失事風(fēng)險(xiǎn)管理基本原則及其在俄羅斯大壩安全支撐中的作用

俄羅斯·E.N.Bellendir，F(xiàn)ilippova E.A.

（俄羅斯水利工程研究院）

失事風(fēng)險(xiǎn)管理基本原則及其在俄羅斯大壩安全支撐中的作用

俄羅斯·E.N.Bellendir，F(xiàn)ilippova E.A.

（俄羅斯水利工程研究院）

自1997年《水工建筑物安全法》施行以來(lái)，對(duì)所有因失事可能導(dǎo)致出現(xiàn)緊急情況的水工建筑物都必須進(jìn)行安全等級(jí)評(píng)估。

運(yùn)行狀態(tài)和失事風(fēng)險(xiǎn)是基本要素之一，其決定了安全等級(jí)。評(píng)估大壩狀態(tài)之后，大體上就可以擬定出保持大壩正常運(yùn)行狀態(tài)和安全等級(jí)的所有必要措施、預(yù)測(cè)出水工建筑物的失事場(chǎng)景以及給出狀態(tài)監(jiān)控建議，如果需要的話。

失事風(fēng)險(xiǎn)是失事概率（或年均失事頻率）和失事后果的組合（第三方損失）。

優(yōu)秀的失事風(fēng)險(xiǎn)管理的執(zhí)行注重兩個(gè)方面，即減小結(jié)構(gòu)失事概率和減輕失事后果。在第一種情況中，關(guān)鍵因素是大壩狀態(tài)監(jiān)察、監(jiān)測(cè)（包括設(shè)計(jì)用于安全控制的數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)）、論證、計(jì)劃和及時(shí)的維護(hù)。

失事后果嚴(yán)重性首先可由組織措施來(lái)減輕。同時(shí)還應(yīng)滿足下列條件：有關(guān)不同失事場(chǎng)景信息及失事的發(fā)展過(guò)程信息的可獲取性（這一信息可從結(jié)構(gòu)物狀態(tài)和其失事概率評(píng)估結(jié)果中獲?。?；潰壩洪水波和洪水淹沒(méi)區(qū)參數(shù)（如果發(fā)生水動(dòng)破壞）；有關(guān)可能的第三方損失的信息。

筆者以俄羅斯水電集團(tuán)公司的水工建筑物安全和可靠性管理系統(tǒng)為例，介紹了綜合的大壩安全和可靠性支撐方法。也介紹了潰壩風(fēng)險(xiǎn)管理的基本原則和其在俄羅斯水工建筑物可靠性和安全性支撐方面的作用。文中采用了許多高壩案例來(lái)敘述安全和可靠性管理的方法，包括基于大壩狀態(tài)評(píng)估結(jié)果的方法。

安全等級(jí)；失事；風(fēng)險(xiǎn)管理；大壩安全

Operating state and failure risk are one of the basic factors,which define safety level.As the dam state is evaluated,all the necessary measures for providing normal operating state and safety level in the large are outlined,hydraulic structure failure scenarios are justified,state monitoring recommendations are developed if necessary.

Failure risk is a combination of failure probability(or average annual failure frequency)and failure consequence(third-party losses).

Optimal failure risk management is conducted in two directions:by reducing structure failure prob?ability and by mitigating failure consequences.In the first case the key factors are:dam state supervi?sion,monitoring including Data Diagnostic Systems designed for safety control,justification,planning and timely maintenance.

The severity of failure consequences can be reduced first of all by organizational measures.At the same time the following conditions must be met:availability of information concerning different failure scenarios and ways of their development(this information can be obtained from the results of structure state and its failure probability evaluation);dam break wave and flood zone parameters(in case of hydro?dynamic failure);information concerning possible third-party losses.

This paper describes complex approach for the support of dam safety and reliability with JSC“Rus?Hydro”Hydraulic Structures Safety and Reliability Management System as an example.Basic principles of dam failure risk management and its role in the support of reliability and safety of hydraulic structures in Russia are also described in the report.A number of high dams are used as examples to describe the ways of safety and reliability management,including those based on dam state evaluation results.

0　概述

1997年，《水工建筑物安全法》頒布實(shí)施，要求必須對(duì)所有失事會(huì)造成緊急情況的水工建筑物進(jìn)行評(píng)估。

目前，俄羅斯建筑規(guī)范確定了四種水工建筑物安全等級(jí)：正常、降等、不合格和危險(xiǎn)?？赏ㄟ^(guò)使用確定性方法和概率性方法來(lái)評(píng)估安全等級(jí)，這些評(píng)估方法是按特定方式聯(lián)系在一起的。

圖1　俄羅斯水工建筑物安全等級(jí)分類示意圖Fig.1 Hydraulic structures safety levels

1　水工建筑物安全等級(jí)和運(yùn)行狀態(tài)

在確定性方法中，運(yùn)行（技術(shù)）狀態(tài)分類是基本要素之一，決定了大壩的安全等級(jí)。當(dāng)前，俄羅斯建筑條例中對(duì)水工建筑物界定了三種可能的運(yùn)行狀態(tài)，見(jiàn)表1，在建筑物狀態(tài)評(píng)估時(shí)確定。評(píng)估意味著將建筑物狀態(tài)的定性和定量特征與標(biāo)準(zhǔn)值（安全標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行比較。

表1　大壩運(yùn)行狀態(tài)分類和對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)Fig.1Damoperatingstatetypesandcorrespondingsafetylevels

根據(jù)狀態(tài)評(píng)估的結(jié)果，可得出所有可使建筑物保持正常運(yùn)行狀態(tài)和保持整體安全水平的必要措施，也可驗(yàn)證建筑物失事的場(chǎng)景，見(jiàn)圖2。

圖2　大壩安全等級(jí)評(píng)估Fig.2 Dam safety level evaluation

決定大壩安全水平的基本要素包括其運(yùn)行（技術(shù)）狀態(tài)、大壩運(yùn)行狀況與設(shè)計(jì)要求及實(shí)際條例和規(guī)范要求的吻合程度、是否及時(shí)采取保持正常安全水平的維護(hù)措施。

建筑物的工作人員進(jìn)行緊急情況定位和處理的能力是對(duì)建筑物安全水平的重要貢獻(xiàn)，包括以下幾個(gè)方面：

（1）救援措施規(guī)劃，包括與緊急事務(wù)控制部（Emergency Control Ministry，EMERCOM）的合作；

（2）就緊急情況中的行為對(duì)工作人員和當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行培訓(xùn)；

（3）預(yù)警系統(tǒng)的改進(jìn)。

應(yīng)注意到，根據(jù)水工建筑物的安全水平評(píng)估結(jié)果，可驗(yàn)證保持正常安全水平的措施的復(fù)雜程度。

大壩安全水平評(píng)估的概率性方法意味著對(duì)大壩失事風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。其評(píng)估和分析是以下文件的基本要素之一：大壩安全公告、安全標(biāo)準(zhǔn)、保險(xiǎn)費(fèi)率和論證、第三方損失評(píng)估、優(yōu)化修復(fù)工作的投資。

失事風(fēng)險(xiǎn)與失事概率（或平均年失事概率）和其后果嚴(yán)重性相關(guān)，見(jiàn)圖3。

優(yōu)選的失事風(fēng)險(xiǎn)管理可通過(guò)兩種方式實(shí)施：（1）降低大壩失事風(fēng)險(xiǎn)（即降低失事頻率），這是工程措施；（2）減輕失事后果程度，這是組織措施。在第一種方法中，關(guān)鍵要素之一與大壩狀態(tài)監(jiān)控和監(jiān)測(cè)有關(guān)，包括建筑物的安全數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)（data di?agnostic system，DDS）、維護(hù)計(jì)劃和及時(shí)的實(shí)施。

應(yīng)采用組織措施來(lái)減輕大壩失事后果的嚴(yán)重性。同時(shí)，應(yīng)滿足如下要求：與大壩可能的失事場(chǎng)景以及失事的發(fā)展方式相關(guān)的信息應(yīng)公開、可獲取（該信息在大壩狀態(tài)評(píng)估和失事概率預(yù)估后可獲?。€有潰壩洪水波和洪水淹沒(méi)區(qū)域參數(shù)（在水動(dòng)破壞情況中），以及與可能的第三方損失有關(guān)的信息。

上述提及的要點(diǎn)在以下通過(guò)Ust-Ilimsk電站土石壩的失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和分析案例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。

圖3　大壩失事風(fēng)險(xiǎn)管理措施Fig.3 Dam failure risk management measures

2　Ust-Ilimsk大壩失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

Ust-Ilimsk水電站的左庫(kù)岸土石壩為一級(jí)建筑物，高28 m，見(jiàn)圖4。

圖4　Ust-Ilimsk水電站大壩下游圖Fig.4 Ust-Ilimsk dam tailwater view

影響該土石壩大壩安全的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是在其中布設(shè)有一拱形部分（約在9～12號(hào)壩段之間），拱形部分的凸出正對(duì)尾水方向。該拱形部分的兩邊靠12 m高的垂直部分連接。

大壩壩基為1～8 m厚的壤土和壤砂土，下部分布砂巖、泥巖和砂泥巖，其上部為松散體，強(qiáng)度很低。

2002年，曾對(duì)大壩狀態(tài)進(jìn)行過(guò)評(píng)估，與大壩其他壩段相比，9～12號(hào)壩段部分突出問(wèn)題是出現(xiàn)較大的壩頂區(qū)域沉降。根據(jù)研究結(jié)果，找到了較大變形的原因，并且擬定了一切必需的修護(hù)措施。同時(shí)，在Ust-Ilimsk大壩安全公告項(xiàng)目中，進(jìn)行了失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和分析。對(duì)左岸、右岸和混凝土溢洪道大壩的初步危險(xiǎn)分析均由專家承擔(dān)。根據(jù)其發(fā)生概率和后果，對(duì)失事場(chǎng)景進(jìn)行了排序。排序過(guò)程幫助選擇了其中某一個(gè)場(chǎng)景做進(jìn)一步詳細(xì)的定量失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，見(jiàn)表2和圖5、圖6。

圖5　Ust-Ilimsk大壩失事起因及其發(fā)展過(guò)程Fig.5 Ust-Ilimsk dam failure initiation and development scheme

圖6　A2失事場(chǎng)景的故障樹Fig.6 A2 failure scenario fault tree

對(duì)所選失事場(chǎng)景，其失事概率（平均年失事頻率）采用故障樹方法進(jìn)行評(píng)估，其結(jié)果為PA2=7.9× 10-5∕年。建筑物條例規(guī)定，一等建筑物失事概率不應(yīng)高于5.0×10-5∕年，而該數(shù)字高于這一極值，因此，其安全等級(jí)被定為“不合格”。

2011年，根據(jù)俄羅斯水利工程研究院和水電工程設(shè)計(jì)院提出的建議，對(duì)左岸堆石壩9～12號(hào)壩段的下游岸坡壩趾賦予了權(quán)重，因此，依照建筑物條例的要求，對(duì)下游壩坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了調(diào)整，失事概率（平均年失事頻率）降低到了PA2=4.6×10-5∕年，大壩失事風(fēng)險(xiǎn)被評(píng)定為“可接受的”，安全等級(jí)為“正?！薄?/p>

表2　對(duì)Ust-Ilimsk大壩左岸部分進(jìn)行的初步失事風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表Table 2 The results of preliminary failure risk estimation for the left-bank part of the Ust-Ilimsk dam

3　防止水工建筑物失事

根據(jù)聯(lián)邦《水工建筑物安全法》的條款，應(yīng)從以下幾方面防止水工建筑物失事：

（1）完善建筑物條例和運(yùn)行規(guī)范。

（2）政府對(duì)水工建筑物的業(yè)主、運(yùn)營(yíng)單位以及其他會(huì)降低建筑物安全等級(jí)的團(tuán)體進(jìn)行監(jiān)察，以確保與建筑物條例中的要求和運(yùn)行說(shuō)明保持一致。

（3）對(duì)大壩和壩基狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除那些會(huì)發(fā)展并引起建筑物部分或完全失去操作性或?qū)е挛C(jī)的缺陷。

（4）為工作人員緊急情況定位、演練和安全意識(shí)培訓(xùn)提供必要的物力和財(cái)力資源。

根據(jù)水工建筑物的安全公告經(jīng)驗(yàn)，可以邀請(qǐng)業(yè)主和運(yùn)營(yíng)單位來(lái)關(guān)注與大壩狀態(tài)運(yùn)行方運(yùn)行、及時(shí)修復(fù)和維護(hù)等有關(guān)的工作中存在的和未解決的問(wèn)題，并確定提高水工建筑物的可靠性和安全性的措施。因此，例如2010年，Kem水電系統(tǒng)的安全公告顯示其安全等級(jí)為“不合格”，原因是Krivoporozhs?kaya水電站土石壩其中一段的抗?jié)B性降低。當(dāng)其修復(fù)工程完工以后，Krivoporozhskaya水電站和整個(gè)Kem水電系統(tǒng)的安全水平被評(píng)為“正?！?。

安全公告可促進(jìn)開發(fā)和采用新的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)診斷和自動(dòng)化系統(tǒng)。

促進(jìn)那些有益于維持大壩正常安全水平的工作是大壩安全公告的主要原則之一。應(yīng)注意到，自從《水工建筑物安全法》生效以來(lái)，電力行業(yè)內(nèi)480多個(gè)工程建筑物和行業(yè)的安全水平都有所提高，因此，根據(jù)俄羅斯水工建筑物登記局的信息，俄羅斯境內(nèi)水工建筑物的安全水平如下：

（1）39.4%的水工建筑物處于正常的安全水平，不存在會(huì)引起緊急情況的缺陷或損毀，建筑物的運(yùn)行符合條例和安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）43.4%的水工建筑物處于降等的安全水平，建筑物的技術(shù)狀態(tài)處于正常，但有些地方違背了運(yùn)行準(zhǔn)則。

（3）12.5%的水工建筑物處于不合格的安全水平，超過(guò)了第一（警戒）安全標(biāo)準(zhǔn)值。

（4）4.7%的水工建筑物處于危險(xiǎn)安全水平，超過(guò)了安全標(biāo)準(zhǔn)值，其性態(tài)不佳，以后按設(shè)計(jì)模式運(yùn)行是不可能的。

設(shè)計(jì)用于自然管理的水工建筑物在安全維護(hù)方面存在許多問(wèn)題。

根據(jù)俄羅斯聯(lián)邦《水工建筑物安全法》，安全支持包括制定和實(shí)施防止水工建筑物失事的措施。安全和可靠性管理的相關(guān)事宜仍然是當(dāng)前關(guān)注的問(wèn)題。它意味著需要建立和實(shí)施一個(gè)由法律、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、組織和社會(huì)心理學(xué)措施組成的綜合系統(tǒng)來(lái)防止水工建筑物可能的失事，并定位和執(zhí)行其結(jié)果（防止失事是指主動(dòng)的管理措施，而定位和執(zhí)行則是指被動(dòng)措施）。

另外，由俄羅斯水電集團(tuán)提出的“水工建筑物系統(tǒng)安全和可靠性概念”被作為一個(gè)案例進(jìn)行檢視。

4　俄羅斯水電集團(tuán)水工建筑物安全管理系統(tǒng)

水工建筑物安全和可靠性管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)目的是有效支持俄羅斯水電集團(tuán)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)的水工建筑物在其整個(gè)生命周期內(nèi)都保持標(biāo)準(zhǔn)的安全和可靠性水平。

俄羅斯水電集團(tuán)采用的安全和可靠性管理的基本原則包括：

（1）把安全管理系統(tǒng)的目標(biāo)和任務(wù)與公司的長(zhǎng)期目標(biāo)和商業(yè)過(guò)程相結(jié)合的原則。

（2）在建筑物整個(gè)生命周期內(nèi)，保持成本和損耗最佳關(guān)系的原則。

（3）可靠性和安全改進(jìn)措施優(yōu)化以及安全設(shè)施保護(hù)原則為：

①對(duì)存在高失事風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)施，安全和可靠性改進(jìn)措施是第一要?jiǎng)?wù)；

②在選擇降低失事風(fēng)險(xiǎn)的措施時(shí)，最優(yōu)先選擇最有效的措施，即相同成本條件下可最大程度降低失事風(fēng)險(xiǎn)的措施。

（4）可接受的失事風(fēng)險(xiǎn)原則上應(yīng)考慮由這些失事引發(fā)的危險(xiǎn)范圍。

（5）對(duì)公司管理層、利益相關(guān)者、水電站員工、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和大眾媒體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)管理活動(dòng)應(yīng)具有透明性原則。

（6）在水工建筑物安全和可靠性管理的范疇中，以創(chuàng)新為導(dǎo)向的原則。

（7）重視生態(tài)的原則，這意味著在進(jìn)行影響生態(tài)系統(tǒng)和自然綜合系統(tǒng)的活動(dòng)時(shí)，在滿足監(jiān)管要求的前提下，在安全和可靠性管理方面有必要采取管理型決策。

根據(jù)安全和可靠性管理系統(tǒng)的既定目標(biāo)，其基本目標(biāo)包括以下過(guò)程中的組織和支持：

①公司水工建筑物狀態(tài)監(jiān)測(cè)，包括自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理。

②公司水工建筑物的狀態(tài)評(píng)估；

③公司水工建筑物失事風(fēng)險(xiǎn)情況的確定，包括根據(jù)其失事風(fēng)險(xiǎn)對(duì)這些建筑物進(jìn)行排序。

④在水工建筑物安全和可靠性方面，進(jìn)行實(shí)踐和監(jiān)管知識(shí)管理。

絕大多數(shù)情況下，水工建筑物安全和可靠性系統(tǒng)的運(yùn)作計(jì)劃意味著連續(xù)實(shí)施其基礎(chǔ)過(guò)程。

如今，俄羅斯水電集團(tuán)已經(jīng)建立起了一個(gè)分析中心，旨在對(duì)那些為將公司水工建筑物綜合體和水電系統(tǒng)保持在正常安全和可靠性水平上而采取的措施進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)、通知、支持和監(jiān)督。

5　結(jié)語(yǔ)

在俄羅斯政府層面，水工建筑物失事風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)目前正在被吸納進(jìn)理論和實(shí)踐操作中。這些系統(tǒng)能在平衡降低失事風(fēng)險(xiǎn)措施的成本和水工建筑物效益的最佳關(guān)系的前提下，提供可接受的失事風(fēng)險(xiǎn)。俄羅斯水電集團(tuán)是水工建筑物失事風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)施的領(lǐng)導(dǎo)者之一。

文獻(xiàn)來(lái)源：International Commission on Large Dams.Proceed?ings of 81st Annual Meeting Symposium,2013.

翻譯：崔弘毅

校核：許傳桂

Title:Failure risk management:basic principles and its role in dam safety support in Russia

by E.N. Bellendir and Filippova E.A.∕Vedeneev VNIIG

Since 1997 when the law On hydraulic structures safety was put into effect,all hydraulic struc?tures whose failure would result in emergency situation must have their safety level assessed.

safety level;failure;risk management;dam safety

TV697.1

B

1671-1092（2016）04-0074-05

2016-04-24