损坏情况

b)3-5衬砌板

综合各类安全检查成果可知，渠道主要问题有变形、外坡渗水及混凝土衬砌板损坏等，异常变形主要是由强降雨、排水不畅等原因造成。交叉建筑物主要问题有裹头、结构缝渗水及河道冲刷等，裹头渗水大多是结构局部裂缝或结构缝止水问题。

安全检查中发现的防汛风险项已进行检修维护，无需加固处理的防汛风险项已加强监测和工程巡查。

3.2 安全检测

鉴于中线工程长期通水运行，巡视检查和安全监测发现的异常问题，多采用无损检测(隐患探测)形式开展。

以黄金河倒虹吸为例，地方政府为消除交叉断面处河道积水，沿河床中线方向开挖深沟疏通河道，施工完成后，河床露出，裹头部多处渗水。渗水水样检测为渠水外渗。采用水下机器人对倒虹吸管身进行检查，管身结构稳定，无错台、不均匀沉降、止水脱落等现象。对倒虹吸进、出口段采用流场法检测，图3结果表明，渗漏由出口渐变段伸缩缝5、6及两者间部分渠底板接缝渗水引起；进口段渗漏主要为渐变段伸缩缝5及明渠间结合部渗漏引起。

图3 裹头渗水探测成果

2020年年度报告编制对16处关键建筑物、重点渠段及存在安全风险的工程部位进行了安全检测，主要为典型高填方、高地下水位、中强膨胀土、区域沉降、砂土筑堤段、测值异常、运行期出现过隐患渠段，及存在渗水的输水建筑物和渠道结合部、存在冲刷破坏隐患的退水渠等。

以叶县小保安桥上游右岸187+850 m为例，探地雷达和高密度电法综合探测表明(图4)，187+834～187+853 m段在深度0.2～2.0 m区域、187+869～187+880 m段深度0.2～2.1 m区域高填方土体含水率高，渗流来自坡脚下方。

a)高填方测线示意

b)三维高密度电法成果

年度报告开展的安全检测的结果表明，所检存在渗水点的高填方渠段渠身局部高含水，所检测高地下水渠段存在局部不密实和松散情况，所检测中强膨胀土渠段存在渠坡和衬砌面板下方局部土体不密实现象。所检测区域沉降渠段(李河进口及附近渠段范围内)的河床总体未见不均匀沉降现象。所检测渗流异常点(易县西支干渠倒虹吸附近)，渠身、西支干渠倒虹吸周边土体密实性较好，未发现质量隐患。所检测运行期出现过隐患渠段(卫辉金灯寺内水外渗渠段)，渠堤下部3.5～8.0 m局部存在不密实区域，推断为渠堤内部穿堤建筑物(空洞)缺陷。上述隐患尚不影响中线工程正常输水。

3.3 安全监测

中线工程建立了一套较完整的安全监测制度标准，制定了《安全监测技术标准(试行)》，原国调办还制定有《南水北调东、中线一期工程运行安全监测技术要求(试行)》，规范了安全监测工作。

2019年，中线工程对安全监测设施进行了评价优化。现共有内观监测设施34 207支，外观监测设施32 325个测点。

截至2020年10月底，异常问题总数为51项，其中重点关注8项。主要为部分渠道变形未收敛、少数输水建筑物和渠道结合部不均匀沉降及渗水、少数渠段沉降量超设计警戒值、个别输水建筑物顶沉降未收敛、个别输水建筑物应力应变值增大等。

如测斜管IN01-11762位于右岸二级边坡坡脚处(图5)。A方向孔口以下1 m深度范围内的变形较大，截至2020年10月25日，孔口处变形达77.93 mm，且未完全收敛。该区域二级边坡坡脚土体拱起。根据11+762 m断面的2根测斜管的变形情况，绘制剪切变形带，见图5b。

a)二级马道测斜管实测过程线

b)剪切示意

截至2020年10月的安全监测数据表明，中线工程渠道和各建筑物变形、渗流、结构内力、预应力锚索(杆)荷载、土压力等监测物理量测值变化总体平稳，符合一般变化规律和实际情况，工程运行性态总体正常。

3.4 其他各专业运行管理资料

3.4.1调度运行

参与运行的控制建筑物、渠段均有一定运行要求，如对于高地下水位渠段，适当采用蓄水平压方式缓解高地下水位对渠段稳定的不利影响。从而，可通过调度运行资料分析从侧面判断工程安全状况。

中线工程输水调度分为冰期(12月至次年2月)、正常(11月及次年3至10月)输水调度，工况包括正常、冰期和应急调度。可能造成应急调度的突发事件主要有工程事故、水质污染、设备设施故障及自然灾害等，其中，工程事故主要为渠道决口、滑坡、堰塞及PCCP爆管等。

2019—2020年调水年度总干渠各渠段、输水建筑物、64座节制闸、各分水口及退水闸运行良好。2020年4月29日至6月20日，成功实施了加大流量输水运行，无影响工程安全的险情发生。穿黄隧洞年度过流96.45～321.76 m3/s，其中2019年11月1日至2020年3月13日，A洞维护，B洞单洞运行，其他时段均双洞运行。

惠南庄泵站年度过流量0～60 m3/s。2019年11月1日至2020年5月17日停水检修工作，5月18日至31日，配合北京段恢复供水、启泵输水试验。6月1日至10月31日，采用两侧各3台机组运行，向北京供水流量基本控制在50 m3/s。

PCCP管道设计流量60 m3/s，2019—2020年度因调试需要，单管最大流量30 m3/s，双管最大流量60 m3/s。

2019—2020年度属于典型暖冬气象现象，整个冰期仅京石段出现部分岸冰和零星流冰，三岔沟分水口至北拒马河暗渠约1.8 km渠道因静水出现冰盖。冰期岗头节制闸、天津干线输水流量控制在48、31 m3/s。加大流量输水期间工程未发生异常，全年调度运行总体正常。

3.4.2维修养护

中线工程制定了渠道工程、输水建筑物、左岸排水建筑物、泵站土建工程、清污机、融冰系统、液压启闭机、单轨移动式启闭机、闸门(弧形、平面)、机电设备、绿化工程、水质和安全生产设施等各专业维修养护标准。

2020年土建维修完成了停水检修(穿黄隧洞A洞、惠南庄泵站、北京PCCP管道)、水下衬砌面板修复、渡槽渗水处理(如刁河、十二里河渡、漕河、泲和渡槽)、交叉河道上下游河道整治及防护(如刁河渡槽、黄金河倒虹吸)、进出口裹头渗水处理(如黄金河倒虹吸)、隧洞进出口边坡维修(岗头隧洞出口、釜山隧洞进口闸站及边坡)、深挖方渠道边坡修复(如东楼山西桥下游段)等项目。

总体上，停水检修改善了工程的运行性态，提升了设备设施的运行可靠性。对发现的老化破损问题，及时维修养护，使得工程处于安全和完整的工作状态。

3.4.3安全生产

2020年度推动作业安全设施标准化，44个现地管理处中控室、296个闸站已完成实体达标建设。编制完成了建(构)筑物及生产设备设施、作业活动、安全风险管理清单。经评估，全线固有重大风险801项、较大风险6 307项、一般风险10 072项，经采取相关措施后，全部降低为可接受低风险。2020年度全线未发生生产安全事故。

3.4.4应急管理

2020年全线防汛风险项目共172个，其中，1级2个，2级11个，3级159个。对此，有针对性地编制了2020年工程度汛方案和防汛应急预案。沿线配备8支应急抢险队伍，在17个重点部位现场驻守，驻守人员178人、各类设备61台，严格执行24 h应急值班。加大流量输水期间，开展了土建工程安全事故、机电金结自动化安全事故、水污染事件、应急调度、消防等各类应急演练114次。整个汛期组织防汛演练27次，跨区域调动拉练2次，发布预警通知10次。汛期工程安全平稳运行。稳封期对融冰、扰冰、拦冰、退冰、排冰等设备设施加强了隐患排查和维护管理，确保了正常使用；2月份融冰期加强了对衬砌面板的巡视检查，发现隐患及时处理，保障了输水平稳运行。

3.5 年度安全评估

综合安全检查、安全检测、安全监测及各专业资料可知，中线工程运行管理规范。加大流量输水期间，中线工程渠道、建筑物及信息机电设备设施无异常，总体运行正常。已开展的渠道重点部位水下检查成果表明，工程水下部位情况良好，水下损坏问题未见持续增加趋势。年度报告编制安全检查发现，对巡视检查和安全监测中发现的异常问题，及时地采取了维修养护、加固防护、停水检修等措施，当前工程结构和输水安全。

风险渠段和关键建筑物检测成果表明，各风险渠段及建筑物安全性态总体正常，存在的个别部位不密实和含水率高等隐患，尚不影响中线工程正常输水。

工程维修养护、加固防护、停水检修及时，使得工程处于安全和完整的工作状态；2019年11月至2020年5月，中线工程开展了穿黄隧洞A洞检查维护、惠南庄泵站全面检修和功能完善及北京段工程停水检修，改善了工程的运行性态，提升了设备设施的运行可靠性。

截至到2020年10月的安全监测数据表明，中线工程渠道和各建筑物变形、渗流、结构内力、预应力锚索(杆)荷载、土压力等监测物理量测值变化总体平稳，符合一般变化规律和实际情况，工程运行性态总体正常。

4 长距离引调水工程安全年度报告编制的经验认识

长距离引调水工程一般线路长，虽然相比定期全线安全鉴定，年度报告工作量小，但是其资料梳理分析难度仍然很大。因此，需要运行管理单位和委托的咨询单位通力合作。运行管理单位开展日常巡视检查、各类专项检查，统计防汛风险、巡视检查和安全监测发现的异常；委托单位重点对异常问题及其维修养护、加固防护效果进行安全检查、综合分析，必要时进行安全检测，从而综合各专业运行管理资料，综合判断工程安全性态。宜以调水年度进行年度报告编制，相应地，以调水年度总结分析各专业运行管理。

考虑到长距离引调水工程线路长、建筑物众多，沿线地质条件和环境复杂，运行期面临工程安全和社会环境等多种风险，宜相对固定年度报告编制单位，以便更清楚地掌握工程特点、运行性态的动态变化情况等。

5 结语

年度报告制度在水库大坝日趋成熟，结合长距离引调水工程的特点，探索提出其年度报告制度，以实时、动态评判安全性态，为运行管理单位掌握工程性态、计划决策等提供支撑。

a)年度报告要重点分析安全检查、安全监测，及停水检修、加大流量输水试验等特殊工况下的专项检查、安全监测资料，同时还应当充分利用调度运行、维修养护、应急管理、安全生产等运行管理资料。

b)年度报告既需要运行管理单位积累日常运行管理资料，又需要专业咨询单位开展必要的安全检测和资料梳理、分析工作，是一项系统性、专业性工作，需双方配合协作才能高质量完成。

长距离引调水工程年度报告制度成功应用于中线工程，对类似长距离引调水工程运行期安全管理工作具有借鉴意义。