方衛(wèi)華，原建強(qiáng)，何 淇，譚 彩

（1.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇南京，210012；2.山西省汾河二庫(kù)管理局，山西太原，030012；3.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京，210098；4.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州，510610）

0 引言

根據(jù)《中國(guó)水利統(tǒng)計(jì)年鑒2019》統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，我國(guó)共有各類水庫(kù)近10萬座，其中小型水庫(kù)9萬多座[1]。工程安全是水庫(kù)效益發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)。由于歷史原因、投入不足及相關(guān)技術(shù)限制，小型水庫(kù)相對(duì)大中型水庫(kù)具有更高的單座失事概率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)小型水庫(kù)平均病險(xiǎn)比例高達(dá)1/3，近年來的潰壩事例也都是小型水庫(kù)。由于小型水庫(kù)數(shù)量多、結(jié)構(gòu)各異且地區(qū)差異大，如何有效提高小型水庫(kù)管理水平一直是行業(yè)的研究熱點(diǎn)。風(fēng)險(xiǎn)管理是管理不確定系統(tǒng)的有效方法，郝健等[2]結(jié)合中國(guó)小型水庫(kù)特點(diǎn)，提出了小型水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)管理模式及風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策；徐金濤[3]根據(jù)平原水庫(kù)的特點(diǎn)，分析其潰壩概率和潰壩后果，建立了平原水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)體系；盛金保等[4]引入潰壩后果綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，作為衡量水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)大小的指標(biāo)，提出了一套適用于小型水庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。上述研究均是在風(fēng)險(xiǎn)管理的某一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行的探索，難以應(yīng)用到小型水庫(kù)的安全管理之中。

為此，本研究以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，首先分析小型水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)源，并基于風(fēng)險(xiǎn)特征對(duì)水庫(kù)進(jìn)行分類；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)特征有針對(duì)性地從責(zé)任落實(shí)、資源配置、信息感知、預(yù)警預(yù)報(bào)、維修養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)、除險(xiǎn)加固等方面搭建小型水庫(kù)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理體系，并根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)給出相應(yīng)指標(biāo)；最后介紹本研究方法在我國(guó)某市區(qū)域小型水庫(kù)的應(yīng)用情況，從而驗(yàn)證方法的可行性。

1 工程安全風(fēng)險(xiǎn)分析與分類

1.1 風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀

目前小型水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)主要由下述原因引起：（1）先天存在的設(shè)計(jì)或施工缺陷、難以適應(yīng)極端氣候、地質(zhì)環(huán)境、下墊面變化、水庫(kù)淤積、擋泄水建筑物及設(shè)施變形老化等；（2）對(duì)小型水庫(kù)安全問題的重視不夠，人員、資金、設(shè)備、技術(shù)等管理?xiàng)l件不完備、不充分，維修養(yǎng)護(hù)不到位，感知、融合、預(yù)測(cè)、預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)一體化、體系化不足；（3）安全資料或水文資料短缺，安全評(píng)價(jià)、鑒定和除險(xiǎn)加固不及時(shí)。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及工程分類

小型水庫(kù)總風(fēng)險(xiǎn)因子可以從賦存環(huán)境（危險(xiǎn)性）、結(jié)構(gòu)材料（脆弱性）、監(jiān)督管理（有效性）和失事?lián)p失（嚴(yán)重性）4個(gè)方面加以識(shí)別，見圖1。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)因子體系Fig.1 Risk factor system

賦存環(huán)境危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)是指水庫(kù)（群）所在區(qū)域的水文氣象、地形地質(zhì)、產(chǎn)匯流等因素給水庫(kù)安全帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在具體評(píng)估時(shí)應(yīng)充分利用洪水風(fēng)險(xiǎn)圖、暴雨風(fēng)險(xiǎn)圖和地震區(qū)劃圖等資料。結(jié)構(gòu)材料脆弱性風(fēng)險(xiǎn)主要包括：（1）樞紐布置、斷面設(shè)計(jì)和洪水標(biāo)準(zhǔn)不合理；（2）防滲排水設(shè)施設(shè)計(jì)不合理或老化導(dǎo)致?lián)P壓力或滲透壓力偏高，出現(xiàn)異常滲漏；（3）壩體或上下游邊坡抗滑安全系數(shù)不夠；（4）擋泄水建筑物過大變形；（5）擋泄水金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)施老化、無必要備份。監(jiān)督管理可靠性風(fēng)險(xiǎn)主要包括：（1）責(zé)任主體不明確、組織機(jī)構(gòu)不健全、應(yīng)急處置措施針對(duì)性不強(qiáng)以及經(jīng)費(fèi)不落實(shí)等；（2）必要的監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備設(shè)施和技術(shù)力量不匹配；（3）維修養(yǎng)護(hù)、資料分析、安全評(píng)價(jià)和除險(xiǎn)加固是否規(guī)范。失事?lián)p失嚴(yán)重性風(fēng)險(xiǎn)包括安全方面失事導(dǎo)致的生命、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境和歷史文化方面的損失?？蓪?duì)照規(guī)范[5-8]及運(yùn)行管理相關(guān)規(guī)定等逐條對(duì)比。根據(jù)圖1可將水庫(kù)安全總風(fēng)險(xiǎn)表示成4項(xiàng)分風(fēng)險(xiǎn)之和：

式中：TR為水庫(kù)安全總風(fēng)險(xiǎn)；ER、SR、MR、LR分別對(duì)應(yīng)賦存環(huán)境、結(jié)構(gòu)材料、監(jiān)督管理、失事?lián)p失風(fēng)險(xiǎn)，前3者通過條件概率乘以損失獲得，后者通過失事及其后果經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)獲得。通過上述分類，可以有針對(duì)性地采取措施降低工程安全總風(fēng)險(xiǎn)。

從另外一個(gè)角度，總風(fēng)險(xiǎn)也體現(xiàn)在對(duì)上述因子的感知、預(yù)測(cè)和控制能力上，能力越高，風(fēng)險(xiǎn)越低。

式中：δTR為感知、預(yù)測(cè)和控制總能力；δER、δSR、δMR、δLR分別對(duì)應(yīng)賦存環(huán)境、結(jié)構(gòu)材料、監(jiān)督管理、失事?lián)p失的感知、預(yù)測(cè)和控制能力。分析上述4個(gè)因素的感知、預(yù)測(cè)和控制能力提升的難易程度、有效性和成本，可以用于指導(dǎo)小型水庫(kù)規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)措施的選擇，從而有針對(duì)性地提高小型水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)管理水平?？紤]到很多小型水庫(kù)缺乏有效資料，風(fēng)險(xiǎn)分析需融合多學(xué)科專家知識(shí)加以解決。專家可以通過回顧歷史背景、現(xiàn)場(chǎng)勘探和工程類比，同時(shí)借助當(dāng)?shù)貧夂颉庀?、地質(zhì)、地形、泥沙和水庫(kù)運(yùn)行等特點(diǎn)的相關(guān)多源信息，對(duì)小型水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行快速評(píng)估。為提高可操作性，在具體評(píng)估時(shí)可從水庫(kù)位置選擇、樞紐布置、結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)、施工運(yùn)行和維護(hù)管理等幾個(gè)方面進(jìn)行。

1.2.1 單座水庫(kù)

針對(duì)低洼處小型水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問題，為克服現(xiàn)有總庫(kù)容安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的不足，提出風(fēng)險(xiǎn)庫(kù)容的概念。風(fēng)險(xiǎn)庫(kù)容指水庫(kù)最可能失效模式下下泄的致災(zāi)水量：

式中，Q R、q、p分別為風(fēng)險(xiǎn)庫(kù)容（m3）、可能最嚴(yán)重失效模式下的下泄水量（m3）及下泄過程中入滲、入河（海）或漫灌的無害水量（m3）。如對(duì)于某些偏遠(yuǎn)山谷中的小型水庫(kù)，或即使水庫(kù)潰壩，下泄洪水也不構(gòu)成任何災(zāi)難，則其風(fēng)險(xiǎn)庫(kù)容為0。為實(shí)現(xiàn)小型水庫(kù)的全覆蓋，應(yīng)先進(jìn)行城市重要設(shè)施上游小型水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，再進(jìn)行干旱或偏遠(yuǎn)地區(qū)的小型水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。考慮到水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)因子的變化，水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，這一周期根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)演化速度快慢確定，一般為6～10年，見表1。

1.2.2 水庫(kù)群

對(duì)于一定區(qū)域或流域小型水庫(kù)群，其總風(fēng)險(xiǎn)是整體安全管理投入的依據(jù)。嚴(yán)格的定量分析應(yīng)根據(jù)水庫(kù)群內(nèi)單一水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)失效概率密度函數(shù)，再采用Copula函數(shù)方法獲得多個(gè)水庫(kù)的整體失效概率。對(duì)于區(qū)域或流域小型水庫(kù)群，忽略水庫(kù)失事之間的相關(guān)性，采用加權(quán)求和的方法獲得水庫(kù)群的總風(fēng)險(xiǎn)，如式（4）所示，根據(jù)總風(fēng)險(xiǎn)大小及風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行管理配置。

表1 單座水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分表Table 1 Safety risk classification of single reservoir

式中：TR g為水庫(kù)群總風(fēng)險(xiǎn)；n為區(qū)（流）域內(nèi)小型水庫(kù)的數(shù)量；ωi為不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水庫(kù)的權(quán)系數(shù)，考慮到大小水庫(kù)相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)見表2；TR i為單個(gè)水庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)，由式（1）得到。

表2 不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水庫(kù)權(quán)系數(shù)Table 2 Weight coefficient of reservoirs with different risk levels

根據(jù)流域或區(qū)域小型水庫(kù)群的總風(fēng)險(xiǎn)及其特征，可以引入集中管理，從而發(fā)揮專業(yè)特色和經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性地采取風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施。

2 風(fēng)險(xiǎn)管理及其標(biāo)準(zhǔn)化

風(fēng)險(xiǎn)管理就是從水庫(kù)（群）本身的風(fēng)險(xiǎn)大小及風(fēng)險(xiǎn)特征出發(fā)，根據(jù)針對(duì)性和有效性原則采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施。

2.1 責(zé)任落實(shí)及資源配置

責(zé)任落實(shí)及資源配置是指水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)的每一個(gè)演化控制點(diǎn)都有與之配套的明確責(zé)任人和針對(duì)性風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施。責(zé)任人風(fēng)險(xiǎn)包括健康狀況、專業(yè)水平和敬業(yè)精神等，應(yīng)建立與水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)的責(zé)任追究制度。根據(jù)水庫(kù)業(yè)主和“誰受益誰承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)”的原則，明確法人為水庫(kù)的最高責(zé)任人。對(duì)于集體所有且暫無業(yè)主的水庫(kù)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小確定相應(yīng)級(jí)別的政府行政首長(zhǎng)作為水庫(kù)安全責(zé)任人，見表3。

表3 無業(yè)主不同風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)安全責(zé)任歸屬Table 3 Safety responsibility taker of reservoirs with different risk levels without owners

機(jī)構(gòu)、規(guī)章、人員、設(shè)施和經(jīng)費(fèi)應(yīng)根據(jù)區(qū)（流）域水庫(kù)群風(fēng)險(xiǎn)高低和敏感風(fēng)險(xiǎn)源種類進(jìn)行有針對(duì)性地分類分級(jí)配置。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)群，要求有獨(dú)立完善的配置；對(duì)于低（微）風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)群，可委托具有相應(yīng)能力的機(jī)構(gòu)或當(dāng)?shù)卮迕翊鸀楣芾?，同時(shí)簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置，降低監(jiān)測(cè)及檢測(cè)頻次，并適當(dāng)引入水庫(kù)安全保險(xiǎn)制度，從而彌補(bǔ)失事后的損失。

2.2 安全信息感知

安全信息感知指通過巡視檢查（含遙感）、儀器監(jiān)測(cè)和檢測(cè)及其他有效手段獲得水庫(kù)安全信息，采用方法的復(fù)雜程度和投入的多少應(yīng)根據(jù)總風(fēng)險(xiǎn)（參照?qǐng)D1）特征分析確定，感知內(nèi)容和頻次應(yīng)根據(jù)分項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)大小、安全及其變化的靈敏度確定，同時(shí)建立相關(guān)信息分級(jí)、分權(quán)限多終端統(tǒng)計(jì)、檢索和查詢系統(tǒng)。對(duì)于區(qū)域性天氣、氣候、漫頂水位等水庫(kù)賦存環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子，其感知的成本低、共享程度高，因此應(yīng)優(yōu)先實(shí)施。

2.2.1 感知內(nèi)容

安全信息感知內(nèi)容包括賦存環(huán)境重大危險(xiǎn)源、結(jié)構(gòu)材料狀態(tài)靈敏響量、監(jiān)管體系及其效果、失事?lián)p失4個(gè)方面。結(jié)構(gòu)材料狀態(tài)感知內(nèi)容不僅包括支撐受力結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)、孔隙率、密實(shí)度、塑性區(qū)分布和接觸狀態(tài)，也包括承擔(dān)重要擋水和泄洪任務(wù)的閘門以及金屬機(jī)電結(jié)構(gòu)的變形、銹蝕閘門開度、限位、荷重、電流/電壓、振動(dòng)、噪音、油位、油壓、油溫等狀態(tài)。對(duì)生物風(fēng)險(xiǎn)比較高的水庫(kù)，生物危害監(jiān)測(cè)包括白蟻等危害動(dòng)物監(jiān)測(cè)、影響行洪的淤堵漂浮物監(jiān)測(cè)等。監(jiān)督管理感知內(nèi)容包括責(zé)任劃分完整度和明確性、安全管理流程合理性、人員設(shè)備設(shè)施和工程監(jiān)督覆蓋率、事件操作處置規(guī)范性與閉環(huán)度、應(yīng)急措施針對(duì)性和有效性、技術(shù)和管理人員工程熟悉度及專業(yè)水平、資料分析準(zhǔn)確性和及時(shí)性、經(jīng)費(fèi)落實(shí)保證率8個(gè)方面。失事?lián)p失感知內(nèi)容包括可能損失的類型及總損失大小。

2.2.2 感知方法

感知方法包括巡視檢查、遙感、儀器監(jiān)測(cè)與檢測(cè)等。風(fēng)險(xiǎn)感知需利用多源信息，對(duì)于賦存環(huán)境，可利用日本和美國(guó)聯(lián)合開發(fā)的TRMM衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)DEM、中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)、遙感信息及INSAR等。根據(jù)小型水庫(kù)所在地的DEM、坡度、坡向、經(jīng)緯度、植被和土壤特征等，采用ArcGIS、SPSS等分析軟件，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)降尺度法、來水、流體動(dòng)力學(xué)、滲流力學(xué)進(jìn)行漫壩風(fēng)險(xiǎn)分析。由于小型水庫(kù)測(cè)點(diǎn)少，當(dāng)監(jiān)測(cè)（包括巡視檢查）發(fā)現(xiàn)問題后，應(yīng)根據(jù)這一問題可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)大小確定是否需要進(jìn)行檢測(cè)，從而為分析問題的原因或判斷隱患程度提供依據(jù)。當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，除根據(jù)問題嚴(yán)重程度采取工程措施外，必要時(shí)還應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。儀器監(jiān)測(cè)與檢測(cè)包括常規(guī)儀器監(jiān)測(cè)、不定期檢測(cè)和視頻圖像監(jiān)視，其中視頻圖像是利用可見光、紅外光、微光或遙感等對(duì)工程關(guān)鍵部位（含關(guān)鍵機(jī)電設(shè)施和擋水金屬結(jié)構(gòu)）的輸入、響應(yīng)及人為操作、入侵等實(shí)施監(jiān)測(cè)。應(yīng)設(shè)置視頻圖像監(jiān)視的部位包括：承擔(dān)泄洪任務(wù)的溢洪道，其水流沖刷區(qū)以及閘門支撐轉(zhuǎn)動(dòng)、啟閉機(jī)電接口等容易出現(xiàn)故障的部位；汛期來臨時(shí)可能會(huì)被上游淤積的漂浮物影響流速的泄洪建筑物進(jìn)水口；存在安全隱患的泄洪區(qū)域等。在白蟻活躍區(qū)域或漂浮物淤堵區(qū)域布設(shè)視頻監(jiān)測(cè)項(xiàng)目時(shí)，可利用紅外線、圖像識(shí)別等技術(shù)實(shí)時(shí)獲取白蟻或漂浮物的活動(dòng)跡象和數(shù)量變化，從而為安全評(píng)估提供依據(jù)。此外，還應(yīng)通過與相關(guān)單位溝通、無人機(jī)調(diào)查、公開資料或網(wǎng)絡(luò)爬蟲等合法手段和方法感知水庫(kù)失事風(fēng)險(xiǎn)影響區(qū)大小，及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析影響區(qū)人口、工農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)。

2.2.3 感知頻次

根據(jù)水庫(kù)總體安全風(fēng)險(xiǎn)大小采取不同信息感知頻次，見表4。在具體操作時(shí)，還應(yīng)根據(jù)子項(xiàng)對(duì)整體安全風(fēng)險(xiǎn)影響大小進(jìn)行細(xì)化。

2.3 預(yù)警預(yù)報(bào)

2.3.1 預(yù)警指標(biāo)

（1）巡視檢查：隱患區(qū)域的覆蓋度（A1）、覆蓋頻次（A2）、巡視異常上報(bào)滯后時(shí)間（A3）、隱患嚴(yán)重程度判別力（A4）和隱患先兆及時(shí)發(fā)現(xiàn)力（A5）。

（2）水文氣象：壩前水位（B1），以各控制水位為預(yù)警閾值；雨量（B2），包括最大雨量、累積雨量和最大歷時(shí)雨量等指標(biāo)，可以結(jié)合水文模型根據(jù)B1確定，或根據(jù)沖刷與滑坡要求確定相應(yīng)閾值；對(duì)庫(kù)水位有重大影響的入庫(kù)流量（B3），其閾值主要考慮滑坡以及B1的要求。是否設(shè)置臺(tái)風(fēng)、冰凍及春汛相關(guān)預(yù)警指標(biāo)與水庫(kù)所處具體位置的賦存環(huán)境相關(guān)。

（3）結(jié)構(gòu)材料：典型或可能失事部位的位移/變形（C1）、揚(yáng)壓力（C2）、滲流量（C3）、滲透壓力（C4）、應(yīng)力應(yīng)變（C5）和溫度（C6）。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)，當(dāng)采用檢測(cè)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)和材料狀態(tài)參數(shù)診斷時(shí)，也可以建立密實(shí)度、孔隙度、銹蝕率、保護(hù)層厚度和彈性模量等預(yù)警指標(biāo)及閾值。

表4 監(jiān)測(cè)頻次表Table 4 Monitoring frequency

（4）視頻圖像：滑坡或開裂（D1）、機(jī)電設(shè)備（D2）、閘門和金屬結(jié)構(gòu)（D3）。視頻圖像預(yù)警可采用圖像和視頻系列數(shù)據(jù)，通過（人員、動(dòng)物、機(jī)動(dòng)車船等）入侵檢測(cè)、模式識(shí)別等方法對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別報(bào)警。

（5）金屬機(jī)電：設(shè)備設(shè)施狀態(tài)（E1）、機(jī)電應(yīng)急備用（E2）、隱患分析與故障報(bào)警（E3）、防雷抗干擾措施有效性（E4）。金屬機(jī)電可針對(duì)轉(zhuǎn)軸變位、限位、電壓穩(wěn)定性等正常工作區(qū)間，通過設(shè)置一定的安全系數(shù)確定閾值。

（6）監(jiān)督管理：組織機(jī)構(gòu)及責(zé)任（F1）、人員和設(shè)備配置及工作狀態(tài)（F2）、應(yīng)急能力與流程規(guī)范化（F3）、反應(yīng)速度和演練（F4）、經(jīng)費(fèi)保障（F5）。監(jiān)督管理可采用打分法、層次分析法等，對(duì)組織、安全、運(yùn)行和經(jīng)費(fèi)4個(gè)方面的針對(duì)性、及時(shí)性、可靠性和抗干擾性等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)大小和敏感性確定總體閾值和分項(xiàng)閾值。

預(yù)警閾值的確定方法包括規(guī)程規(guī)范規(guī)定、工程類比借鑒、專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)值模擬等，同時(shí)還必須考慮實(shí)際工程特點(diǎn)和可接受風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)家防汛抗旱總指揮部聯(lián)合中國(guó)水利水電科學(xué)研究院進(jìn)行了200 km2以下流域山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)，給出了計(jì)算臨界雨量和危險(xiǎn)等級(jí)劃分的具體步驟[10]，可為暴雨制定預(yù)警指標(biāo)。

2.3.2 預(yù)報(bào)模型與方法

根據(jù)對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)從低到高依次選擇簡(jiǎn)單到復(fù)雜的預(yù)報(bào)模型和方法。

設(shè)計(jì)洪水推求主要包括瞬時(shí)單位線法、推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法和歷史洪水調(diào)查分析法[11]，具體方法的適用性與水庫(kù)所在區(qū)域[12]及水庫(kù)類型（山丘還是平原水庫(kù)）有關(guān)[13]。

針對(duì)賦存環(huán)境為高風(fēng)險(xiǎn)因子的水庫(kù)，借助美國(guó)GFS、中國(guó)氣象臺(tái)和日本氣象廳預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，采用與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的同化、降尺度分析顯著提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)見性。

對(duì)于結(jié)構(gòu)材料為高風(fēng)險(xiǎn)因子的水庫(kù)，可通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬建立預(yù)報(bào)模型[14]。當(dāng)存在可靠實(shí)測(cè)資料或?qū)崪y(cè)資料積累到一定程度時(shí)，可根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小選擇相應(yīng)復(fù)雜度的模型，如采用逐步回歸、隨機(jī)森林、相關(guān)向量機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法建立預(yù)報(bào)預(yù)警模型。

表5 預(yù)警指標(biāo)設(shè)置表Table 5 Setting of early warning indexes

2.4 運(yùn)行調(diào)度

水庫(kù)分級(jí)調(diào)度指根據(jù)水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)大小確定汛限水位、泄洪時(shí)間和流量，在此過程中根據(jù)洪水致災(zāi)災(zāi)害鏈及其后果嚴(yán)重性確定預(yù)留庫(kù)容和工程安全裕度，即高風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)預(yù)留更高的安全系數(shù)、更大的備用庫(kù)容和更長(zhǎng)的預(yù)警時(shí)間。

運(yùn)行調(diào)度信息的發(fā)布方式、范圍和路徑應(yīng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小確定。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)，應(yīng)設(shè)置影響區(qū)高音喇叭結(jié)合無人機(jī)進(jìn)行信息發(fā)布；對(duì)于中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，可采用電子顯示屏幕結(jié)合短信進(jìn)行發(fā)布；對(duì)于微風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，只需要通過授權(quán)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行信息發(fā)布。

2.5 維修養(yǎng)護(hù)

針對(duì)具體水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)種類、性質(zhì)、大小和演化趨勢(shì)，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，并借助水庫(kù)督查等方式進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估考核。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)水庫(kù)及其高風(fēng)險(xiǎn)因子，應(yīng)設(shè)定更高的要求和更大的保險(xiǎn)系數(shù)。

水庫(kù)具有防洪、生態(tài)、灌溉、供水和景觀等不同的功能，將上述功能按公益性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分類，對(duì)于承擔(dān)公益性功能的水庫(kù)，國(guó)家應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益的獲取方也應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的水庫(kù)維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

2.6 應(yīng)急管理

通過虛擬仿真、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、潰壩計(jì)算、洪水?dāng)U散淹沒分析及災(zāi)害鏈分支分析等，確定應(yīng)急管理相應(yīng)的措施、投入和演練逼真度。在應(yīng)急管理時(shí)，應(yīng)充分考慮真實(shí)極端條件下可能對(duì)通訊、設(shè)施、交通和群體行為等方面產(chǎn)生的不利影響，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)演化的災(zāi)害鏈理論確定不同節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化和規(guī)避措施。應(yīng)急方案的詳細(xì)程度、備用方案和演練的逼真度應(yīng)根據(jù)水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)確定，同時(shí)考慮應(yīng)急管理在惡劣應(yīng)急條件下的不確定性，根據(jù)水庫(kù)或水庫(kù)群風(fēng)險(xiǎn)大小做好必要的備用措施。

2.7 除險(xiǎn)加固

除險(xiǎn)加固應(yīng)根據(jù)失事成因、概率及損失確定，同時(shí)考慮除險(xiǎn)加固本身的投入和設(shè)計(jì)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)，采取相應(yīng)的規(guī)避措施。若除險(xiǎn)加固總收益（包括規(guī)避水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)方面的收益）大于投入，則應(yīng)進(jìn)行除險(xiǎn)加固；如水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)很小，則不需要采取除險(xiǎn)加固措施，只需要根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)情況采取其他處理措施或不采取措施。

3 工程實(shí)例

某市下設(shè)9區(qū)、6縣和4縣級(jí)市，共有小型水庫(kù)近600座。2018年完成小型水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算各區(qū)縣小型水庫(kù)群的總風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)各縣（市）總風(fēng)險(xiǎn)和單個(gè)水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)排序確定優(yōu)先投入應(yīng)用的區(qū)域和單個(gè)水庫(kù)。經(jīng)過初步計(jì)算，浦江、雙流縣為相對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，率先進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造。在此基礎(chǔ)上再對(duì)單個(gè)水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，得到浦江、雙流縣風(fēng)險(xiǎn)較高的幾個(gè)水庫(kù)分別是YA水庫(kù)（0.69）、HQ水庫(kù)（0.58）、TJ水庫(kù)（0.54）和CT水庫(kù)（0.43）[14]，將上述4個(gè)水庫(kù)作為首批試點(diǎn)水庫(kù)。

試點(diǎn)水庫(kù)感知系統(tǒng)完善過程中，從賦存環(huán)境（危險(xiǎn)性）、結(jié)構(gòu)材料（脆弱性）、監(jiān)督管理（有效性）和失事?lián)p失（嚴(yán)重性）4個(gè)方面對(duì)每個(gè)水庫(kù)進(jìn)行敏感性分析，選擇重要、敏感項(xiàng)目實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，對(duì)于不敏感監(jiān)測(cè)物理量則不配置監(jiān)測(cè)設(shè)施。同時(shí)充分利用現(xiàn)有氣象、水文站網(wǎng)和平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源共享，節(jié)約經(jīng)費(fèi)投入。通過敏感性分析得到上述4個(gè)試點(diǎn)水庫(kù)的敏感性因素，YA水庫(kù)為變形，HQ水庫(kù)為變形和環(huán)境量，TJ水庫(kù)為變形和滲流，CT水庫(kù)為變形和環(huán)境量，通過增加測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)頻次優(yōu)化改造敏感性監(jiān)測(cè)量。各水庫(kù)感知系統(tǒng)完善升級(jí)后接入?yún)^(qū)（流）域統(tǒng)一管理系統(tǒng)，升級(jí)后的系統(tǒng)界面見圖2。同時(shí)建立責(zé)任落實(shí)、資源配置、信息感知、預(yù)警預(yù)報(bào)、維修養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)、除險(xiǎn)加固等動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理體系及相應(yīng)指標(biāo)，編制相關(guān)管理規(guī)程，明確相關(guān)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管理的標(biāo)準(zhǔn)化。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)小型水庫(kù)具有數(shù)量多、安全風(fēng)險(xiǎn)高和管理模式針對(duì)性不強(qiáng)等特點(diǎn)，為有效提高小型水庫(kù)安全管理水平，必須在分析小型水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分類動(dòng)態(tài)管理。本研究基于小型水庫(kù)（群）風(fēng)險(xiǎn)因子和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，實(shí)現(xiàn)了單座水庫(kù)和水庫(kù)群的分類，在此基礎(chǔ)上從風(fēng)險(xiǎn)感知、預(yù)警預(yù)報(bào)、運(yùn)行維護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)和除險(xiǎn)加固等方面給出了相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系。實(shí)際應(yīng)用表明，本研究所提出的方法具有較強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。