浙江省土石壩安全管理風(fēng)險(xiǎn)分析方法

唐 毅，施俊躍，彭 洪，王 東，牛 坤，賴 勇，蔡小仁

（1.浙江省水利水電工程局，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利工程管理總站，浙江 杭州 310009；3.四川大學(xué)，四川 成都 610065；4.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

我國(guó)是全球大壩工程第一大國(guó)。截至2009年，我國(guó)已建的各類水庫(kù)8.7萬余座，其中經(jīng)過安全鑒定存在安全隱患的病險(xiǎn)水庫(kù)超過水庫(kù)總數(shù)的40%，這些病險(xiǎn)庫(kù)絕大多數(shù)為土石壩，且大多集中建于20世紀(jì)50—70年代，突出表現(xiàn)在數(shù)量眾多的中小型水庫(kù)上［1］。由于當(dāng)時(shí)特定的歷史原因及受筑壩和管理技術(shù)的限制，相當(dāng)一部分大壩存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差和安全隱患多等一系列問題，再加上年久失修，造成大量的病險(xiǎn)水庫(kù)，甚至誘發(fā)潰壩事件。近些年，全國(guó)各地多方籌集資金，大力推進(jìn)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工作，取得了一定的成效，但小型土石壩及山塘的除險(xiǎn)加固工作仍然任重道遠(yuǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)分析是對(duì)人類社會(huì)中存在的各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并基于此采用風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)，作出風(fēng)險(xiǎn)處理和決策，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施有效的控制和妥善處理所致?lián)p失的后果，期望以最小的成本獲得最大的安全保障。近些年來，大壩風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)在國(guó)外得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以加拿大為首，美國(guó)、澳大利亞、挪威等在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)方面形成了比較完備的體系［2－6］，通過在相當(dāng)數(shù)量水庫(kù)大壩上的成功應(yīng)用，有力地印證了該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性和有效性。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水庫(kù)功能及其對(duì)公共安全的影響已經(jīng)越來越為人們所關(guān)注，政府的治水思路也已經(jīng)從早期的控制洪水向洪水管理轉(zhuǎn)化，從 “入海為安”向“承受適度風(fēng)險(xiǎn)”的理念轉(zhuǎn)換，這種帶有風(fēng)險(xiǎn)思想的管理理念，越來越被社會(huì)所接受。這方面的研究工作也變的越發(fā)緊迫和有意義，引導(dǎo)我國(guó)水庫(kù)大壩工程的安全管理向更加綜合、更加全面的風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)化［7］。

本文收集了浙江省1954—2001年完建水庫(kù)中的土石壩病險(xiǎn)水庫(kù)案例數(shù)據(jù)。包括了從2000年以來省管大中型、重點(diǎn)小型水庫(kù)及寧波市各類水庫(kù)土石壩的大壩安全認(rèn)定資料，具有一定的代表性和權(quán)威性［8］。通過采用故障樹和事件樹的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，構(gòu)建了 “浙江省土石壩安全管理綜合圖譜”。并試圖以此為實(shí)例，探索加強(qiáng)大壩安全管理的一種新途徑和新方法。

2 浙江省土石壩安全管理事件樹及故障樹分析

2.1 土石壩安全管理事件樹［9－11］

事件樹分析法 （ETA，Event Tree Analysis）是一種由原因推論結(jié)果的時(shí)序邏輯分析方法，它在給定一初因事件的前提下，按照可能導(dǎo)致的后續(xù)事件，分階段地進(jìn)行分析，后續(xù)事件只能取完全對(duì)立的2種狀態(tài) （成功或失敗等）之一，直到系統(tǒng)事故為止。它既可以定性地了解事件發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化，又可以定量計(jì)算出各階段事件的發(fā)生概率。

大壩安全管理的進(jìn)程實(shí)際上也可歸結(jié)為人員管理與大壩安全狀況相互作用發(fā)展的一個(gè)多環(huán)節(jié)事件鏈。土石壩的安全狀況，在無人參與管理的情況下，一般要?dú)v經(jīng) “異常情況”、“非潰壩性安全事故或隱患”和 “潰壩事故”3個(gè)基本階段。結(jié)合大壩安全狀況發(fā)展的各階段和人們?cè)诎踩芾碇兴扇〉拇胧┲g的相互作用與結(jié)果，繪制土石壩安全管理事件樹 （見圖1）。

圖1 土石壩安全管理事件樹圖

啟動(dòng) “大壩安全檢查和監(jiān)測(cè)”這一初始事件是進(jìn)行大壩安全管理的必要條件，健全的管理體系就必須保證該項(xiàng)工作的全面和規(guī)范化，否則，后續(xù)的安全管理環(huán)節(jié)將無從談起。

“異常情況”作為可能誘發(fā)安全事故的初始征兆，應(yīng)該引起管理人員的重視，通過一段時(shí)間內(nèi)的密切觀察，對(duì)其進(jìn)行判別和分類。有些異常情況可能會(huì)自然而然地停止發(fā)展，并不會(huì)影響大壩的安全；有些情況則可能存在發(fā)展和擴(kuò)張的趨勢(shì)，勢(shì)必會(huì)影響大壩安全狀況，此時(shí)應(yīng)高度重視，并及時(shí)采取相應(yīng)的處置措施，將事故消除在萌芽階段。

“非潰壩性安全隱患”屬于大壩安全的重大階段，工程安全管理人員應(yīng)保持高度的責(zé)任感，及時(shí)果斷地采取措施進(jìn)行大壩安全的除險(xiǎn)加固，避免險(xiǎn)情擴(kuò)大甚至發(fā)展至潰壩事故。

“潰壩事故”屬于突發(fā)性事故，盡管此時(shí)一切無法挽回，工程安全管理人員仍應(yīng)胸懷責(zé)任去拼爭(zhēng)，此時(shí)責(zé)任不盡在大壩而是啟動(dòng)潰壩緊急預(yù)案，本著以人為本、生命高于一切的原則，切實(shí)保障下游洪水淹沒區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

事實(shí)上，任何事故都是一個(gè)多環(huán)節(jié)事件發(fā)展變化過程的結(jié)果，瞬間造成的事故后果，往往是多環(huán)節(jié)事件連續(xù)失敗而釀成的，通過事件樹宏觀地分析大壩安全狀況的發(fā)展過程，對(duì)于洞悉事故的成因，尋求最佳時(shí)機(jī)的預(yù)防手段，確保大壩的安全是非常有益的。

2.2 土石壩安全管理故障樹分析

故障樹分析 （FTA，F(xiàn)ault Tree Analysis）又稱事故樹分析，它按照邏輯學(xué)演繹分析的原則，從需要分析的特定事故 （或故障）開始，對(duì)可能導(dǎo)致事故的各種因素層層深入分析，根據(jù)先后次序和因果關(guān)系，將事件和原因用邏輯符號(hào)連接起來，得到形象地表述各因素關(guān)系的邏輯圖，即故障樹。故障樹中使用的符號(hào)通常分為事件符號(hào)和邏輯門符號(hào)。

矩形符號(hào)見圖2（a）表示頂上事件或中間事件；圓形符號(hào)見圖2（b）表示基本原因事件，即底事件。

邏輯門符號(hào)主要有與門、或門、條件與門、條件或門。與門見圖2（c）表示事件A、B都發(fā)生時(shí)，事件C才會(huì)發(fā)生；或門見圖2（d）表示在事件A、B中任一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，事件C發(fā)生；條件與門見圖2（e）表示事件A、B不僅同時(shí)發(fā)生，而且必須滿足條件a，C才會(huì)發(fā)生；條件或門見圖2（f）表示事件A或B至少有1個(gè)發(fā)生，在滿足條件a的情況下，事件C才會(huì)發(fā)生。

圖2 故障樹符號(hào)圖

從大壩安全管理來看， “非潰壩性隱患”和 “潰壩事故”是管理者不希望發(fā)生的事件，也就是故障樹的頂上事件。

2.2.1 數(shù)據(jù)的歸納分析

根據(jù)收集到的浙江省524座土石壩的非潰壩性隱患4023宗 （6大類，18小類），對(duì)其進(jìn)行細(xì)致分類，對(duì)形成隱患現(xiàn)象的基本原因 （事件）也做出了詳細(xì)的分析和描述，提出了符合土石壩安全管理特點(diǎn)的隱患分類 （見表1）。由于對(duì)案例的分析均來自大壩安全鑒定的成果，因此，這些資料的分類統(tǒng)計(jì)，代表了專家們的意見，具有一定的權(quán)威性。

從案例的年代上看，工程大多數(shù)修建于20世紀(jì)80年代以前，其施工質(zhì)量與大壩管理與當(dāng)今的現(xiàn)代技術(shù)不可同日而語(yǔ)。但由于多數(shù)工程經(jīng)過修復(fù)后至今仍然還在服務(wù)于社會(huì)，對(duì)其進(jìn)行研究是很有必要的，同時(shí)大壩隱患中所暴露出的設(shè)計(jì)、施工以及管理環(huán)節(jié)中的問題也為管理人員帶來警示和啟發(fā)，明確今后工作的改進(jìn)和發(fā)展方向。

表1 浙江省土石壩 “非潰壩性隱患”分類表

續(xù)表1

2.2.2 故障樹的繪制

通過2.2.1節(jié)的數(shù)據(jù)歸納和分析，結(jié)合土石壩現(xiàn)場(chǎng)安全管理的特點(diǎn)與過程，對(duì) “非潰壩性隱患”進(jìn)行故障樹分析，繪制 “非潰壩性隱患故障樹”（見圖3），并列出故障樹基本事件的頻數(shù) （見表2）。

表2 非潰壩性隱患故障樹分析基本事件列表

續(xù)表2

3 浙江省土石壩安全管理因果分析及綜合圖譜

3.1 土石壩安全管理因果分析圖

事件樹分析是一種宏觀、動(dòng)態(tài)、歸納分析方法，而故障樹分析是一種微觀、靜態(tài)、演繹分析方法。為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更加全面的分析和評(píng)價(jià)，以事件樹中失敗的初因事件和環(huán)節(jié)事件為故障樹的頂上事件進(jìn)行故障樹分析，提出控制某一失敗事件的具體措施，最終達(dá)到控制各種不希望結(jié)果事件的目的，這種結(jié)合構(gòu)成一種新的分析方法—因果分析。

本文基于土石壩安全管理事件樹、非潰壩性隱患故障樹、潰壩事故經(jīng)邏輯連接，即可得到 “浙江省土石壩安全管理過程因果分析圖”（見圖4）。

因果分析圖不僅展示了從一個(gè)起因事件到諸多后果的全過程，而且能對(duì)導(dǎo)致事故發(fā)生的各失敗事件的形成原因進(jìn)行分析，使存在的問題系統(tǒng)化、條理化，既可用于事前預(yù)測(cè)事故及事故隱患，有利于事故預(yù)防工作，亦可用于事后分析事故原因，調(diào)查處理事故，對(duì)剖析事故的致因并在此基礎(chǔ)上制訂安全措施方案有重要的意義。

3.2 土石壩安全管理處置對(duì)策樹

基于浙江省土石壩安全管理過程因果分析圖，建立“浙江省土石壩非潰壩性隱患處置對(duì)策樹”（見圖5），其具體處置措施及對(duì)應(yīng)代碼見表3。在土石壩安全管理過程中，一旦出現(xiàn)類似隱患，圖5為緊急決策提供了具有可操作性的思路，有利于提高事故處置決策的管理水平。

應(yīng)該指出的是，表中所列的諸項(xiàng)措施只是提供一個(gè)可供選擇的對(duì)策庫(kù)，有些事件可以單獨(dú)采取一種措施，有些則是需要多種措施相結(jié)合，也可能一種措施可以應(yīng)對(duì)多類事件，因此，管理人員在選擇處置措施時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程隱患的實(shí)際情況，以求合理有效。

圖4 浙江省土石壩安全管理過程因果分析圖

圖5 浙江省土石壩非潰壩性隱患處置對(duì)策樹圖

表3 土石壩隱患處置措施代碼表

續(xù)表3

在故障樹中，確定 “代碼”與基本事件一一對(duì)應(yīng)，并定義對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

（1）故障樹頂事件為第1階，從上往下，遇門則階數(shù)增1位，故障樹從上往下，其階數(shù)與代碼數(shù)字的位數(shù)對(duì)應(yīng)。

（2）頂事件對(duì)應(yīng)代碼的最左側(cè)數(shù)字作如下規(guī)定，1為“非潰壩性隱患”，3為 “處置措施”。

（3）故障樹同階以內(nèi)，按在故障樹中所處的位置，依照從左到右的順序進(jìn)行編號(hào)。如 “壩體碾壓不實(shí)”對(duì)應(yīng)“1111”，表示非潰壩性隱患故障樹里形成 “非潰壩性隱患”的 “大壩裂縫”類型里的第1個(gè)因素。

（4）代碼的最后一位數(shù)字表示該基本事件在所處分支中的重要程度，數(shù)值越小越重要，即對(duì)事故發(fā)生的貢獻(xiàn)越大，該數(shù)值由綜合統(tǒng)計(jì)的頻數(shù)決定。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）基于浙江省土石壩事故案例的統(tǒng)計(jì)和分析，以“非潰壩性隱患”這個(gè)大壩安全狀況的關(guān)鍵階段作為頂上事件，建立了 “土石壩安全管理事件樹”和 “土石壩安全管理故障樹”。

（2）將事件樹與故障樹兩者相結(jié)合，構(gòu)建了 “土石壩安全管理因果分析圖”，同時(shí)加入事故處置對(duì)策樹，為研究制定大壩安全管理策略提供很好的參考依據(jù)。

（3）通過給故障樹基本事件賦代碼，不僅惟一確定各基本事件在圖譜中的位置，還可以確定其在故障樹分枝中的重要程度。

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