浙江省土石坝安全管理风险分析方法

唐 毅，施俊跃，彭 洪，王 东，牛 坤，赖 勇，蔡小仁

（1.浙江省水利水电工程局，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利工程管理总站，浙江 杭州 310009；3.四川大学，四川 成都 610065；4.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002）

1 问题的提出

我国是全球大坝工程第一大国。截至2009年，我国已建的各类水库8.7万余座，其中经过安全鉴定存在安全隐患的病险水库超过水库总数的40%，这些病险库绝大多数为土石坝，且大多集中建于20世纪50—70年代，突出表现在数量众多的中小型水库上［1］。由于当时特定的历史原因及受筑坝和管理技术的限制，相当一部分大坝存在防洪标准低、施工质量差和安全隐患多等一系列问题，再加上年久失修，造成大量的病险水库，甚至诱发溃坝事件。近些年，全国各地多方筹集资金，大力推进水库大坝除险加固工作，取得了一定的成效，但小型土石坝及山塘的除险加固工作仍然任重道远。

风险分析是对人类社会中存在的各类风险进行风险识别、风险估计和风险评价，并基于此采用风险管理技术，作出风险处理和决策，对风险实施有效的控制和妥善处理所致损失的后果，期望以最小的成本获得最大的安全保障。近些年来，大坝风险管理技术在国外得到了快速发展和广泛应用，以加拿大为首，美国、澳大利亚、挪威等在风险评价法规和标准的建设方面形成了比较完备的体系［2－6］，通过在相当数量水库大坝上的成功应用，有力地印证了该项技术的实用性和有效性。

随着我国经济和社会的发展，水库功能及其对公共安全的影响已经越来越为人们所关注，政府的治水思路也已经从早期的控制洪水向洪水管理转化，从 “入海为安”向“承受适度风险”的理念转换，这种带有风险思想的管理理念，越来越被社会所接受。这方面的研究工作也变的越发紧迫和有意义，引导我国水库大坝工程的安全管理向更加综合、更加全面的风险管理转化［7］。

本文收集了浙江省1954—2001年完建水库中的土石坝病险水库案例数据。包括了从2000年以来省管大中型、重点小型水库及宁波市各类水库土石坝的大坝安全认定资料，具有一定的代表性和权威性［8］。通过采用故障树和事件树的风险分析方法，构建了 “浙江省土石坝安全管理综合图谱”。并试图以此为实例，探索加强大坝安全管理的一种新途径和新方法。

2 浙江省土石坝安全管理事件树及故障树分析

2.1 土石坝安全管理事件树［9－11］

事件树分析法 （ETA，Event Tree Analysis）是一种由原因推论结果的时序逻辑分析方法，它在给定一初因事件的前提下，按照可能导致的后续事件，分阶段地进行分析，后续事件只能取完全对立的2种状态 （成功或失败等）之一，直到系统事故为止。它既可以定性地了解事件发展的动态变化，又可以定量计算出各阶段事件的发生概率。

大坝安全管理的进程实际上也可归结为人员管理与大坝安全状况相互作用发展的一个多环节事件链。土石坝的安全状况，在无人参与管理的情况下，一般要历经 “异常情况”、“非溃坝性安全事故或隐患”和 “溃坝事故”3个基本阶段。结合大坝安全状况发展的各阶段和人们在安全管理中所采取的措施之间的相互作用与结果，绘制土石坝安全管理事件树 （见图1）。

图1 土石坝安全管理事件树图

启动 “大坝安全检查和监测”这一初始事件是进行大坝安全管理的必要条件，健全的管理体系就必须保证该项工作的全面和规范化，否则，后续的安全管理环节将无从谈起。

“异常情况”作为可能诱发安全事故的初始征兆，应该引起管理人员的重视，通过一段时间内的密切观察，对其进行判别和分类。有些异常情况可能会自然而然地停止发展，并不会影响大坝的安全；有些情况则可能存在发展和扩张的趋势，势必会影响大坝安全状况，此时应高度重视，并及时采取相应的处置措施，将事故消除在萌芽阶段。

“非溃坝性安全隐患”属于大坝安全的重大阶段，工程安全管理人员应保持高度的责任感，及时果断地采取措施进行大坝安全的除险加固，避免险情扩大甚至发展至溃坝事故。

“溃坝事故”属于突发性事故，尽管此时一切无法挽回，工程安全管理人员仍应胸怀责任去拼争，此时责任不尽在大坝而是启动溃坝紧急预案，本着以人为本、生命高于一切的原则，切实保障下游洪水淹没区居民的生命和财产安全。

事实上，任何事故都是一个多环节事件发展变化过程的结果，瞬间造成的事故后果，往往是多环节事件连续失败而酿成的，通过事件树宏观地分析大坝安全状况的发展过程，对于洞悉事故的成因，寻求最佳时机的预防手段，确保大坝的安全是非常有益的。

2.2 土石坝安全管理故障树分析

故障树分析 （FTA，Fault Tree Analysis）又称事故树分析，它按照逻辑学演绎分析的原则，从需要分析的特定事故 （或故障）开始，对可能导致事故的各种因素层层深入分析，根据先后次序和因果关系，将事件和原因用逻辑符号连接起来，得到形象地表述各因素关系的逻辑图，即故障树。故障树中使用的符号通常分为事件符号和逻辑门符号。

矩形符号见图2（a）表示顶上事件或中间事件；圆形符号见图2（b）表示基本原因事件，即底事件。

逻辑门符号主要有与门、或门、条件与门、条件或门。与门见图2（c）表示事件A、B都发生时，事件C才会发生；或门见图2（d）表示在事件A、B中任一个事件发生时，事件C发生；条件与门见图2（e）表示事件A、B不仅同时发生，而且必须满足条件a，C才会发生；条件或门见图2（f）表示事件A或B至少有1个发生，在满足条件a的情况下，事件C才会发生。

图2 故障树符号图

从大坝安全管理来看， “非溃坝性隐患”和 “溃坝事故”是管理者不希望发生的事件，也就是故障树的顶上事件。

2.2.1 数据的归纳分析

根据收集到的浙江省524座土石坝的非溃坝性隐患4023宗 （6大类，18小类），对其进行细致分类，对形成隐患现象的基本原因 （事件）也做出了详细的分析和描述，提出了符合土石坝安全管理特点的隐患分类 （见表1）。由于对案例的分析均来自大坝安全鉴定的成果，因此，这些资料的分类统计，代表了专家们的意见，具有一定的权威性。

从案例的年代上看，工程大多数修建于20世纪80年代以前，其施工质量与大坝管理与当今的现代技术不可同日而语。但由于多数工程经过修复后至今仍然还在服务于社会，对其进行研究是很有必要的，同时大坝隐患中所暴露出的设计、施工以及管理环节中的问题也为管理人员带来警示和启发，明确今后工作的改进和发展方向。

表1 浙江省土石坝 “非溃坝性隐患”分类表

续表1

2.2.2 故障树的绘制

通过2.2.1节的数据归纳和分析，结合土石坝现场安全管理的特点与过程，对 “非溃坝性隐患”进行故障树分析，绘制 “非溃坝性隐患故障树”（见图3），并列出故障树基本事件的频数 （见表2）。

表2 非溃坝性隐患故障树分析基本事件列表

续表2

3 浙江省土石坝安全管理因果分析及综合图谱

3.1 土石坝安全管理因果分析图

事件树分析是一种宏观、动态、归纳分析方法，而故障树分析是一种微观、静态、演绎分析方法。为了对系统进行更加全面的分析和评价，以事件树中失败的初因事件和环节事件为故障树的顶上事件进行故障树分析，提出控制某一失败事件的具体措施，最终达到控制各种不希望结果事件的目的，这种结合构成一种新的分析方法—因果分析。

本文基于土石坝安全管理事件树、非溃坝性隐患故障树、溃坝事故经逻辑连接，即可得到 “浙江省土石坝安全管理过程因果分析图”（见图4）。

因果分析图不仅展示了从一个起因事件到诸多后果的全过程，而且能对导致事故发生的各失败事件的形成原因进行分析，使存在的问题系统化、条理化，既可用于事前预测事故及事故隐患，有利于事故预防工作，亦可用于事后分析事故原因，调查处理事故，对剖析事故的致因并在此基础上制订安全措施方案有重要的意义。

3.2 土石坝安全管理处置对策树

基于浙江省土石坝安全管理过程因果分析图，建立“浙江省土石坝非溃坝性隐患处置对策树”（见图5），其具体处置措施及对应代码见表3。在土石坝安全管理过程中，一旦出现类似隐患，图5为紧急决策提供了具有可操作性的思路，有利于提高事故处置决策的管理水平。

应该指出的是，表中所列的诸项措施只是提供一个可供选择的对策库，有些事件可以单独采取一种措施，有些则是需要多种措施相结合，也可能一种措施可以应对多类事件，因此，管理人员在选择处置措施时，应结合工程隐患的实际情况，以求合理有效。

图4 浙江省土石坝安全管理过程因果分析图

图5 浙江省土石坝非溃坝性隐患处置对策树图

表3 土石坝隐患处置措施代码表

续表3

在故障树中，确定 “代码”与基本事件一一对应，并定义对应关系如下：

（1）故障树顶事件为第1阶，从上往下，遇门则阶数增1位，故障树从上往下，其阶数与代码数字的位数对应。

（2）顶事件对应代码的最左侧数字作如下规定，1为“非溃坝性隐患”，3为 “处置措施”。

（3）故障树同阶以内，按在故障树中所处的位置，依照从左到右的顺序进行编号。如 “坝体碾压不实”对应“1111”，表示非溃坝性隐患故障树里形成 “非溃坝性隐患”的 “大坝裂缝”类型里的第1个因素。

（4）代码的最后一位数字表示该基本事件在所处分支中的重要程度，数值越小越重要，即对事故发生的贡献越大，该数值由综合统计的频数决定。

4 结 语

（1）基于浙江省土石坝事故案例的统计和分析，以“非溃坝性隐患”这个大坝安全状况的关键阶段作为顶上事件，建立了 “土石坝安全管理事件树”和 “土石坝安全管理故障树”。

（2）将事件树与故障树两者相结合，构建了 “土石坝安全管理因果分析图”，同时加入事故处置对策树，为研究制定大坝安全管理策略提供很好的参考依据。

（3）通过给故障树基本事件赋代码，不仅惟一确定各基本事件在图谱中的位置，还可以确定其在故障树分枝中的重要程度。

［1］汝乃华，牛运光.大坝事故与安全.土石坝 ［M］.北京：中国水利水电出版社，2001.

［2］郭军.美国大坝安全管理现状分析及启示 ［J］.中国水利水电科学研究院学报，2007，5（4）：247－254.

［3］贾金生，徐耀，郑璀莹.国外水电发展概况及对我国水电发展的启示 （六）澳大利亚大坝安全管理 ［J］.中国水能及电气化，2010 （10）：25－28.

［4］王正旭.挪威的大坝安全管理 ［J］.水利水电科技进展，2004，24 （6）：67－69.

［5］唐春海，佟荣祝.国内外大坝安全管理的进展与动向 ［J］.中国科技信息，2007 （14）：65－67.

［6］吴素华，李雷.新版加拿大大坝安全导则及其启示 ［J］.人民长江，2010，41 （24）：108－111.

［7］钮新强.大坝安全与安全管理若干重大问题及其对策 ［J］.人民长江，2011，42 （12）：1－5.

［8］唐毅，施俊跃，彭洪，等.浙江省土石坝病险水库特征研究［J］.浙江水利科技，2013 （1）：65－67.

［9］蔡跃波，盛金保.中国大坝风险管理对策思考 ［J］.中国水利，2008 （20）：20－23.

［10］杨光，王秘学，秦明海.美国水库大坝安全管理及思考 ［J］.人民长江，2011，42 （12）：19－23.

［11］Association of State Dam Safety Officials.2009Statistics on State Dam Safety Regulation ［R］.U.S.A.：Association of State Dam Safety Officials，2010.