I指數(shù)法對現(xiàn)行規(guī)范自動化監(jiān)測與風(fēng)險控制完善的探討

張翔宇

(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司(華電貴州公司)東風(fēng)發(fā)電廠貴州省清鎮(zhèn)市鴨池河　551408)

I指數(shù)法對現(xiàn)行規(guī)范自動化監(jiān)測與風(fēng)險控制完善的探討

張翔宇

(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司(華電貴州公司)東風(fēng)發(fā)電廠貴州省清鎮(zhèn)市鴨池河551408)

本文在介紹工程安全與風(fēng)險關(guān)系、風(fēng)險指數(shù)法的基礎(chǔ)上，根據(jù)基層一線水利水電工程建設(shè)、運行的風(fēng)險監(jiān)測、分析、管理與研究經(jīng)驗，結(jié)合2012年中國大壩年會、2013年國際大壩年會的相關(guān)信息及有關(guān)文獻，為了更好地促進水利水電工程可持續(xù)發(fā)展、提高工程風(fēng)險管理水平的角度，對應(yīng)用I指數(shù)法對現(xiàn)行規(guī)范自動化監(jiān)測與風(fēng)險控制的完善進行了探討，提出了對現(xiàn)行規(guī)范完善的意見和建議。

I指數(shù)法；現(xiàn)行規(guī)范；自動；監(jiān)測；風(fēng)險控制；

我國已建各類水庫、大壩(以下稱“庫壩”)總數(shù)已達八萬七千多座，且?guī)靿芜\行的安全問題不僅與科學(xué)技術(shù)有關(guān)，還涉及許多社會問題，因此必須有相應(yīng)的社會法律和技術(shù)規(guī)范作保障，才能搞好庫壩的安全管理與運行，這是大量水壩失事造成的慘痛災(zāi)難教訓(xùn)。一些發(fā)達國家都很重視大壩安全的立法工作，相繼制定了許多有關(guān)大壩安全管理和安全監(jiān)測的法規(guī)或立法。新中國成立后，國務(wù)院及歷屆水利、水電行政主管部門十分重視水庫安全的法制建設(shè)，陸續(xù)頒布了《中華人民共和國水法》、《水利水電工程管理條例》、《水庫工程管理通則》、《水閘工程管理通則》、《河道堤防工程管理通則》、《水電站大壩安全管理暫行辦法》、《水電站大壩安全檢查施行細(xì)則》、《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》等行政性、技術(shù)性法規(guī)，已在各類水壩的安全管理中發(fā)揮著重大作用。然而，與蓬勃發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)和水壩安全管理的實際需要相比，我國在庫壩安全管理法制建設(shè)方面還有很大差距。隨著近十余年來《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5178-2003，以下稱“03規(guī)范”)、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5259-2010，以下稱“10規(guī)范”)、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SL 551-2012，以下稱“12規(guī)范”)、《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SL601 -2013，以下稱“13規(guī)范”)等水電、水利行業(yè)現(xiàn)行大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(以下合稱“現(xiàn)行通用規(guī)范”)的先后頒布實施，雖然差距在縮小，但仍需不斷努力追趕。本文在介紹工程安全與風(fēng)險關(guān)系的基礎(chǔ)上，進一步介紹了國際大壩委員會第41期會刊推薦的風(fēng)險指數(shù)法，然后根據(jù)作者二十多年來一直在基層一線從事水利水電工程建設(shè)、運行的風(fēng)險監(jiān)測、分析、管理與研究經(jīng)驗，結(jié)合2012年中國大壩年會、2013年國際大壩年會、水電2013大會—中國大壩協(xié)會2013學(xué)術(shù)年會暨第三屆堆石壩國際研討會的相關(guān)信息、文獻，為促進水利水電工程的發(fā)展，從可持續(xù)發(fā)展角度，對現(xiàn)行通用規(guī)范的完善與風(fēng)險控制進行探討。

1　工程風(fēng)險監(jiān)測與控制

1.1工程安全與風(fēng)險的關(guān)系

2000年在中國召開的第20屆國際大壩會議對中國壩工界具有十分重要的意義，這次會議的第76項專題為大壩風(fēng)險分析。此后，大壩風(fēng)險逐漸發(fā)展成一種安全管理新理念；其最大的特點就是不僅關(guān)心大壩安全，而且關(guān)心大壩潰決對上、下游的影響，換言之，大壩風(fēng)險就是大壩潰決概率和潰決影響的綜合。大壩風(fēng)險這個理念對中國大壩安全與管理的影響十分巨大，實際上是將中國工程界歷來重視的“工程安全”轉(zhuǎn)換到“工程風(fēng)險”的思路上來。工程安全和工程風(fēng)險兩種理念代表了兩種不同的生產(chǎn)力發(fā)展水平要求；生產(chǎn)力水平較低時，人們滿足于工程的安全。隨著生產(chǎn)力發(fā)展，人們已不僅僅關(guān)注工程是否安全，而且更加關(guān)注與自己切身利益和生存有關(guān)的社會、環(huán)境等各種威脅。這就是為什么先進國家率先提出風(fēng)險的理念，這也是為什么中國政府在21世紀(jì)提出了“以人為本”和全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略決策。

1.2風(fēng)險監(jiān)測與風(fēng)險控制

風(fēng)險監(jiān)測是掌握大壩運行性態(tài)、指導(dǎo)工程施工和運行、反饋設(shè)計的有效方法。從某種意義上講，盡管風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)不能增加大壩安全性(如強度、穩(wěn)定性等)，但能及時發(fā)現(xiàn)大壩等監(jiān)測對象存在的隱患，所以風(fēng)險監(jiān)測能減少構(gòu)筑物的風(fēng)險。另一方面，通過風(fēng)險分析、評價，能對風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)進行補充、完善，能及時科學(xué)地制定監(jiān)測方案，增加監(jiān)測工作有效性和針對性。因此，水庫、大壩的安全監(jiān)測與風(fēng)險控制是相輔相成的關(guān)系。

2　風(fēng)險指數(shù)法與國內(nèi)外風(fēng)險管理

2.1風(fēng)險指數(shù)法

對大壩安全監(jiān)測，國際大壩委員會第41期會刊推薦了風(fēng)險指數(shù)法，該方法中考慮的大壩風(fēng)險因素如表1所示，從環(huán)境、庫容及大壩設(shè)計、施工、運行和下游情況等方面評價大壩風(fēng)險，基本上考慮到水壩失事的潛在因素和損失兩個方面。

表1　大壩風(fēng)險指數(shù)估算表建議的危險狀態(tài)評價

根據(jù)表1中各因素的不同程度由(1)～(3)式分別計算E、F、R等分項風(fēng)險指數(shù)，再由(4)式計算建筑物風(fēng)險總風(fēng)險指數(shù):

根據(jù)式(4)計算的風(fēng)險指數(shù)ag可以得出大壩的整體風(fēng)險，在此基礎(chǔ)上對大壩風(fēng)險進行分級評價，依據(jù)不同風(fēng)險選擇不同的安全監(jiān)測項目、測次。其中，監(jiān)測項目的選定方法取決于風(fēng)險指數(shù)ag和壩高，見表2。

表2　建議的大壩監(jiān)測項目

正常情況監(jiān)測測次的選定方法取決于風(fēng)險指數(shù)ɑg和大壩運用時期、水庫功用(蓄水類型與管理)等，見表3。

表3　建議的正常情況測次

上述方法在風(fēng)險識別、計算方法和損失等方面均存在不足，且未考慮應(yīng)急救援等對大壩風(fēng)險的影響，因此，作者提出了I指數(shù)法，并對其進行了改進(參見文獻[6])。

2.2國內(nèi)外風(fēng)險管理

二十世紀(jì)七十年代，美國卡薩格蘭特提出將風(fēng)險的理論應(yīng)用到庫壩安全的評價中，美國土木工程師刊登了一篇將風(fēng)險的理論應(yīng)用于對泄水建筑物的設(shè)計進行安全評價的報告，風(fēng)險分析理論在水利工程中開始發(fā)展；二十世紀(jì)八十年代初，美國土木工程師發(fā)表了很多關(guān)于庫壩潰壩風(fēng)險的基本原理、評價方法和實際應(yīng)用的文章；尤其是2000年在中國召開的第20屆國際大壩會議對國內(nèi)外壩工界具有十分重要的意義，這次會議的第76項專題就是大壩風(fēng)險分析，此后，大壩風(fēng)險逐漸發(fā)展成一種安全管理新理念，尤其是在美國、加拿大、澳大利亞和西歐等發(fā)達國家和地區(qū)發(fā)展迅速。各國結(jié)合本國特點，初步建立了相應(yīng)的風(fēng)險分析方法，2002年美國頒布了“國家大壩安全與防衛(wèi)法案”，在這部新法案中，明確將庫壩、機場、橋梁、核電站和公路作為國家最重要的基礎(chǔ)設(shè)施加以保護。2003年，澳大利亞大壩委員會正式發(fā)布了《風(fēng)險評價指南》，國際大壩委員會發(fā)布了《大壩安全管理中的風(fēng)險評價》指南。2013年8月在美國西雅圖召開了國際大壩委員會第81屆年會，會議啟動了《大壩安全風(fēng)險管理中后果與潛在危害分析》技術(shù)公報的編寫工作，并對《大壩全生命周期安全管理導(dǎo)則》的編制工作進行了研究。

中國大壩安全管理在取得巨大成就的同時也面臨巨大挑戰(zhàn)；隨著近20年來我國進入的庫壩建設(shè)高峰，新老庫壩安全管理工作是擺在水利水電工作者面前的長期而艱巨的任務(wù)；河流梯級開發(fā)形成的水庫群所涉及的大壩安全管理任務(wù)更加艱巨，面臨的挑戰(zhàn)也更加嚴(yán)峻。2011年6月15日，為加強電力安全事故的應(yīng)急處置工作，控制、減輕和消除電力安全事故損害，國務(wù)院第159次常務(wù)會議通過《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》(以下簡稱“條例”)并于2011年9月1日起施行；為貫徹落實該《條例》，加強對可能引發(fā)電力安全事故的重大風(fēng)險管控，國家電監(jiān)會組織制定了《電力安全事件監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(以下簡稱“規(guī)定”)，并于2012年1月12日印發(fā)、執(zhí)行，該《規(guī)定》明確將庫水漫壩或水電廠在泄洪過程中發(fā)生的消能防沖設(shè)施破壞、下游近壩堤岸垮塌列為國家電力監(jiān)管部門重點監(jiān)管的十項電力安全事件之一。

3　現(xiàn)行規(guī)范自動化監(jiān)測探討

3.1監(jiān)測項目與測次的設(shè)置

自動監(jiān)測項目、測次的設(shè)置是大壩安全監(jiān)測的前題，對減少庫壩安全風(fēng)險、提高監(jiān)測系統(tǒng)的有效性和針對性具有十分重要的意義。到目前為止，有兩類規(guī)范對大壩監(jiān)測項目、測次的設(shè)置作出較明確規(guī)定；一類是通用監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，具體是上述現(xiàn)行通用規(guī)范，另一類是針對具體大壩、水閘、堤防等設(shè)計、施工、運行管理和安全鑒定的專用規(guī)范，專用規(guī)范中有些將監(jiān)測項目分成一般性和專門性兩種，前者對應(yīng)必選監(jiān)測項目，后者對應(yīng)可選監(jiān)測項目；專用規(guī)范針對大壩的具體結(jié)構(gòu)、運行和安全特點，通用規(guī)范是對專用規(guī)范的有效補充和說明。本文僅對現(xiàn)行通用規(guī)范進行探討。

首先，現(xiàn)行通用規(guī)范根據(jù)水利、水電工程等級來設(shè)置監(jiān)測項目，盡管在工程等級劃分過程中已經(jīng)考慮到下游可能的損失，但樞紐等級劃分在工程施工前已完成且是以庫容等因素為主的，工程建成后，大壩材料、運行環(huán)境、基礎(chǔ)力學(xué)、滲流性能及其風(fēng)險區(qū)域的人口數(shù)量、資源和環(huán)境因素等也都隨時間推移在變化，且每座大壩在結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、運行工況和周邊環(huán)境等方面存在差異，即使工程等級相同的大壩，由于設(shè)計、施工等的不同，其風(fēng)險也可能存在很大的差異；即同一工程等級的大壩或同一座大壩不同時期失事概率和失事后的損失都明顯不同，大壩的安全狀況，特別是安全風(fēng)險存在差異且會發(fā)生變化，因此僅從工程等級上進行監(jiān)測項目設(shè)置的現(xiàn)行通用監(jiān)測規(guī)范難以全面體現(xiàn)這種差異和庫壩風(fēng)險的動態(tài)變化，所以現(xiàn)行通用規(guī)范還難以達到安全監(jiān)測和風(fēng)險控制的目的。

其次，現(xiàn)行通用規(guī)范按照大壩運行時間來確定監(jiān)測測次，未考慮庫壩風(fēng)險的動態(tài)特征，未考慮老化風(fēng)險期的監(jiān)測測次；從時間上講，大壩失事概率較高的兩個時期分別是首次蓄水期和老化期，在這兩個時期，結(jié)構(gòu)存在的風(fēng)險較高，因此在這兩個時期安全監(jiān)測的項目和測點布置應(yīng)該更多一些、測次更密集些。對于前者，由于新建工程處于首次運用期，特別是人們對真實結(jié)構(gòu)的安全狀況缺乏了解，增加了建筑物、庫岸的風(fēng)險，此時監(jiān)測項目和測點布置就應(yīng)該多一些；對于后者，可以通過包括對人工觀測資料進行分析在內(nèi)的建筑物安全狀況評估，對監(jiān)測項目設(shè)置和測點布置進行優(yōu)化。若建筑物安全風(fēng)險很小，則可減少監(jiān)測項目、測點。對風(fēng)險較大的，除采取必要的工程加固措施外，還需增加必要的監(jiān)測項目和測點。

再次，對漿砌石壩(含重力壩、拱壩)，按主要建筑材料分類，應(yīng)歸于土石壩范疇，但實際上其結(jié)構(gòu)和破壞形式與混凝土壩更加接近，所以在開展相關(guān)監(jiān)測工作引用現(xiàn)行通用規(guī)范時應(yīng)參照03規(guī)范或13規(guī)范；因此，運用風(fēng)險指數(shù)法可減少工程結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險、減少監(jiān)測系統(tǒng)(投資)風(fēng)險。前述國際大壩委員會第41期會刊推薦的風(fēng)險指數(shù)法雖然有很多優(yōu)點，可較好地解決現(xiàn)行規(guī)范存在的問題，但也存在明顯不足，建議采用作者提出的I指數(shù)法[6]開展大壩的安全監(jiān)測及其工作十分必要；同時I指數(shù)法將工程結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險和監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)險有機結(jié)合起來，撇開了混凝土壩與土石壩之間的人為分類，也有利于理論依據(jù)的統(tǒng)一。

最后，根據(jù)二○一二年二月國務(wù)院印發(fā)的《質(zhì)量發(fā)展綱要(2011-2020年)》中提出的“要積極應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料”要求，及時引入新技術(shù)也是必要的；同時，構(gòu)筑物安全風(fēng)險嚴(yán)格按照荷載、結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件的概率分布及功能函數(shù)并在此基礎(chǔ)上考慮失事?lián)p失的風(fēng)險分析方法過程比較復(fù)雜，且許多損失難以采用定量的方式加以描述，即考慮結(jié)構(gòu)體系失效及其損失的風(fēng)險分析方法目前尚缺乏實用性。所以，本文建議I指數(shù)法進行風(fēng)險分析并以此確定監(jiān)測項目、測次，較現(xiàn)行通用規(guī)范更加科學(xué)、合理且簡明實用，是可行的。

3.2測點的布置與匹配性、功能性

現(xiàn)行通用規(guī)范對測點布置規(guī)定較少，一般只規(guī)定測點“間距”和“重要部位”，因此在測點布置方面更需借助于風(fēng)險分析的相關(guān)理論，以減少重要安全信息的遺漏、避免不必要的重復(fù)。通過有限測點實現(xiàn)對整個建筑物安全信息的采集，要求測點必須具備代表性、最大風(fēng)險顯示性和最敏感性3個條件，測點布置沒有必要一定均勻布置，在監(jiān)測物理量梯度較大和風(fēng)險較高的部位則密，在監(jiān)測物理量空間變化率較小和風(fēng)險較小的地方可較稀。

功能性測點布置與結(jié)構(gòu)分析密不可分，如滲流量排水孔的布置問題，排水孔具有降低壩基滲壓的作用，同時也是監(jiān)測壩基防滲的重要監(jiān)測項目，不同的孔位布置，不但監(jiān)測效果不同，而且降低揚壓力的效果也不相同，因此采用數(shù)值計算和風(fēng)險分析方法，選擇對降低滲壓效果最好的位置布置測點也是測點設(shè)置中須考慮的問題。此外，許多監(jiān)測項目的資料分析需要借助相鄰測點和相關(guān)項目進行，因此，在監(jiān)測項目、測點設(shè)置時須考慮到匹配問題，如在大壩滲流監(jiān)測資料分析中，若某測壓管水位升高，可能是上游出現(xiàn)裂縫，也可能是下游淤積，必須借助于上游測壓管和下游滲流量監(jiān)測資料進行分析，因此應(yīng)在該測壓管測點上游設(shè)置滲壓測點，在下游設(shè)置滲壓、滲流量測點?？傊捎诂F(xiàn)行通用規(guī)范均未明確自動化測點布置的匹配性、功能性，建議進行補充，并將風(fēng)險分析的相關(guān)理論納入其中。

3.3自動化實施

如上所述，大壩失事概率較高的兩個時期分別是蓄水期和老化期；從監(jiān)測自動化工程實施時間上，可分成新壩監(jiān)測自動化和老壩監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造兩類。對于前者，由于新壩風(fēng)險高，此時自動化監(jiān)測項目和測點就應(yīng)多些，對目前條件(更多的是由于監(jiān)測儀器不可靠的原因)不成熟的監(jiān)測項目和測點可以暫緩實現(xiàn)自動化；對于后者，可以通過包括對人工觀測資料進行分析在內(nèi)的建筑物風(fēng)險狀況評估，對監(jiān)測項目設(shè)置和測點布置進行優(yōu)化，如建筑物安全風(fēng)險很小，就可以減少自動化監(jiān)測項目和測點；對于安全風(fēng)險較大的大壩，除采取必要的工程加固措施外，還需要增加必要的自動化監(jiān)測項目和測點。監(jiān)測系統(tǒng)自動化實施及其相關(guān)規(guī)定，在03規(guī)范、12、10規(guī)范、13規(guī)范等現(xiàn)行通用規(guī)范均未涉及，建議補充，利于同相關(guān)自動化監(jiān)測規(guī)范的銜接和相互補充。

3.4電視監(jiān)控

現(xiàn)行規(guī)范對電視視屏監(jiān)視系統(tǒng)未涉及，建議列入現(xiàn)行規(guī)范，并將其納入風(fēng)險監(jiān)測自動化，以便對大壩、岸坡等關(guān)鍵部位及其監(jiān)測設(shè)施建立電視圖像觀測點進行實時監(jiān)控，將圖像傳輸?shù)奖O(jiān)測中心站和相關(guān)管理機構(gòu)進行圖像管理、顯示、錄制、回放，并對攝像設(shè)備進行遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)能提高安全報警的可靠性，更好地提供和了解大壩、岸坡等關(guān)鍵部位的工作狀態(tài)、運行情況，實現(xiàn)大安全、大范圍風(fēng)險監(jiān)控。

4　結(jié)論

(1)本文通過論證，指出以I指數(shù)法對現(xiàn)行規(guī)范中監(jiān)測項目、測次的確定方法進行完善是科學(xué)、合理且可行的；運用I指數(shù)法還可對自動監(jiān)測系統(tǒng)匹配性、功能性進行優(yōu)化。

(2)通過對水壩風(fēng)險特性的分析，提出了運用風(fēng)險指數(shù)法完善現(xiàn)行規(guī)范監(jiān)測系統(tǒng)自動化實施、補充電視監(jiān)控系統(tǒng)的建議。

[1]混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T 5178-2003)[S]，北京:中國電力出版社，2003.7

[2]土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T 5259-2010)[S]，北京:中國電力出版社，2011.4

[3]土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL 551-2012)[S]，北京:中國水利水電出版社，2012.4

[4]混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL 601-2013)[S]，北京:中國水利水電出版社，2013.4

[5]混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SDJ 336—89)[S]，北京:中國水利水電出版社，1989.3

[6]Icold.Zhangxiangyu.I Index Innovation and Application in Risk Control of Water Conservancy and Hydropower Engineering[C].International Symposium on Dams ina Global Environmental Challenges.Indonesia.2014.06.

[7]張翠勤、許傳桂，大壩監(jiān)測的一般原理—國際大壩委員會60號文件1988，大壩與安全，1991.01(1):36-39.

(責(zé)任編輯:王先桃)

Utilizing I Index Method for the Perfection of the Automatic Monitoring and Risk Control in the Current Specification

ZHANG Xiangyu
(Guizhou Wujiang Hydraulic Power Development Corporation Limited(ChinaHuadian Corporation Guizhou Branch) Dongfeng Hydraulic Power Plant，Qingzhen 551408，China)

With the development of science and technology，new methods and instruments for the risk monitoring of hydraulic projects keep emerging.With the fast development of automation，the relevant monitoring specifications have been updated continually.According to the accumulated experiences in the risk monitoring，risk analysis，management and research in hydraulic projects，and in combination with the related information and relevant documentations of China Dam 2012 Annual Conference and International Dam 2013 Annual Conference，Utilizing I Index Method for the Perfection of the Automatic Monitoring and Risk Control in the Current Specification was explored in order to promote a sustainable development for hydraulic projects and improve hydraulic projects management.Some suggestions for the improvement of the current specification were proposed.

I index method；the current specification；automation；monitoring；risk controlling

TV867

1000-5269(2016)01-0136-05DOI:10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.01.31

2015-06-30

張翔宇(1969-)，男，高級工程師，從事水利水電工程建設(shè)、運行的風(fēng)險監(jiān)測、分析、管理與研究工作。Email:854584164＠qq.com.

張翔宇，Email:854584164＠qq.com.