國(guó)內(nèi)外水庫(kù)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)分析

周祥林，楊百銀，王正發(fā)，單 婕

（1.中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100120；

2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065）

0 引言

選擇工程的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是水利水電工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)的一項(xiàng)首要的技術(shù)決策。防洪標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政治、社會(huì)和環(huán)境等因素在工程上的綜合反映，既關(guān)系到工程自身的安全，又關(guān)系到工程下游人民生命和財(cái)產(chǎn)、工礦企業(yè)和設(shè)施、生態(tài)環(huán)境的安全，還對(duì)工程效益的正常發(fā)揮、工程造價(jià)和建設(shè)進(jìn)度有直接影響。

1998年，國(guó)際大壩委員會(huì)總結(jié)水庫(kù)防洪安全設(shè)計(jì)的進(jìn)展，將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分成三個(gè)階段[1]：①第一代標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和水庫(kù)的共性，粗略分級(jí)、制定標(biāo)準(zhǔn)、列表備查，并沒(méi)有考慮到設(shè)計(jì)水庫(kù)的個(gè)性，如水庫(kù)重要性、壩體體量、壩形、庫(kù)容和壩對(duì)下游的危害。大多數(shù)國(guó)家是采用洪水頻率分析方法，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期從200年到10 000年不等。有些國(guó)家使用水文氣象方法，估計(jì)可能最大洪水 （Probable Maximum Flood，PMF）。②第二代標(biāo)準(zhǔn)一般是根據(jù)水庫(kù)危害程度分級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)高的水庫(kù)采用高的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。提出應(yīng)根據(jù)水庫(kù)本身的特征和潛在的潰壩危害，客觀評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)。水庫(kù)特征給出包括壩體的體量特性、水庫(kù)綜合特性 （壩高×庫(kù)容）、電站容量特性、調(diào)節(jié)流量特性等一系列定量指標(biāo)。③以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的第三代設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，替代過(guò)去兩代標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮壩高、庫(kù)容和潰壩損失的危害程度，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析來(lái)確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[2]。第三代標(biāo)準(zhǔn)的突出特點(diǎn)是要求具體分析設(shè)計(jì)水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)特性，估算提高安全標(biāo)準(zhǔn)所需費(fèi)用，綜合考慮潰壩事故的風(fēng)險(xiǎn)，包括概率和可能造成的危害，并根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)可承受的風(fēng)險(xiǎn)水平，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)—效益—工程費(fèi)用之間的關(guān)系，確定水庫(kù)的防洪安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外防洪標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的研究，分析各自的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的形勢(shì)，提出對(duì)現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的改進(jìn)建議，以供規(guī)范修編時(shí)參考。

1 國(guó)外防洪標(biāo)準(zhǔn)

1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)的主要表示方式

通過(guò)研究國(guó)外水庫(kù)大壩防洪安全管理方面的資料發(fā)現(xiàn)[4]，世界各國(guó)所采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)均有所不同。這表明，防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定，不僅取決于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素，還廣泛地受到自然地理、社會(huì)和政治等因素的影響。經(jīng)過(guò)歸納總結(jié)，國(guó)外水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的主要表示方式有以下四類(lèi)：

（1）以調(diào)查、實(shí)測(cè)的某次大洪水或適當(dāng)加成表示，如瑞典、挪威等國(guó)。這種表示方式的防洪標(biāo)準(zhǔn)很不明確，其設(shè)計(jì)洪水的大小，與調(diào)查、實(shí)測(cè)期的長(zhǎng)短和該時(shí)期洪水狀況有關(guān)，適當(dāng)加成任意性大。隨著水文、氣象資料的積累和洪水分析計(jì)算技術(shù)水平的提高，這種方式現(xiàn)已很少采用[3]。

（2）以洪水的重現(xiàn)期 （T）或年超過(guò)概率 （P%）表示，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用頻率分析法，如原蘇聯(lián)、日本、哥倫比亞、瑞士等國(guó)。它較科學(xué)地反映了洪水出現(xiàn)概率和防護(hù)對(duì)象的安全度，但在理論頻率曲線外延上存在較大的不確定性，爭(zhēng)議很大。目前，這種方式被多數(shù)國(guó)家采用[5]。

（3）以可能最大洪水或其3/4、2/3、1/2表示。PMF采用水文氣象法分析計(jì)算，如美國(guó)、印度、加拿大等國(guó)。由于分析計(jì)算PMF需要大量的水文氣象資料，很難準(zhǔn)確計(jì)算，取其某倍比，任意性較大，而且防洪安全度不明確，目前已很少采用。

（4）以50年一遇至1000年一遇洪水設(shè)計(jì)，以10 000年一遇洪水或PMF校核，如英國(guó)、澳大利亞等國(guó)。水文氣象法、頻率分析法混合使用[6]。

1.2 特點(diǎn)

（1）大部分國(guó)家普遍重視水庫(kù)大壩安全，傾向于以潰壩對(duì)下游可能造成的危害作為最基本的指標(biāo)。

（2）各國(guó)防洪標(biāo)準(zhǔn)的約束力參差不齊。例如法國(guó)和瑞士，并沒(méi)有正式的標(biāo)準(zhǔn)，他們是根據(jù)過(guò)去公認(rèn)的辦法進(jìn)行工作，并可以按照具體情況進(jìn)行修訂和校正。美國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)的科學(xué)技術(shù)組織或政府部門(mén)公布了推薦標(biāo)準(zhǔn)或指南。日本、葡萄牙和西班牙等國(guó)家[4]，為確定設(shè)計(jì)洪水都制定了具有法律約束力的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如法規(guī)和規(guī)范。

（3）水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)有降低的趨勢(shì)。例如，原蘇聯(lián)1948年、1966年兩次頒發(fā)的設(shè)計(jì)洪水規(guī)范中，工程等級(jí)劃分指標(biāo)不斷提高，其實(shí)質(zhì)是對(duì)一定規(guī)模的工程，降低了它的等級(jí)，也就相應(yīng)降低了設(shè)計(jì)洪水的標(biāo)準(zhǔn)[6]。

（4）適用于所有水庫(kù)的通用標(biāo)準(zhǔn)，己逐漸被根據(jù)各個(gè)水庫(kù)潰壩對(duì)下游的危害程度進(jìn)行分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)所替代。世界多數(shù)國(guó)家采用的水庫(kù)安全評(píng)估數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 水庫(kù)安全評(píng)估數(shù)據(jù)

1.3 主要問(wèn)題

目前世界多數(shù)國(guó)家采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)仍是根據(jù)水庫(kù)危害分級(jí)的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)——第二代防洪標(biāo)準(zhǔn)，在使用過(guò)程中，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）按水庫(kù)潰壩后對(duì)下游的危害程度進(jìn)行分級(jí)，但下游可能造成的危害涉及的因素較多，難以量化，分級(jí)缺乏明確的界限，一般只能作定性分析。

（2）除分級(jí)含有人為主觀考慮的成分外，第二代防洪標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)指標(biāo)存在很大的差別，同一水庫(kù)就會(huì)得出不同的分級(jí)，因此所確定的洪水標(biāo)準(zhǔn)的差別就會(huì)更大。

（3）在對(duì)下游所有可能的各種危害 （如生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)與環(huán)境影響等）確定水庫(kù)防洪級(jí)別時(shí)，遇難死亡人數(shù)，沒(méi)有起到?jīng)Q定性的作用。

（4）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高危害級(jí)別水庫(kù)采用的方法偏保守。

（5）防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定是針對(duì)單一水庫(kù)而言的，沒(méi)有具體規(guī)定的梯級(jí)水庫(kù)群防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2 我國(guó)的防洪標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)幅員遼闊，自然地理、氣候條件復(fù)雜，除沙漠、戈壁和極端干旱區(qū)及高寒山區(qū)外，大約2/3的國(guó)土面積存在著不同類(lèi)型和不同危害程度的洪水災(zāi)害，是世界上洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。自古以來(lái)，我國(guó)對(duì)防洪就非常重視。但在新中國(guó)成立以前，僅憑積累的治水經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行防洪工程的建設(shè)、維修或加固，沒(méi)有頒布過(guò)可滿足工程設(shè)計(jì)要求的防洪標(biāo)準(zhǔn)。建國(guó)以后，為防御洪水、減少洪災(zāi)損失，維護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)家非常重視防洪工程建設(shè)。

2.1 現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)

為了滿足大規(guī)模防洪建設(shè)的需要，有關(guān)部門(mén)對(duì)所管理的防洪對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，先后作過(guò)一些規(guī)定。由于制訂的時(shí)期不同，對(duì)防洪安全與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系等的處理有差異，類(lèi)似的防護(hù)對(duì)象，其防洪標(biāo)準(zhǔn)不一致。直到1994年，為適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)、各地區(qū)的要求和防洪建設(shè)的需要，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布了由水利部主編的國(guó)家統(tǒng)一的GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》[7]。隨后，一些部委又根據(jù)國(guó)家防洪標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)對(duì)各自的行業(yè)防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，做到基本統(tǒng)一。

我國(guó)現(xiàn)行的水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)主要以GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和DL5180—2003《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》三本規(guī)范為依據(jù)，三者在水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)方面完全統(tǒng)一。

2.2 特點(diǎn)

（1）先分等級(jí)再根據(jù)工程等別分級(jí)。我國(guó)水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定是先按工程規(guī)模、總庫(kù)容、效益和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性劃分等級(jí)，再根據(jù)工程規(guī)模按永久或臨時(shí)水工建筑物在工程中的重要性確定其級(jí)別，同時(shí)考慮壩形、壩高、工程地質(zhì)條件以及工程失事后對(duì)下游危害等因素判定其級(jí)別是否提高一級(jí)或降低一級(jí)，最后以水工建筑物的級(jí)別和筑壩材料的類(lèi)型 （土石壩或混凝土壩、漿砌石壩）按山區(qū)、丘陵和平原區(qū)、濱海區(qū)分別確定水庫(kù)工程建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)。這種先分等級(jí)再根據(jù)工程等別分級(jí)的做法已在我國(guó)沿用了幾十年，證明在工程實(shí)踐中是切實(shí)可行的。

（2）防護(hù)對(duì)象采用洪水重現(xiàn)期確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，統(tǒng)一采用洪水的重現(xiàn)期表示防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，如50年一遇、100年一遇。對(duì)特別重要的防護(hù)對(duì)象，一旦受洪水災(zāi)害、損失特別嚴(yán)重或?qū)⒃斐呻y以挽回的影響，為保證其防洪的絕對(duì)安全，可采用PMF。

（3）設(shè)計(jì)校核兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)現(xiàn)行的水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)通常采用設(shè)計(jì)、校核兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]。

2.3 主要問(wèn)題

世界上多數(shù)國(guó)家確定水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水采用頻率分析法，最高標(biāo)準(zhǔn)為萬(wàn)年一遇洪水，少數(shù)采用PMF。我國(guó)現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用PMF或萬(wàn)年一遇洪水作為土壩、堆石壩1級(jí)水工建筑物的校核標(biāo)準(zhǔn)，其防洪安全理念與世界多數(shù)國(guó)家是一致的[9]。

我國(guó)水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)來(lái)體現(xiàn)。從我國(guó)建壩的實(shí)踐來(lái)看，現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)，是在我國(guó)現(xiàn)有計(jì)算水平和資料條件下，綜合反映安全與經(jīng)濟(jì)的平衡后制定的，對(duì)我國(guó)水利水電工程建設(shè)及其防洪安全起到了指導(dǎo)和控制作用，是和我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)各階段的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的，是基本可行的。但隨著我國(guó)水利水電工程建設(shè)的進(jìn)一步深入，在工程實(shí)踐中也出現(xiàn)了一些新問(wèn)題需要解決[10]。

（1）現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在確定工程等別時(shí)，沒(méi)有將失事后果作為重要影響因素，也沒(méi)有給出相應(yīng)指標(biāo)。規(guī)范雖然給出了下游防洪、排澇、灌溉等指標(biāo)，但只是當(dāng)工程承擔(dān)下游防護(hù)目標(biāo)的防護(hù)任務(wù)時(shí)才要考慮，而對(duì)于不承擔(dān)下游城鎮(zhèn)、農(nóng)田、灌區(qū)等防護(hù)任務(wù)而工程失事又對(duì)下游造成危害的工程，則不考慮這些指標(biāo)。這實(shí)際上是只考慮工程本身的功能損失而沒(méi)有考慮潰壩損失，是不合理的[6]。

（2）沒(méi)有具體的梯級(jí)水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，只有針對(duì)單一水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。僅對(duì)江河采取梯級(jí)開(kāi)發(fā)方式時(shí)梯級(jí)水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定做了一般性規(guī)定，沒(méi)有給出確定各梯級(jí)水利水電工程的水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)與校核洪水標(biāo)準(zhǔn)的具體方法和評(píng)估失事?lián)p失危害程度的定量分析方法。目前，我國(guó)大江大河的水利水電工程開(kāi)發(fā)多采取梯級(jí)開(kāi)發(fā)方式，其水庫(kù)基本都處于梯級(jí)水庫(kù)群中，影響梯級(jí)水庫(kù)防洪安全的因素遠(yuǎn)比單一水庫(kù)多，梯級(jí)水庫(kù)失事造成的危害也更加嚴(yán)重。如我國(guó)北方某一河流擬新建一座抽水蓄能電站，下水庫(kù)改造利用原來(lái)已建的一座小水庫(kù)，其標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，根據(jù)抽水蓄能電站規(guī)模，按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求，確定為一等大 （1）工程，該小水庫(kù)校核標(biāo)準(zhǔn)提高為2 000年一遇，相應(yīng)洪峰流量為1 020 m3/s。在該水庫(kù)上游已建有一座小水電站，該電站為土石壩，校核標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，相應(yīng)洪峰流量為491 m3/s，經(jīng)計(jì)算，超500年一遇洪水，該小水庫(kù)潰壩后洪水演算到抽水蓄能電站下水庫(kù)壩址處洪峰流量約為5 000～6 000 m3/s，遠(yuǎn)超其校核標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量，因此，需提高下水庫(kù)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)或改造上游小水電站。在此案例中，僅僅考慮單一水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)是不合適的，需要采取措施解決上下游梯級(jí)防洪標(biāo)準(zhǔn)不一的問(wèn)題。

（3）選擇水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，方法過(guò)于單一。完全是按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行，沒(méi)有將國(guó)外比較合理的可接受風(fēng)險(xiǎn)分析方法應(yīng)用到水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的選擇與復(fù)核中[11]，以達(dá)到全方位評(píng)價(jià)水庫(kù)的防洪安全的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)大多數(shù)河流水能資源利用已全面形成梯級(jí)開(kāi)發(fā)格局。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于單庫(kù)的防洪設(shè)計(jì)，就其防洪標(biāo)準(zhǔn)而言，現(xiàn)行規(guī)范是基本可行的。但對(duì)于梯級(jí)水庫(kù)群的防洪設(shè)計(jì)，由于影響防洪安全的因素遠(yuǎn)比單一水庫(kù)多，梯級(jí)水庫(kù)失事造成的危害更嚴(yán)重，因此，其防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定更嚴(yán)格。

確定梯級(jí)水庫(kù)群防洪標(biāo)準(zhǔn)以風(fēng)險(xiǎn)分析為基礎(chǔ)。在我國(guó)水庫(kù)大壩安全管理中引進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)過(guò)程中，迫切需要評(píng)估失事?lián)p失危害程度的定量分析方法。評(píng)估結(jié)果對(duì)梯級(jí)水庫(kù)群防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇影響較大，而且前國(guó)內(nèi)對(duì)潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的研究還處于起步階段，這些都需要水利水電工作者展開(kāi)更加深入的研究。

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