蔣水華，黃中發(fā)，甘小艷，黃勁松，黃浩智

(1.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031； 2.江西省河道湖泊管理局，江西 南昌 330009)

堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理體系是對(duì)堤防工程傳統(tǒng)管理方式和管理理念的全新挑戰(zhàn)，也是目前提倡水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理的另一種模式，符合當(dāng)前水利部門在水利戰(zhàn)略和治水思路上的重大轉(zhuǎn)變要求，是科學(xué)發(fā)展觀對(duì)水利工程管理的客觀要求。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于堤防工程風(fēng)險(xiǎn)管理開展了一些有益的研究工作。如徐衛(wèi)亞等[1]提出了場(chǎng)地砂土地震液化和堤防失事綜合風(fēng)險(xiǎn)分析的數(shù)學(xué)模型，以及堤防風(fēng)險(xiǎn)管理的概念。周興波等[2]闡述了確定可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的基本原則和方法。吳興征等[3]從堤防安全運(yùn)行管理角度出發(fā)建立了邊坡穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并應(yīng)用于長(zhǎng)江部分堤段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。邢萬波等[4]建立了洪水漫溢、漫頂失事概率計(jì)算模型，進(jìn)而計(jì)算秦淮河堤防失事概率。丁麗[5]在擬定堤防風(fēng)險(xiǎn)因子的基礎(chǔ)上構(gòu)建堤防工程風(fēng)險(xiǎn)分析模型，進(jìn)而對(duì)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。謝婕等[6]建立了海堤的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。黃黎明等[7]將大數(shù)據(jù)成功應(yīng)用到水利工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理中。向衍等[8]研究了土石壩的長(zhǎng)效服役風(fēng)險(xiǎn)管理。Lendering等[9]考慮堤防水位、維修河道對(duì)地質(zhì)水文的影響、歷史荷載三方面建立了失效概率模型，并利用荷蘭圩田進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。Rosidi[10]編寫了土堤的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序。Schweckendiek等[11]提出了一種基于貝葉斯推理的方法來更新不確定性，并著重研究了堤防的失效破壞機(jī)理。Hui等[12]探討了堤防漫頂和滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問題。Zhang等[13]建立了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)洪水作用下人類生命脆弱性模型，用于估計(jì)堤防失事死亡率。綜上可知，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于堤防工程風(fēng)險(xiǎn)的研究幾乎沒有從堤防全過程來管理風(fēng)險(xiǎn)以及進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)管理。堤防的潰堤失事的很大一部分原因是在設(shè)計(jì)階段和施工階段沒有做好風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控，從而留下了安全隱患。再者，堤防工程在全過程內(nèi)的各個(gè)階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法、風(fēng)險(xiǎn)對(duì)象都有差異性，為了有效地調(diào)控堤防工程風(fēng)險(xiǎn)，十分必要建立堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理模型。

為此，本文從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)3階段來建立堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理模型。在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，獲得的風(fēng)險(xiǎn)信息可有效反饋和指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作的要點(diǎn)；施工階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，可有效減少事故的發(fā)生和提高施工的質(zhì)量；在運(yùn)營(yíng)階段對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理可加強(qiáng)維護(hù)監(jiān)測(cè)工作和提高預(yù)警的有效性。通過對(duì)堤防全過程風(fēng)險(xiǎn)的層層調(diào)控，可大大降低失事可能性和失事后果，對(duì)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 堤防工程設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)營(yíng)全過程風(fēng)險(xiǎn)管理框架

根據(jù)堤防工程系統(tǒng)的特征，以堤防工程風(fēng)險(xiǎn)管理理論為指導(dǎo)，以有效控制堤防工程潰決風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，可以從堤防工程全過程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制[14-15]，考慮到堤防工程在每個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及決策存在較明顯的差異性，可將由時(shí)間維、知識(shí)維和邏輯維組成的霍爾3維立體結(jié)構(gòu)[16]與堤防工程系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，建立基于霍爾3維結(jié)構(gòu)的堤防工程系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理模型。其中時(shí)間維是指堤防開始規(guī)劃設(shè)計(jì)直至堤防到達(dá)年限退役，將其劃分為設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)3個(gè)階段；知識(shí)維是為控制堤防工程風(fēng)險(xiǎn)而進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)管理的工程信息、專業(yè)知識(shí)、管理技能、管理決策等；邏輯維是針對(duì)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)從分析到評(píng)估再到控制3個(gè)方面的邏輯過程，將其分為風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)決策。這種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理最大的特點(diǎn)就是能夠開展周期性評(píng)估管理，使得每個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)信息得到有效傳遞，決策成果相互支撐，有助于將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理可以提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精度，提高管理決策的可靠性，使得堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理持續(xù)、系統(tǒng)和專業(yè)化。

Fell等[17]提出的國(guó)際滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理理論框架已成功應(yīng)用于工程邊坡和自然斜坡的滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理中，主要由定義分析范圍、危險(xiǎn)性分析和后果嚴(yán)重性分析3部分組成，融合堤防全過程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估思維，判斷損失是否在容許范圍內(nèi)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析，制定相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策，最后建立反饋機(jī)制形成動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)管理。本文借鑒該風(fēng)險(xiǎn)管理框架建立的堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理框架如圖1所示。

圖1 堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理框架

2 堤防工程風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 分析范圍

2.1.1全過程劃分

在堤防工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)階段的風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度不同，風(fēng)險(xiǎn)源、影響因子、風(fēng)險(xiǎn)損失以及風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控措施都有所不同，風(fēng)險(xiǎn)分析的對(duì)象、環(huán)境和方法也有較大的差異，所以要清楚堤防處于哪一階段，再實(shí)時(shí)收集風(fēng)險(xiǎn)資料，明確風(fēng)險(xiǎn)對(duì)象，有針對(duì)性地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)癥下藥，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的有效控制。

2.1.2風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別

堤防工程各個(gè)階段都有風(fēng)險(xiǎn)因子。在設(shè)計(jì)階段，地質(zhì)勘察不到位導(dǎo)致堤防施工或運(yùn)營(yíng)時(shí)出現(xiàn)險(xiǎn)情、堤線堤型選擇不當(dāng)、防滲設(shè)施設(shè)計(jì)不到位(如防滲體)以及其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)不到規(guī)范要求，導(dǎo)致堤防不滿足防洪灌溉要求，各種材料參數(shù)、滲透參數(shù)等達(dá)不到抗沖、抗壓和抗?jié)B要求。在施工階段，施工不規(guī)范、碾壓土石方參數(shù)達(dá)不到要求、防滲體施工不合格、土石材料規(guī)格不符、設(shè)計(jì)文件、隱蔽部位施工不合格等風(fēng)險(xiǎn)因子將直接影響堤防質(zhì)量。在運(yùn)營(yíng)階段，監(jiān)測(cè)不到位、工程隱患發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、隱患擴(kuò)大、加固維養(yǎng)滯后、缺少預(yù)警系統(tǒng)以及無搶險(xiǎn)組織等，將導(dǎo)致潰堤后搶險(xiǎn)不及時(shí)，造成損失擴(kuò)大。將堤防本身特點(diǎn)與堤防在各個(gè)階段的功能特點(diǎn)結(jié)合起來，并且借鑒相關(guān)堤防風(fēng)險(xiǎn)因子研究成果[5]，識(shí)別的堤防全過程風(fēng)險(xiǎn)因子如圖2所示。

圖2 堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)因子

表1 堤防工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)度

2.1.3風(fēng)險(xiǎn)因子量化

堤防風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)堤防的影響程度不同，一般來說，可分為定性因子和定量因子，定量因子可能含有“極大型”因子、“極小型”因子、“居中型”因子和“區(qū)間型”因子[5]。在風(fēng)險(xiǎn)分析模型中，“極大型”因子是指該因子的取值越大，風(fēng)險(xiǎn)度越高，其他因子以此類推。為了保證各風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)堤防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一致性，就需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行量化，采用丁麗[5]提出的風(fēng)險(xiǎn)因子量化方法來量化風(fēng)險(xiǎn)因子，得到堤防綜合風(fēng)險(xiǎn)因子，再根據(jù)如表1判斷堤防風(fēng)險(xiǎn)度。

2.2 危險(xiǎn)性分析

2.2.1失事災(zāi)害特征描述

確定完分析范圍之后，需要收集信息描述堤防災(zāi)害特征。信息編錄是堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理的首要工作，也是基礎(chǔ)性工作，主要包括工程基礎(chǔ)信息、風(fēng)險(xiǎn)因子信息、工程治理信息、承災(zāi)對(duì)象信息、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息和風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控信息，將這些信息收集并用來系統(tǒng)描述災(zāi)害特征。在堤防工程全過程各個(gè)階段內(nèi)收集的信息各有側(cè)重。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，邊坡信息以工程勘察信息、規(guī)劃設(shè)計(jì)方案和風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控預(yù)案為主，信息并不詳盡。在施工建設(shè)階段，基本信息得以補(bǔ)充和校核，并結(jié)合施工反饋信息和監(jiān)控量測(cè)信息，重點(diǎn)開展設(shè)計(jì)方案調(diào)整和風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估與管理。在運(yùn)營(yíng)服務(wù)階段，在全面掌握堤防工程設(shè)計(jì)施工信息后，側(cè)重于運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控、養(yǎng)護(hù)及風(fēng)險(xiǎn)管理相關(guān)信息的更新。進(jìn)行堤防工程全過程信息數(shù)據(jù)庫(kù)持續(xù)更新，實(shí)現(xiàn)各階段信息的共享和傳遞，有望顯著提高堤防工程風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

2.2.2失事概率計(jì)算

堤防工程出現(xiàn)水文失事，一般是由于堤防高度過低或洪水位過高所致。堤防發(fā)生漫頂破壞的原因可能有：①堤防工程等級(jí)較低，設(shè)計(jì)堤頂高程本身較低；②堤防沉降過大導(dǎo)致堤防高度不達(dá)標(biāo)；③堤防施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；④出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水；⑤河道行洪斷面縮窄。

堤防失事有3種主要形式，即水文失事風(fēng)險(xiǎn)、滲透破壞失事風(fēng)險(xiǎn)和堤坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)[19]。堤防發(fā)生潰決破壞大多是由滲透破壞所致，滲透破壞失事主要分為堤身和堤基兩大類。堤身類有散浸、漏洞和集中滲流；堤基類有泡泉、土層隆起、浮動(dòng)、膨脹、流土、接觸沖刷和接觸流失等多種形式的管涌。堤身或堤基發(fā)生滲透破壞的主要原因是隨著汛期水位的升高，背水側(cè)堤身或堤基的滲透出逸比降超過抗?jié)B臨界比降，造成滲透破壞[20]。

堤防失穩(wěn)包含局部失穩(wěn)和宏觀失穩(wěn)兩個(gè)方面，主要表現(xiàn)為跌窩、裂縫、脫坡、崩岸、滑坡和地震險(xiǎn)情等類型[19]。堤防局部或整體滑坡會(huì)導(dǎo)致堤防失事，根據(jù)斷裂滑動(dòng)的位置，滑坡發(fā)生在退水期高水位或發(fā)生崩塌的河岸段，背水側(cè)滑坡發(fā)生在汛期高水位或發(fā)生滲流破壞的岸段。岸坡崩塌主要發(fā)生在臨水坡灘地坡度較陡的堤段[19]。

從安全性的角度出發(fā)，結(jié)合堤防工程的風(fēng)險(xiǎn)分析實(shí)踐和處理方法，假設(shè)單元堤段的破壞模式相互獨(dú)立，單元堤段的失事綜合風(fēng)險(xiǎn)率Pf為[18]

Pf≈P滲透+P水文+P失穩(wěn)

(1)

式中：P水文為水文失事概率；P失穩(wěn)為堤坡失穩(wěn)概率；P滲透為滲透破壞概率。

為了有效計(jì)算堤防失事綜合風(fēng)險(xiǎn)率，目前比較常見的失效概率分析方法主要有：

a. 歷史記錄法[20]。通過長(zhǎng)期的堤防工程安全監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，得到不同類型的失效概率；也可根據(jù)堤防災(zāi)害的洪水位與失效概率關(guān)系來推測(cè)可能發(fā)生的災(zāi)害概率。由于歷史數(shù)據(jù)可能缺失，該方法主要適用于運(yùn)營(yíng)階段的長(zhǎng)期監(jiān)控。

b. 工程類比法[20]?；谙嗨茀^(qū)域已有堤防工程災(zāi)害數(shù)據(jù)資料，結(jié)合堤防工程分級(jí)系統(tǒng)和專家經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行工程類比分析，得到相應(yīng)類型和規(guī)模的堤防災(zāi)害發(fā)生概率，該方法具有很強(qiáng)的區(qū)域性，在各個(gè)階段都有較強(qiáng)的適用性。

c. 可靠度分析方法?？煽慷确治隹煽紤]土體物理力學(xué)參數(shù)的不確定性，將土體參數(shù)視作為隨機(jī)變量。其中蒙特卡洛模擬方法解題思路最為清晰簡(jiǎn)單，又不受隨機(jī)變量分布類型的限制，計(jì)算精度高，被國(guó)內(nèi)外工程界廣泛應(yīng)用[21]。由于巖土參數(shù)的概率分布可以從勘察資料中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析獲取，以及基于極限平衡或隨機(jī)有限元分析的計(jì)算量非常大，近年來發(fā)展起來的非侵入式隨機(jī)有限元法在堤防規(guī)劃設(shè)計(jì)階段逐步得到應(yīng)用[22]。

2.3 后果嚴(yán)重性分析

2.3.1風(fēng)險(xiǎn)定性估算

目前通常采用失事概率與后果的乘積來評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的大小。通常高概率事件與低概率事件的影響程度相差很大，雖然失事概率與后果的乘積可能相同，但是可能得出相反的結(jié)論。因此，考慮堤防失事概率與后果嚴(yán)重度級(jí)別設(shè)置的一致性，得出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。表2中H類為“不可接受”的風(fēng)險(xiǎn)，須立即采取除險(xiǎn)加固措施；M類為“有條件可容許”的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，加固處理后，需要對(duì)安全性做出論證；S類為“有條件的可接受”的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過管理和特定處理措施后，工程達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)；L類為“可接受”的風(fēng)險(xiǎn)，只需正常的維修養(yǎng)護(hù)即可保證其安全運(yùn)行。此標(biāo)準(zhǔn)既可以作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的初步評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，也可作為定性評(píng)價(jià)方法的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

表2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表2，需要為隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)分析模型和風(fēng)險(xiǎn)因子組合的風(fēng)險(xiǎn)分析模型的評(píng)估結(jié)果設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。借鑒美國(guó)肯務(wù)局對(duì)風(fēng)險(xiǎn)定性描述與定量概率間的轉(zhuǎn)換表[23]，擬定了風(fēng)險(xiǎn)定量概率與風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)價(jià)之間的轉(zhuǎn)換表[5]如表3所示。表3中風(fēng)險(xiǎn)度表示風(fēng)險(xiǎn)因子組合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型計(jì)算結(jié)果；概率表示隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)分析模型計(jì)算結(jié)果。

表3 風(fēng)險(xiǎn)定量概率與風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)價(jià)之間的轉(zhuǎn)化

2.3.2風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估

堤防失事風(fēng)險(xiǎn)定義為堤防失事綜合風(fēng)險(xiǎn)率和堤防失事?lián)p失后果的乘積[21]，其中生命損失按下式定量估算：

RL=PfL

(2)

式中：RL為每年潰堤生命損失風(fēng)險(xiǎn)；L為潛在的生命損失人口數(shù)，單位為人。計(jì)算堤防潰決造成的潛在生命損失人口數(shù)L主要有累計(jì)加權(quán)法、F-N線法和經(jīng)驗(yàn)公式法等3種方法[24]。

經(jīng)濟(jì)損失分為直接損失和間接損失兩類，直接損失為堤防本身和附屬建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施的損失，間接損失為淹沒造成的其他損失，潰壩經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)RD可由下式進(jìn)行計(jì)算[24]：

RD=(Dcorps+Dy+Dc+Dk+Ds+Dgg)Pf

(3)

式中：Dcorps為農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)損失；Dy為漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失；Dc為家畜受災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失；Dk為工礦業(yè)經(jīng)濟(jì)損失；Ds為商業(yè)經(jīng)濟(jì)損失；Dgg為基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)濟(jì)損失。

目前關(guān)于堤防堤壩潰決造成的環(huán)境損失研究很少，故推薦何鮮鋒等[24]提出的定量評(píng)估方法，采用與F-N線法類似的F-E線來評(píng)估環(huán)境損失，該方法將環(huán)境影響因子量化為貨幣價(jià)值，進(jìn)而計(jì)算其發(fā)生概率：

式中：PE(x)為環(huán)境損失超過x的概率;FE(x)為每年環(huán)境損失小于x的概率分布函數(shù)；fE(x)為每年環(huán)境損失的概率密度函數(shù)。

2.3.3全過程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

在設(shè)計(jì)階段，可利用定性估算方法在宏觀上大致判斷堤防風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣和風(fēng)險(xiǎn)定量概率與風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)價(jià)之間的轉(zhuǎn)化表來估測(cè)風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度，并進(jìn)行排序，指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作的側(cè)重點(diǎn)以及需要采取的技術(shù)。雖然定性估量方法比較粗略，但可針對(duì)堤防滲透破壞、堤坡失穩(wěn)和漫頂?shù)绕茐哪Ｊ?，制定相?duì)應(yīng)的工程加固設(shè)計(jì)，降低堤防失事概率，也可對(duì)重點(diǎn)部位、隱蔽部位分區(qū)設(shè)計(jì)并加強(qiáng)技術(shù)深度，因此在數(shù)據(jù)不足時(shí)，可以考慮采用定性評(píng)估方法。相比之下，定量評(píng)估方法更加科學(xué)合理，但工作量龐大，需要數(shù)據(jù)較多，難度也較高。如果對(duì)病險(xiǎn)堤防進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，此時(shí)資料數(shù)據(jù)比較全面，可以提取風(fēng)險(xiǎn)因子并量化堤防綜合風(fēng)險(xiǎn)因子，參考表1判斷風(fēng)險(xiǎn)度，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)選擇加固設(shè)計(jì)技術(shù)深度，再采用定量評(píng)估方法計(jì)算出堤防失事概率，側(cè)重考慮水文失事、滲透失事破壞和堤坡失穩(wěn)等，計(jì)算堤防失事可能造成的生命、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失，這就可準(zhǔn)確判斷失事風(fēng)險(xiǎn)源，以及損失的輕重緩急，并有針對(duì)性地對(duì)堤防危險(xiǎn)性較大的部位進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

在施工階段，受施工現(xiàn)場(chǎng)條件、降雨等因素的影響，采用定量方法評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)難度較大，故采用定性評(píng)估方法結(jié)合施工過程中的監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)反饋分析，隨著風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)不斷更新與完善，可逐步提高定性評(píng)估的精度，以防止和控制施工事故和損失。

在運(yùn)營(yíng)階段，堤防各個(gè)方面的信息比較全面，可開展周期性的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，定性分析堤防存在的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)源，并據(jù)此對(duì)堤防進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估，針對(duì)加固維養(yǎng)所需經(jīng)費(fèi)制定投放計(jì)劃，調(diào)控堤防失事風(fēng)險(xiǎn)，確保堤防發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)營(yíng)全過程風(fēng)險(xiǎn)管理決策

3.1 設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)管理決策

3.1.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析

設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析主要從設(shè)計(jì)方案的成本、潛在的財(cái)產(chǎn)損失和建設(shè)成本經(jīng)費(fèi)來分析方案的合理性，比選最佳方案。由于堤防的災(zāi)害體主要是洪水，潰堤造成的損失可以模擬出來。引入風(fēng)險(xiǎn)判別標(biāo)準(zhǔn)，建議采用ANCOLD風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況制定出符合我國(guó)堤壩的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)[24-25]，其中包括生命、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，以此來判斷風(fēng)險(xiǎn)是否在容許范圍內(nèi)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析的主要內(nèi)容包括：①通過設(shè)計(jì)資料結(jié)合歷年洪水?dāng)?shù)據(jù)利用軟件估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)損失，判斷堤防總體風(fēng)險(xiǎn)度，合理選擇堤型、堤線、斷面和防排水設(shè)施設(shè)計(jì)方案，避免重大堤防災(zāi)害；②針對(duì)堤防水文失事(漫頂、漫溢等)、滲透破壞和堤坡失穩(wěn)3大破壞模式，設(shè)計(jì)具體有針對(duì)性的降低堤防失事概率的工程措施，并制定總體風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控方案；③對(duì)堤段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，將重點(diǎn)堤防或堤段作為風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)象，并組織專項(xiàng)治理方案論證，降低風(fēng)險(xiǎn)損失。

3.1.2風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策

設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策主要從規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、降低危險(xiǎn)性和降低災(zāi)害后果3個(gè)方面來考慮，擬定一系列風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策

3.1.3風(fēng)險(xiǎn)決策的實(shí)施、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與反饋機(jī)制

風(fēng)險(xiǎn)決策可在工程可行性研究階段、施工圖階段和規(guī)劃設(shè)計(jì)階段實(shí)施。在可行性研究階段，堤防的堤線堤型優(yōu)化還有很大的空間，需要根據(jù)堤防工程防洪目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)及社會(huì)效益選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，并做好堤防斷面設(shè)計(jì)比選，防排水工程等設(shè)計(jì)方案的論證工作。在施工圖階段，在設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的基礎(chǔ)上，制定詳細(xì)的堤防動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案和風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控預(yù)案。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，在設(shè)計(jì)方案審查過程中，充分考慮專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)堤防風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控方案進(jìn)行有效復(fù)核和反饋分析。

3.2 施工階段的風(fēng)險(xiǎn)管理決策

3.2.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析

在堤防施工階段，設(shè)計(jì)方案已經(jīng)定型，施工過程中主要可能造成人身傷害和經(jīng)濟(jì)損失，堤防工程很少變更設(shè)計(jì)方案，所以可根據(jù)設(shè)計(jì)階段引入的風(fēng)險(xiǎn)容許標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)這一階段的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控，此時(shí)要優(yōu)化施工方案，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工方案。這個(gè)階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析的主要內(nèi)容有：①動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)復(fù)核施工數(shù)據(jù)是否與設(shè)計(jì)方案一致，實(shí)時(shí)把控風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)控制方案；②需將安全生產(chǎn)培訓(xùn)落實(shí)到3類人員(施工企業(yè)主要負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和專職安全生產(chǎn)管理人員)，技術(shù)交底到班組一線施工員；③重點(diǎn)堤防或堤段需要重點(diǎn)監(jiān)控，防范潰堤事件發(fā)生。

3.2.2風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策

施工階段的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策主要從降低危險(xiǎn)性、降低災(zāi)害后果和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)方面來考慮，擬定的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策如圖4所示。

圖4 施工階段風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策

3.2.3風(fēng)險(xiǎn)決策的實(shí)施、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與反饋機(jī)制

在施工階段，主要通過施工過程中收集到的信息動(dòng)態(tài)調(diào)整施工方案，保證施工按時(shí)按量完成的同時(shí)，有效調(diào)控風(fēng)險(xiǎn)。為了更好地制定風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策，需要各個(gè)參建方以及專家協(xié)同實(shí)施，這樣才能全面反映堤防風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。由于堤防大多屬于碾壓土石堤，碾壓工作質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)堤防工程的質(zhì)量，碾壓參數(shù)的準(zhǔn)確確定和碾壓試驗(yàn)的準(zhǔn)確率等都對(duì)降低堤防風(fēng)險(xiǎn)有重要作用，要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)堤防施工數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控。

3.3 運(yùn)營(yíng)階段的風(fēng)險(xiǎn)管理決策

3.3.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析

堤防工程的運(yùn)營(yíng)階段也就是堤防發(fā)揮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的階段，此時(shí)堤防自身和周邊的環(huán)境相比于施工階段更穩(wěn)定，災(zāi)害體主要是洪水和其他自然災(zāi)害，一旦堤防失事，造成的生命、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失將不可估量，所以在此階段有必要引入風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，采用何鮮鋒等[24]風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的F-N線法結(jié)合我國(guó)實(shí)際制定的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，制定適合我國(guó)堤防工程實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，以此來指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析。這個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和效益分析內(nèi)容主要有：①開展周期性堤防風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與評(píng)估，對(duì)堤防風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，劃分重點(diǎn)堤防和一般堤防；②對(duì)堤防進(jìn)行周期性安全隱患排查，制定檢修頻率，養(yǎng)護(hù)活動(dòng)經(jīng)費(fèi)投入到位；③建立堤防工程預(yù)警系統(tǒng)，評(píng)估加固補(bǔ)強(qiáng)工作的合理性和有效性，評(píng)估實(shí)施效益，并且可借鑒蔡蕁等[26]研究成果制定堤防綜合預(yù)警系統(tǒng)；④實(shí)施應(yīng)急搶險(xiǎn)組織等管理措施，防止災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.3.2風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策

運(yùn)營(yíng)階段的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策主要從降低危險(xiǎn)性、降低災(zāi)害后果和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)方面來考慮，擬定的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策如圖5所示。

圖5 運(yùn)營(yíng)階段風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控對(duì)策

3.3.3風(fēng)險(xiǎn)決策實(shí)施、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與反饋機(jī)制

運(yùn)營(yíng)階段的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控是長(zhǎng)期的，借鑒王浩等[27]提出的經(jīng)常性監(jiān)控量測(cè)與檢修維護(hù)、專業(yè)化定期診斷與專項(xiàng)維護(hù)以及專家級(jí)預(yù)警與搶險(xiǎn)加固為一體的路塹邊坡三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)管理體系來制定堤防工程風(fēng)險(xiǎn)管理決策體系：①進(jìn)行經(jīng)常性監(jiān)控量測(cè)與檢修養(yǎng)護(hù)，即堤防管理部門通過日常周期性的檢查巡視和一些簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)手段或工具監(jiān)控堤防安全隱患，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。②進(jìn)行專業(yè)化定期診斷與專項(xiàng)維護(hù)，即聘請(qǐng)專業(yè)的巖土監(jiān)測(cè)公司采用科學(xué)的滲透、水文、失穩(wěn)監(jiān)測(cè)儀器和檢測(cè)方法來評(píng)估堤防風(fēng)險(xiǎn)，判斷堤防穩(wěn)定狀態(tài)，提出堤防加固方案，并和相關(guān)管理部門一起論證方案的可行性；③進(jìn)行專家級(jí)預(yù)警與搶險(xiǎn)加固，即堤防管理部門同堤防專家對(duì)堤防安全狀態(tài)進(jìn)行分析，制定應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急搶險(xiǎn)制度與方案，并出具相關(guān)加固方案，以防止堤防失事破壞災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 鄱陽(yáng)湖區(qū)長(zhǎng)樂聯(lián)圩堤防工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

鄱陽(yáng)湖區(qū)長(zhǎng)樂聯(lián)圩[28]位于江西省北部，南昌縣東部，撫河故道與撫河尾閭之間，西北至撫河故道右岸，南至撫河左岸及青嵐湖，東至金溪湖及南湖。長(zhǎng)樂聯(lián)圩原堤線長(zhǎng)100.97 km，2007年實(shí)測(cè)長(zhǎng)度為97.1 km。圩堤保護(hù)面積248.9 km2，保護(hù)農(nóng)田178.1 km2，保護(hù)水面17.3 km2，保護(hù)人口21.0萬人，其中農(nóng)業(yè)人口20.0萬人；非農(nóng)業(yè)人口1.0萬人。2007年圩內(nèi)工、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值70 731萬元，其中工業(yè)產(chǎn)值60 038萬元，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值10 693萬元。糧食產(chǎn)量16.78萬t,水產(chǎn)品1.136萬t,油料0.472 3萬t。保護(hù)區(qū)內(nèi)有昌萬公路、樂溫高速公路等重要基礎(chǔ)設(shè)施。

定性分析風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性主要是量化堤防工程風(fēng)險(xiǎn)因子，如圖2所示，具體風(fēng)險(xiǎn)因子量化方法參照文獻(xiàn)[5]，將量化結(jié)果對(duì)照表3來判斷后果嚴(yán)重性及其概率，可得長(zhǎng)樂聯(lián)圩風(fēng)險(xiǎn)因子組合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型結(jié)果(風(fēng)險(xiǎn)度)為0.68，由表3可知其定性描述為可能性極小，概率為0.1，對(duì)照表1風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可知該堤防較安全，處在可接受范圍區(qū)。

定量分析風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性過程如下：根據(jù)長(zhǎng)樂堤防工程設(shè)計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)率分析得到P水文=1.52×10-7、P滲透=2.39×10-6、P失穩(wěn)=2.13×10-6，通過式(1)計(jì)算堤防失事概率Pf=4.54×10-6/a。采用經(jīng)驗(yàn)公式的方法計(jì)算L=1人，通過式(2)計(jì)算生命風(fēng)險(xiǎn)RL=4.54×10-6人/a，查F-N線法表征的生命風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)圖處于可接受區(qū)，說明潰堤造成的生命損失風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性較小，經(jīng)統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)損失為2.001 5億元。通過式(3)計(jì)算得到經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)RD=0.908 7萬元/a，查F-N線法表征的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)圖處于不可容忍區(qū)，說明經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重較大。另外由于環(huán)境損失涉及范圍廣、數(shù)據(jù)不足等原因，因而沒有針對(duì)生態(tài)環(huán)境作風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性定量分析。

由定性評(píng)估中堤防全過程風(fēng)險(xiǎn)因子量化結(jié)果可知，該堤防還是較安全的，處在可接受范圍，可針對(duì)各階段較大的風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行著重把控，降低各階段的風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化堤線堤型，根據(jù)堤防工程防洪目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)及社會(huì)效益選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，并做好堤防斷面設(shè)計(jì)比選等工作[29-30]；在施工階段嚴(yán)抓施工質(zhì)量，全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)保證各項(xiàng)施工參數(shù)和試驗(yàn)的準(zhǔn)確性；在運(yùn)營(yíng)服務(wù)階段做好預(yù)警和監(jiān)測(cè)工作以及維護(hù)保養(yǎng)工作。由定量評(píng)估可知堤防潰堤造成的生命損失在可接受范圍內(nèi)，故可通過提前預(yù)警減少生命損失，而經(jīng)濟(jì)損失在不可接受范圍，針對(duì)經(jīng)濟(jì)損失部分可采取提高堤防保護(hù)范圍內(nèi)的建筑物防洪等級(jí)、提前撤離和風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移等措施。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了基于霍爾三維結(jié)構(gòu)的堤防工程系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理模型，將堤防工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)階段風(fēng)險(xiǎn)管理活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理技術(shù)框架，論述了不同階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理的若干技術(shù)細(xì)節(jié)問題。利用該技術(shù)框架既可以相對(duì)獨(dú)立地完成堤防工程風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)估及管理流程，實(shí)現(xiàn)堤防工程風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控階段性目標(biāo)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不同階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息的聯(lián)動(dòng)和風(fēng)險(xiǎn)管理活動(dòng)的前后有效銜接，從而達(dá)到在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，施工階段防范和降低風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)營(yíng)階段監(jiān)測(cè)和管控風(fēng)險(xiǎn)的總體目標(biāo)。最后，以鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)堤防長(zhǎng)樂聯(lián)圩為例，闡述了本文所擬定的堤防工程全過程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理工作流程，結(jié)果表明該技術(shù)方案有望在工程實(shí)踐中逐步得到應(yīng)用和發(fā)展完善。