大壩安全風(fēng)險管理的改進(jìn)方法

［美國］ D.W.奧斯曼 等

對于眾多的大壩，追加研究和修正措施通常不能在確認(rèn)需要后就立即實施。這些措施必須與其他待定措施相比較，年度決策將決定哪些措施會獲得最高優(yōu)先權(quán)。15 a來，墾務(wù)局一直使用風(fēng)險知情的方法進(jìn)行優(yōu)先排序和管理大壩安全風(fēng)險。部分關(guān)鍵概念包括:減少對數(shù)值風(fēng)險評估本身的依賴，更多倚重于支持該評估的大壩安全實例;認(rèn)識到風(fēng)險評估的不確定性和置信度是各種優(yōu)先措施中的重要考慮因素;引進(jìn)大壩安全優(yōu)先次序等級系統(tǒng)來幫助確定大壩安全措施的優(yōu)先順序;對估計有極低的年度失事概率但失事后果很嚴(yán)重的大壩采用“最低合理可行”(ALARP)思路。

1 概述

墾務(wù)局從多年使用其《公共保護(hù)指南》的經(jīng)驗中學(xué)到了很多，吸取了很多經(jīng)驗教訓(xùn)并將其納入了修訂的指南中。15 a來，墾務(wù)局在是否需要采取降低大壩安全風(fēng)險的措施的決策過程中并在確定這些措施的優(yōu)先次序中一直采用了風(fēng)險指南，發(fā)現(xiàn)其中有一些方面需要改進(jìn)，如下文所示。

(1)墾務(wù)局先前頒布的指南對年度生命損失風(fēng)險設(shè)定了一個臨界值，超過該臨界值就有正當(dāng)理由采取“加急”措施。對于那些已經(jīng)被認(rèn)定為有加急風(fēng)險的大壩來說，需要在90 d內(nèi)制定應(yīng)對這些問題的行動計劃。這些“加急”類別的大壩僅僅依據(jù)風(fēng)險評估數(shù)而忽略了與這些評估有關(guān)的不確定度和置信度。然而，風(fēng)險評估的結(jié)果只是近似的，而且是由各風(fēng)險評估員或者風(fēng)險評估團(tuán)隊采用具有不同的數(shù)據(jù)和置信度的不同方法得出的。因此，使用風(fēng)險評估來確定行動的緊迫性(采取加急行動的正當(dāng)理由)，并且將其作為確定大壩安全度改進(jìn)工作優(yōu)先次序的首要依據(jù)并不被認(rèn)為是最好的方法，在指南的2011年修訂版中已經(jīng)刪除了有關(guān)加急處理的類別。

(2)正如后面要討論的，這就導(dǎo)致在確定這些措施的緊急性和優(yōu)先次序時，會采用大壩安全優(yōu)先次序等級(DSPR)系統(tǒng)。

(3)并非所有壩都可通過風(fēng)險知情的方法來進(jìn)行評估，估計的失事概率很低，但失事相關(guān)后果十分嚴(yán)重的大壩便是其中的代表。對于估計在墾務(wù)局先前指南要求水平下的年度生命損失所需的那些微小概率事件，要花費超常的努力才能得出其荷載和失事概率。即使做了這種努力，其結(jié)果也具有高度不確定性。因此，正如下面所討論的，處理這些大壩所采用的方法會有所不同。

(4)墾務(wù)局先前的年度生命損失指南以荷載類型(靜力荷載，水文荷載，地震荷載)對比為基礎(chǔ)。這使得大壩間的對比很困難，并且與其他機構(gòu)解決此問題的方法不相同。

《公共保護(hù)指南》2011年修訂版由3個獨立的文件組成，分別為《大壩安全公共保護(hù)指南——支撐大壩安全決策的風(fēng)險框架》、《制定墾務(wù)局的大壩安全公共保護(hù)指南所采用的基本原理》，以及《大壩安全公共保護(hù)指南應(yīng)用實例》。

2 風(fēng)險評估準(zhǔn)則

墾務(wù)局使用2種風(fēng)險測度來評估大壩安全風(fēng)險。第1種風(fēng)險測度是年度失事概率，用來履行因大壩失事(即使失事后果很小，大壩也不能經(jīng)常失事)而曝光的機構(gòu)的相關(guān)的公眾信托責(zé)任。年度失事概率表示大壩在給定年里失事的可能性。墾務(wù)局將這種風(fēng)險測度稱為年度失事概率，并采用每年萬分之一的概率作為所有會導(dǎo)致威脅生命安全的水庫意外泄洪的失事模式所積累的概率的指南標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)評估的平均值超過臨界值水平時，通常采取措施來降低或更好地深入了解這些風(fēng)險的正當(dāng)理由就增強，低于這一臨界水平時采取措施來降低或者更好地深入了解這些風(fēng)險的正當(dāng)理由就減弱。

第2個風(fēng)險測度為由于大壩失事而可能造成多人傷亡的年度生命損失。年度生命損失為年度失事概率和與大壩失事有關(guān)的生命損失的估算值的乘積。隨著失事后果(生命損失)規(guī)模的增大，社會團(tuán)體越來越排斥這些危害。墾務(wù)局將此類風(fēng)險定義為年度生命損失，并且用每年死亡率為0.001的標(biāo)準(zhǔn)來強調(diào)此種風(fēng)險測度。當(dāng)評估的平均值超過每年死亡率0.001的標(biāo)準(zhǔn)時，通常采取措施來降低或者進(jìn)一步深入了解這些風(fēng)險的正當(dāng)理由就增大，低于準(zhǔn)則值時通常采取措施來降低或更好的深入了解這些風(fēng)險的正當(dāng)理由就減少。

3 后果考慮

為評估風(fēng)險起見，墾務(wù)局將潛在的生命損失看作為大壩失事的主要后果。盡管經(jīng)濟(jì)損失后果沒有包含在墾務(wù)局的大壩安全風(fēng)險評估指南中，但在決策程序中可能會考慮這些后果。大壩失事既有直接后果，也有不能直接用金錢來衡量的間接后果。這些后果是由潰壩后的洪水和水庫損失對環(huán)境、文化及歷史資源的影響而產(chǎn)生的。在大壩安全評估時通常沒有考慮這些類型的后果，但是在決策過程中它們可能會作為重要的考慮因素。

4 指南與標(biāo)準(zhǔn)

該指南的意圖是賦予現(xiàn)場具體因素適當(dāng)?shù)闹匾?，并且允許決策者們在選擇實施措施的過程中有回旋的余地?！洞髩伟踩脖Ｗo(hù)指南》為該指南提供了更進(jìn)一步的理論基礎(chǔ)。由于風(fēng)險評估的近似性，恰好低于該直線的風(fēng)險與恰好高于該直線的風(fēng)險在本質(zhì)上是相同的。因此風(fēng)險評估標(biāo)繪恰好低于該直線時，其需采取措施的正當(dāng)理由與風(fēng)險評估標(biāo)繪恰好高于此直線需采取相關(guān)措施的正當(dāng)理由強弱程度幾乎相同。當(dāng)風(fēng)險接近該指南值，且在風(fēng)險評估中置信度不高時，采取謹(jǐn)慎的行動過程可能需要收集額外的數(shù)據(jù)或者進(jìn)行額外的分析研究來更好地界定該風(fēng)險。接下來將討論大壩的安全措施以及它們的優(yōu)先次序。

5 大壩安全優(yōu)先次序等級(DSPR)

墾務(wù)局分析和描繪風(fēng)險的指南被用來幫助指導(dǎo)采取的措施是否具有正當(dāng)理由，這些指南沒有規(guī)定這些措施的優(yōu)先性或者緊迫性。作為一種通用規(guī)定，隨著年度失事概率和年度生命損失的增加，采取相關(guān)措施的緊迫性和正當(dāng)性也在增加。墾務(wù)局力圖通過已經(jīng)建立起來的方法和審查來研發(fā)一致性風(fēng)險評估。然而，風(fēng)險評估是由多種數(shù)據(jù)源發(fā)展而來的，雖然一致性是一個目標(biāo)，但在評估中并沒有預(yù)料到或獲得完全的一致性。因此，風(fēng)險數(shù)本身可能不是確定大壩安全措施優(yōu)先次序的最好方法。

為了幫助確定風(fēng)險管理活動的優(yōu)先次序和制定風(fēng)險管理活動的緊迫性，墾務(wù)局采用了一種大壩安全優(yōu)先性等級評定系統(tǒng)來協(xié)助決策。一座大壩的分類在時間上是動態(tài)的，且隨著工程特性的改進(jìn)或者可獲得的影響荷載、年度失事概率或失事后果等更加精確的信息而變化。

該DSPR系統(tǒng)提出了不同的緊急水平和相應(yīng)的措施。下面的DSPR類型包括了與風(fēng)險水平相關(guān)的主題詞以及用于協(xié)助規(guī)定DSPR的置信度。

5.1 DSPR1(立即優(yōu)先級)

這類DSPR用于年度生命損失或者年度失事概率極高且置信度高的事例。對正在發(fā)生的主動(active)失事模式的設(shè)施或者當(dāng)失事的可能性被認(rèn)定為極高的設(shè)施規(guī)定為DSPR1類將會很恰當(dāng)。采取立即降低風(fēng)險的臨時措施加上隨后長期的降低風(fēng)險的措施將比較恰當(dāng)。

5.2 DSPR2(緊迫優(yōu)先級)

該類DSPR用于年度生命損失或年度失事概率被評定為很高且置信度也很高的案例，或者年度生命損失與年度失事概率被猜測為很高至極高但置信度為低至中等的案例。在前一個案例中，實施臨時的和長期的降低風(fēng)險的措施比較合適。在后一個案例中，及時確認(rèn)風(fēng)險并實施降低風(fēng)險的臨時措施比較合理。DSPR1類與DSPR2類的主要差別是DSPR1類特別表明了正處于緊急狀況，需要立即采取措施，因為此時大壩有可能即將失事。DSPR2類設(shè)施具有很高的失事風(fēng)險或失事的可能性，但沒有處于時刻會發(fā)生危險的境地。

5.3 DSPR3(中度至高度優(yōu)先級)

該類DSPR用于年度生命損失風(fēng)險或年度失事概率被評估為中度至高度(接近、一般高于指南的值)且置信度為中度至高度的案例。對于置信度高的案例，實施降低風(fēng)險的長期措施比較合適。對于置信度為中等的案例，一旦他們可以被安排在其他優(yōu)先級的計劃中就對風(fēng)險進(jìn)行確認(rèn)比較合理。采用合理審慎的臨時措施也比較恰當(dāng)。DSPR3類規(guī)定表示該設(shè)施有潛在的大壩安全缺陷，其失事的風(fēng)險或可能性相當(dāng)大，有正當(dāng)理由采取措施來更好地確認(rèn)或降低風(fēng)險。

下面的條款可以被用來幫助確定該類大壩中所有大壩的相對優(yōu)先等級:

(1)年度失事概率和年度生命損失都為中度至高度的案例的優(yōu)先等級通常比只有一個指標(biāo)為高度的案例的要高。

(2)年度生命損失高或年度失事概率高且由單個潛在失事模式驅(qū)使的案例的優(yōu)先等級通常比由多個失事模式導(dǎo)致的風(fēng)險積累而達(dá)到的中度至高度風(fēng)險水平的案例的要高。

(3)由正常運行條件下顯現(xiàn)的潛在失事模式產(chǎn)生的風(fēng)險案例的優(yōu)先等級比主要由更遙遠(yuǎn)的水文或地震荷載產(chǎn)生的風(fēng)險案例的要高。

5.4 DSPR4(低度至中度優(yōu)先級)

該類DSPR包括年度生命損失和年度失事概率被評估為低(典型地，不總是低于指南的值)，但置信度為低至中等，以至于收集的補充信息很可能將將該評估值移至降低風(fēng)險的正當(dāng)理由需增強的區(qū)域的案例。此外，這類DSPR還包括評估的風(fēng)險和失事概率為中等至高，但置信度低以至于增加補充信息可能會降低該風(fēng)險的設(shè)施。DSPR4類設(shè)施可能會有“潛在”的擔(dān)心，但這些問題通常并不急需采取相關(guān)措施。可能建議進(jìn)行補充研究來確認(rèn)此風(fēng)險，而且在時間和預(yù)算允許的情況下應(yīng)該安排這樣做?？梢灶A(yù)料，在絕大多數(shù)情況下，這些工作可以推遲至大壩的下一次綜合審查之后。

5.5 DSPR5(低度優(yōu)先級)

該類DSPR包括年度生命損失和年度失事概率被評估為低至很低且置信度高以至于估計值不太可能隨補充的調(diào)查或研究而改變。大壩正常安全風(fēng)險管理活動(包括監(jiān)測)、運行、維護(hù)還將繼續(xù)。

6 DSPR系統(tǒng)的用法

墾務(wù)局可用于解決大壩安全問題的資源有限。確認(rèn)進(jìn)一步的措施是至關(guān)重要的，但確認(rèn)其優(yōu)先次序或與這些措施相關(guān)的時間框架也很重要。啟動各種應(yīng)對風(fēng)險的措施的優(yōu)先次序部分取決于可利用的資源和遍及墾務(wù)局的大壩的風(fēng)險。DSPR系統(tǒng)的意圖是在該計劃中有限的資源內(nèi)最大限度地降低遍及整個墾務(wù)局大壩的風(fēng)險，同時保證沒有大壩在短期內(nèi)表現(xiàn)出不合理的高風(fēng)險。

DSPR系統(tǒng)形成了優(yōu)先排序的初步基礎(chǔ)，之后優(yōu)先次序可能會因為其他原因而調(diào)整。最后，必須為單座大壩推薦的DSPR類別提供一個案例并作為風(fēng)險分析和風(fēng)險評估工作的一部分。在每種DSPR類別中考慮優(yōu)先級排序時，假設(shè)年度失事概率和年度生命損失風(fēng)險的權(quán)重是一樣的。在每種DSPR類別及其子類中，其他各項指標(biāo)也都是平等的，真實的數(shù)值可以被用來設(shè)定優(yōu)先級。然而，風(fēng)險不是確定優(yōu)先級所使用的唯一的一項數(shù)據(jù)，因為其他數(shù)據(jù)和獨特機遇也會影響優(yōu)先級的次序。其他因素可能包括(但不限于)風(fēng)險估計值中的置信度、引起該風(fēng)險的潛在失事模式的數(shù)量、荷載條件的類型和采取補充措施來降低風(fēng)險或更好地確定該風(fēng)險的估計費用。

7 大壩安全措施及其優(yōu)先級

大壩安全措施的最終目標(biāo)是降低大壩下游公眾的風(fēng)險。在風(fēng)險估計值置信度低的情況下，潛在的措施(如果有的話)應(yīng)該集中在增加置信度方面。對于風(fēng)險估計值高且置信度也高的情況，措施應(yīng)該集中在降低這些風(fēng)險方面。圖1舉例說明了可能的措施如何導(dǎo)致在風(fēng)險評估中增加置信度的一般過程。一旦風(fēng)險被評估且考慮了風(fēng)險水平，在給出風(fēng)險描述的情況下，技術(shù)團(tuán)隊將推薦合適的措施，根據(jù)風(fēng)險后果有6種能得到支持的可能措施。

(1)估計的風(fēng)險處在降低或更好了解此風(fēng)險的正當(dāng)理由減弱的區(qū)域，且其置信度高以至于在當(dāng)前認(rèn)為不必要采取進(jìn)一步的措施或研究。

(2)估計的風(fēng)險處在降低或更好了解此風(fēng)險的正當(dāng)理由減弱的區(qū)域，但其置信度低且存在這樣的可能，即補充信息可以將置信度以及估計的風(fēng)險提高到降低風(fēng)險的措施可能是合理的程度。提出合理的建議來更好地了解潛在的失事模式并使風(fēng)險評估更精細(xì)。

(3)估計的風(fēng)險處于降低或者更好地了解該風(fēng)險的正當(dāng)理由增加的區(qū)域，但其置信度低且存在補充信息可以提高置信度的潛力。推薦了附加措施。理想的情況是，這將會得出更精確的風(fēng)險評估結(jié)果，這樣結(jié)果可能會增加、降低或維持原水平。

(4)估計的風(fēng)險處于降低或更好了解此風(fēng)險的正當(dāng)理由減弱的區(qū)域，其置信度高，但盡管如此，還是推薦了費用很低的合理且審慎的措施。

(5)估計的風(fēng)險處于降低或更好了解該風(fēng)險的正當(dāng)理由增強的區(qū)域，其置信度高，所以在開展矯正措施研究和可能會實施降低風(fēng)險的臨時方案之前沒有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

(6)估計的風(fēng)險處于概率極低的區(qū)域，且失事后果嚴(yán)重以至于滿足ALARP標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)對風(fēng)險和可能減緩風(fēng)險的選擇方案進(jìn)行深入研究。

每個可能的措施需要就以下2個主要問題來創(chuàng)建大壩安全案例:

(1)技術(shù)團(tuán)隊必須說服決策者們，使其認(rèn)識到這些降低風(fēng)險的措施是合理的(或者不合理)。

(2)必須為風(fēng)險估計值的置信度，以及為補充的勘測、研究或分析是否有潛力改變所察覺的風(fēng)險，使其歸入不同的類型創(chuàng)建一個案例。正是該案例的基本原理和結(jié)構(gòu)框架有助于使決策者們確信得出的風(fēng)險數(shù)以及推薦的措施是否合理。

8 大壩安全案例

墾務(wù)局從實施風(fēng)險分析的初始階段開始就認(rèn)識到大壩分析可利用的程序和數(shù)據(jù)(雖然是定量的)沒有提供精確的數(shù)值結(jié)果。因此，僅僅依靠數(shù)值估計值與硬線標(biāo)準(zhǔn)(有時稱為基于風(fēng)險的評估)相比較是不合理的。決策通常比僅僅使用風(fēng)險分析的結(jié)果的描述更加復(fù)雜。該機構(gòu)已經(jīng)選擇使用一種更加“風(fēng)險知情”的方法，其中包括了補充信息來支持要采取所提出的改進(jìn)措施(或不采取措施)案例。

圖1 風(fēng)險、置信度和潛在措施

盡管在風(fēng)險分析期間作出了很多努力以獲取高質(zhì)量的結(jié)果，但風(fēng)險估計值本身只不過是指標(biāo)。如果以一致的方式達(dá)到風(fēng)險估計值，那么它們在計劃管理中會非常有用，因為它們將允許在不同設(shè)施間進(jìn)行相互比較和排序，強調(diào)了風(fēng)險在風(fēng)險評估指南中的地位。墾務(wù)局的風(fēng)險評估指南的意圖并不是把它當(dāng)做死板的決策標(biāo)準(zhǔn)，且僅依據(jù)一個風(fēng)險估計值來判明某項設(shè)施是否安全。由于這些風(fēng)險數(shù)值僅僅是風(fēng)險的近似測度，且風(fēng)險指南本身并不是死板的，因此為了證明風(fēng)險評估值和推薦的措施是正確的，附加的論證必不可少。創(chuàng)建大壩安全案例的意圖是以正式的并有條不紊的方式提出一種基本原理以說服決策者們采取認(rèn)真負(fù)責(zé)的措施(或者不采取任何措施)。

大壩安全案例是論據(jù)的一個邏輯組合，用來主張按規(guī)定的時間采取或不采取與安全相關(guān)的附加措施是合理的這種立場。這些論據(jù)將關(guān)于以下3個基本風(fēng)險組成部分的關(guān)鍵證據(jù)串連在一起:荷載概率、響應(yīng)概率和后果。有必要使決策者們相信大壩現(xiàn)有的狀況和其承受未來荷載的能力、風(fēng)險估計值和推薦的措施都是相互連貫的。由于每次索賠中的不確定性是固有的，這些論據(jù)也應(yīng)該強調(diào)對于立足于現(xiàn)有證據(jù)基礎(chǔ)上作出的結(jié)論來說置信度是否足夠高。

9 低概率的嚴(yán)重失事事件

對于決策者和風(fēng)險評估員來說，作出有關(guān)久遠(yuǎn)的將來荷載條件(或失事概率)且失事后果嚴(yán)重情況下的建筑物失事的決策都很困難。將地震和水文風(fēng)險推算至久遠(yuǎn)的未來區(qū)域的費用很高，且得出的荷載的基本依據(jù)也有很高的不確定性。預(yù)測每年發(fā)生概率小于百萬分之一的事件或失事概率預(yù)計變得很難站住腳，因而不確定性成為考慮潛在決策的主要因素。

有可能造成重大災(zāi)難的建筑物的存在表明，由建筑帶來的風(fēng)險和從其獲得的利益之間的權(quán)衡應(yīng)該被論證為具有高度的辯護(hù)力。然而，當(dāng)前論證很低水平的失事概率(每年發(fā)生概率小于百萬分之一)的專業(yè)能力有限，這并不意味著應(yīng)該忽視這些風(fēng)險或不應(yīng)該做出努力在這些案例中獲得可能的最優(yōu)信息。另外，也應(yīng)權(quán)衡補救措施的費用與獲得的風(fēng)險降低量之間的關(guān)系。應(yīng)該考慮ALARP原則并將其與建筑帶來的殘留風(fēng)險進(jìn)行權(quán)衡。在考慮建筑物的更多定性因素以及其帶來的危害后，決策策略經(jīng)常會發(fā)生改變。當(dāng)應(yīng)該考慮ALARP時可能提出以下問題:

(1)為描述風(fēng)險所做的一切均合理嗎?

(2)不確定性能否被表征和解釋?

(3)該建筑物對特定參數(shù)或特定部件的性能是否敏感?

(4)該建筑物是否有足夠且穩(wěn)固的防護(hù)措施，或者它是否只依靠單個部件來保證整個結(jié)構(gòu)的完整性?

(5)進(jìn)一步降低風(fēng)險是否經(jīng)濟(jì)可行?

(6)是否有應(yīng)該采取的合理謹(jǐn)慎的措施?

(7)墾務(wù)局能否負(fù)有責(zé)任地運行一項具有風(fēng)險且風(fēng)險情況已得到了解和描繪的設(shè)施?

10 結(jié)語

墾務(wù)局進(jìn)行正式的大壩安全風(fēng)險分析已經(jīng)超過15 a，風(fēng)險分析、風(fēng)險評估、風(fēng)險管理是墾務(wù)局大壩安全決策過程中的重要組成部分。墾務(wù)局已經(jīng)發(fā)現(xiàn)定量的風(fēng)險分析，若以一種一致的綜合方法加以應(yīng)用，就可使風(fēng)險識別變得容易，提高決策質(zhì)量，有助于確定大壩安全措施的優(yōu)先次序，花費最少資金最大限度地降低公眾風(fēng)險。盡管如此，認(rèn)識到對墾務(wù)局公眾保護(hù)指南所作的一些改進(jìn)對繼續(xù)有效管理墾務(wù)局清單上高危害大壩非常有必要。

相對于先前的指南(2003版)，對3個主要領(lǐng)域作了重大改動:增加大壩安全優(yōu)先等級(DSPR)來幫助確定大壩處理措施的優(yōu)先次序;與嚴(yán)格依靠數(shù)值風(fēng)險評估來進(jìn)行有關(guān)大壩安全的決策和確定大壩安全措施的優(yōu)先次序相反，其強調(diào)關(guān)鍵因素和證明風(fēng)險評估合理的論據(jù);為失事概率低且失事后果嚴(yán)重的大壩增加了需特別考慮的因素。

修訂的指南已經(jīng)實施了大約2 a，對大壩安全決策的積極影響是有利的，特別是在強調(diào)需要為大壩安全措施創(chuàng)建案例，以及在資源有限的條件下需要通過利用大壩安全優(yōu)先等級(DSPR)系統(tǒng)確定大壩安全工程的優(yōu)先次序的情況下更是如此。