我国水电站大坝溃坝生命风险标准讨论

周建平 杜效鹄

（中国水电工程顾问集团公司，北京 100120）

一、水电工程风险问题

我国是筑坝大国，现有大坝超过8.5万座，居世界第一位。这些水库大坝在防洪、发电、灌溉、供水以及促进生态环境保护等方面发挥着巨大的作用，是我国防洪保安工程体系的重要组成部分，也是保障国民经济可持续发展的重要基础设施。但是必须清醒地看到，我国大坝，尤其是修建于上世纪50～70年代的水利大坝，建设标准偏低，施工质量较差，其中存在不同程度的病险水坝超过3万座。这些病险水坝，不仅难以发挥应有的工程效益，而且容易酿成溃坝灾难，严重威胁下游人民生命财产、基础设施及生态安全。1975年8月河南板桥、石漫滩两座大坝溃决，1993年8月青海沟后坝溃决，均造成人民生命财产的巨大损失。

根据影响程度和范围，水电工程的风险可分为：影响正常运行的风险、主要建筑物损毁的风险和引起严重次生灾害的风险。最严重的风险是溃坝。溃坝引起的风险损失包括生命损失、经济损失及社会与环境影响。

生命损失是社会和公众关注的热点和焦点问题。我国曾发生过3400多起大坝溃决事故，损失惨重，教训深刻。在当今经济社会快速发展的条件下，人们已经无法承受以往那样的溃坝事件。国外在上世纪末已经较为系统地开展了对生命损失的研究，取得了很多初步研究成果，但对生命风险标准并未形成一致认识。目前，我国对生命损失的研究仍然处于探索阶段，生命风险标准是一个非常敏感的议题。本文从水电站大坝风险标准制定的影响因素和我国国情考虑，初步提出生命个体风险标准和社会风险标准的建议。

二、水电站大坝生命风险标准及其影响的因素

水电站大坝生命风险，是指溃坝事件发生后对下游生命构成的风险，为大坝失事概率与可能生命损失的乘积。大坝生命风险标准包括个体生命风险标准和社会生命风险标准。个体生命风险标准，是生活、工作于特定环境中的个体能够接受和容忍的生命风险概率；而社会生命风险标准，是社会生命损失的期望极限值。

生命风险标准的制定，不仅受技术手段的影响，还受社会对风险的可接受水平限制，涉及政治、文化、公众心理、技术发展水平、健康和环境等领域。建立风险标准，不仅要考虑可接受风险标准，也要考虑可容忍风险标准。英国健康与安全委员会（HSE）将可接受的风险定义为：任何受风险影响的人，为了生活或工作的目的，假如风险控制机制不变，准备接受的风险；将可容忍风险定义为：为了取得某种利润，社会能够忍受的风险。可容忍风险并不意味着可接受。这种风险需要定期检查，如果可以的话，应该进一步降低这种风险，只有当降低风险是不可行的，或投入的经费与减少的风险是非常不对称时，如图1（a），风险才是可以容忍的。风险管理和决策以降至合理低水平（ALARP，as low as reasonable practical）为准则。由此建立了如图1（b）所示的风险标准框架。图中两条水平线：上水平线是可接受风险水平线，下水平线为可忽略风险水平线。两条水平线按风险度的高低将整个风险域分为3个子区域。高于上水平线的区域，被认为风险水平过高，称为不可接受风险区，应采取强制措施降低风险。低于下水平线的区域，风险处于很低的水平，称为广泛可接受风险区，可以不采取任何降低风险的措施。广泛可接受风险与不可接受风险之间的区域为ALARP过渡带，在该区域内，需要在实际可能的情况下尽量降低风险。对于各种风险处理方案，需要进行成本效益分析，决定是否采取何种措施。由于社会经济发展水平、传统文化背景、社会价值观、管理体制、保险制度等方面的差异，不同国家、不同地区以及不同大坝业主对风险标准的认识不尽相同，因此制定的生命风险标准也不尽相同。我国的水库大坝风险研究还处于起步阶段，尚未形成一套完整的体系，特别是对风险标准的研究很少。因此, 参照国外经验并结合我国国情开展水库大坝生命风险标准研究，如何看待我国地区经济发展的水平并制定与之适应的生命风险标准，是需要深入研究的课题。

图1 风险标准框架与ALARP准则

1.个体风险标准

可容忍个体风险标准。对于风险，当然是越低人们越愿意接受。一般来讲，当风险低于10-6/a时，被认为是低至合理水平，人们可不再担心这种风险。当风险高于10-6/a时，生活、工作于此环境中的人多少和自己的意愿有关。

荷兰水防御技术咨询委员会（TAW）制定了与个人意愿相结合的个体风险标准，10-4β，β为意愿因子，根据个人从事某种活动的意愿程度，取值范围在0.01～10。可以看出，意愿因子的取值范围过大，缺乏可度量依据。此外，作为基准值的10-4所对应的β取值为1，反映个人的意愿程度如何，无法考量。

澳大利亚大坝委员会（ANCOLD）以人口年最低死亡概率作为制定生命风险标准的基础。澳大利亚人口年最低死亡率为10-4/a（10～14岁年龄段），因此，其于2003年制定的《风险评价指南》中建议，现役大坝对个体和团体造成的个体风险超过10-4/a是不可容忍的，新建和改扩建工程的个体风险超过10-5/a是不可容忍的。英国HSE对工人和公众确定的个体风险可容忍风险标准确定为 10-3/a和 10-4/a。

国内一些学者认为，可以将公众对交通意外死亡率的可容忍程度作为大坝个体风险标准的参考依据。根据我国2003年的统计资料，乘坐机动车意外死亡的概率为约为3.3×10-4，因此，建议目前我国大坝的可容忍个体风险标准为3.0×10-4/a，可接受个体风险标准为10-5/a，采用逐步提高的方式，最后建议我国水电站大坝可容忍生命个体生命风险标准提高至与国际接轨10-4/a，可接受风险标准为10-5/a。也有一些学者认为以我国的多年平均人口自然死亡率0.66%为依据，根据我国当前经济社会发展水平，建议溃坝个体可容忍风险标准为5×10-4/a～1.0×-3/a；与之相适应，可接受风险标准提高一个数量级，为5×10-5/a～1.0×10-4/a。

水电工程不同于其他基础设施，溃坝引起的生命损失和社会影响是灾难性的。例如“75・8”大洪水中溃决的板桥、石漫滩两座大型水库和竹沟、田岗两座中型水库，使1000多万人受灾，超过2.6万人罹难；1993年8月，青海省共和县恰卜恰河上游沟后面板堆石坝（坝高71m，坝顶长265m，库容330万m3）发生溃决，溃坝洪峰流量超过2000m3/s，是500年一遇洪水（250m3/s）的8倍，下游13km处的县城遭淹，数百人死亡，上千户人家失去家园。溃坝不但会使生命损失，还会造成幸存者的心理疾病和心慌恐惧，甚至社会动荡。随着经济社会的发展和下游人口的急剧增长，溃坝引起的生命损失、经济损失、以及对社会和环境的影响将更大，对大中型水电工程而言，溃坝是不可接受的风险。而作为最重要的枢纽建筑物——大坝，后期加固的难度和代价也将更大。因此，水电站大坝，尤其是新建大坝生命风险标准的制定，不仅要考虑当前的经济发展水平，更要考虑我国经济社会高速发展的特点，逐步提高生命风险标准不适合于我国国情。此外，生命风险标准也要与我国水电工程的可靠度水平相适应。《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》规定的可靠度指标分别为4.2、3.7和3.2，相应的失效概率为（3～10）×10-5，以最低的设计基准期50年计，最高年平均失效概率为0.2×10-5。即使考虑各分项系数的不确定性，通过对大坝薄弱环节的加强设计和安全监测，科学的水库调度和有效的预测预报，水电站大坝的可靠度是可以保证的。因此，建议我国水电站大坝溃坝个体可容忍风险标准不低于10-4/a，可接受风险标准不低于10-5/a。

2.社会风险标准

用F-N曲线和ALARP准则相结合制定生命社会风险标准。F-N曲线是生命损失人数N与其超越概率F之间的关系，通用公式可以表示为：

式中：n为标准线的斜率；C为常数，决定标准线的限制位置。

一些国家和地区采用F-N曲线和n、C取值，如图2。可以看出，n取值越大，相同生命损失的情况下，要求的失事概率越低。因此，采用F-N准则，对于社会生命风险越大的工程，要求具有更高的安全度。工程的可靠度分析与风险评价在本质上是一致的，但由于关注的对象不同，风险标准不仅体现工程技术水平，更要考虑社会公众的要求。因此，Vrijling在F-N准则的基础上提出了可接受风险的改进方法。改进方法规定n=2，C值考虑了某一基础设施在国家水平上的数量、风险折减因子和政策因素。宋敬衖等利用改进方法，对我国不同地区的病险水利大坝的出险加固，提出了不同的生命社会风险标准。

现役水库大坝的加固维修费用除中央财政拨款外，还需要地方配套资金。由于我国东、中和西部的经济发展水平存在较大差异，配套资金也存在很大差别，但水库对地方经济的发展贡献都很大。若在全国采用统一的风险标准，无疑将使一些欠发达地区的水库大坝因资金问题停止使用或改变运行方式，从而又进一步恶化当地的经济发展。因此，文献在Vrijling基础上，针对我国现役水库大坝的现状，对我国不同经济发展水平地区现役大坝提出不同的风险标准建议，以满足目前经济发展的需要，以后逐步趋于统一。单纯从经济发展的角度考虑，这样的建议无疑是合适的。但以降低生命风险标准为代价，换取经济的发展是不可取的。此外，由于欠发达地区的经济基础薄弱，经济抵御抗风险的能力低，则更应该提高这些地区水库大坝的可靠度，即降低溃坝生命社会风险。对于现役或新建的水库大坝，采用统一的社会风险标准，不仅是支撑当前经济社会发展的需要，更是保证可持续发展的需要和安全生产要求，体现以人为本和法律公平的行业理念。

图2 一些国家和地区F-N确定的生命社会风险标准

图3 我国大中型水电站大坝生命社会风险标准建议

根据我国溃坝资料，中型水库1980年前年平均溃坝率7.257×10-3，1980年后为1.107×10-4，溃坝率降低了65.6倍。无大型水库大坝溃决。每次溃决生命损失少则几人，多则几百人。假定溃坝损失人数在10～100人之间，则对大中型水库，年溃坝生命风险为1.11×10-3～1.11×10-2。溃坝生命损失风险上限是不可容忍的，因此，应以下限作为可容忍风险标准，据此建议我国大中型水库大坝的F-N线起点为1.0×10-3。同时，参照ANCOLD的建议，以年溃坝率的10%作为可容忍风险的水平极值线，以溃坝率的1%作为可接受风险的水平极值线。因此，建议我国大中型水库大坝的可容忍生命社会风险的水平极限值为1.0×10-5，可接受生命社会风险的水平极限值为1.0×10-6。同时，考虑大中型水库大坝溃坝事件的灾难性后果和目前水电站大坝的建设管理水平，对于新建大坝，生命损失增加超过1000人，风险是不可容忍的限制条件。综合考虑，我国大中型水电站大坝的生命社会风险建议值如图3所示。

3.结论与建议

作为我国最重要的基础设施之一，大中型水电工程由于其规模和失事后果的严重性，溃坝是不可接受的风险，因此溃坝生命风险的制定需从严控制。由于我国人口密度大，采用不低于发达国家的溃坝生命风险标准，是非常必要的。以我国目前的技术水平来看，也是可行的。采用严格的溃坝风险标准，与我国经济社会的高速发展和安全生产要求也是相适应的。

溃坝生命风险标准不宜分地区考虑；地区经济发展水平的高低，可以作为经济风险标准制定的参考。采用全国统一的生命风险标准，是以人为本理念和法律公平在水电建设中的具体反映。

溃坝生命损失的研究，在我国仍然处于初级阶段，虽然国外取得了很多初步研究成果，但对生命风险标准并未形成一致认识。生命风险标准是一个非常敏感的议题。通过初步探讨我国水电站大坝溃坝生命风险标准制定的影响因素，提出我国水电站大坝溃坝个体可容忍风险标准不低于10-4/a，可接受风险标准不低于10-5/a的建议。根据我国近20年的溃坝资料，可容忍生命社会风险起点为10-3/a，分别以年溃坝率的10%和1%作为可容忍风险和可接受风险的水平极值线，相应的可容忍生命社会风险的水平极限值为10-5/a，可接受生命社会风险的水平极限值为10-6/a,对于新建大坝，增加了生命损失1000人，作为风险是不可容忍的限制条件。

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