挪威大坝安全风险分析——条例、建议和实际应用

挪威·Grethe Holm Midttømme，Leif Lia，Anne Marit H.Ruud

（1.挪威科学技术大学；2.挪威水资源和能源局；3.挪威国家电力公司）



挪威大坝安全风险分析
——条例、建议和实际应用

挪威·Grethe Holm Midttømme1，Leif Lia2，Anne Marit H.Ruud3

（1.挪威科学技术大学；2.挪威水资源和能源局；3.挪威国家电力公司）

自1987年以来，挪威调查了几个已应用大坝安全风险分析技术的工程，主要是针对运行中的大坝。1997年，挪威水资源和能源局（Water Resources and Energy Directorate，NVE）针对大坝发布了风险分析导则。此后，在制定大坝安全导则时，风险分析就成为了一个议题。在2009年版的《大坝安全条例》中，设定了在制定应急行动计划、规划保障公共安全的安全措施和规划用以保护大坝敏感信息的安全措施时，都应使用风险分析。挪威国家电力公司Statkraft是挪威国内的主要大坝业主，他们已经按照相关条例的要求，在大坝安全管理中实行了风险分析。文章概述了Statkraft公司如何在实践中使用风险分析，并且概述了大坝安全导则和条例的制定情况。

大坝安全；风险分析；后果分类

1　简介

根据国际大坝委员会的相关资料，风险分析过程可分为三类：基于标准的、定性的和定量的。在基于标准的方法中，通过对大坝进行分类（危险/后果分类）、对非常事件使用设计荷载和使用安全因子来表示风险。定性和定量方法对风险的考虑则更明确，但在定性方法中，不确定性不用数学（概率）方式表达。

挪威水资源和能源局（Water Resources and Energy Directorate，NVE）及行业组织挪威能源的前身河道系统管理协会（River System Management Association，VR）于1987年发起了一个大坝风险分析项目，重点是定性和定量方法。该项目的背景是1985年和1986年发生了几起大坝事故，挪威水资源和能源局及河道系统管理协会同意启动一个公共大坝安全项目，特别关注意外自然事件（如洪水等）对大坝安全的影响和将风险分析作为一种工具用于大坝安全的重新评估中。该项目得出的结论是定量风险分析看似适用于设有泄洪闸门的大坝，对其他大坝，仅推荐在定性评估中使用风险分析（挪威水资源和能源局及河道系统管理协会，1987年）。从这些项目组得来的这些结论和其他建议是20世纪90年代初一大型大坝安全项目的基础，这一大型大坝安全项目涉及许多主题，如应急行动计划、溢洪道的堵塞和混凝土大坝的碱骨料反应。该大坝安全项目的目的是为处理洪水和其他可能威胁大坝安全的自然事件提供更好的基础。其中一个子项目的组成部分是在其他故障树和事件树分析中使用各种风险分析方法来评估泄洪闸的安全。该大坝安全项目的主要报告得出结论，挪威的大坝业主应对以下几项进行概率分析：

（1）闸门失事，对于设有泄洪闸的大坝；

（2）大坝失事，对于安全校核洪水工况下溢洪道泄洪能力不足的大坝；

（3）因漫顶或浪涌造成的大坝（土石坝）失事且失事后果非常严重的。

主要报告还得出结论：应为所有大坝引入基于后果分析的分类体系，之前采用的分类体系见表1，该分类体系用于最大型的水电站，它应与新的分类体系进行合并。项目报告建议采用5级分类，这与现行大坝安全规范中使用的分类一致，见表1。在1992～2009年间，采用的是仅有3个分类的简化体系。另外，项目报告建议根据后果分类提出不同的要求，如事故荷载（安全校核洪水、滑坡引起的浪涌等）、安全检查的频率和质量、安全重新评估、对人员的资质要求。现行的大坝安全规范中也提出要差别化地要求，与这些建议非常一致。

表1　1992年建议的大坝分类和2009年确定的大坝分类Table 1 Dam classes：proposed in 1992 and established in 2009

在20世纪90年代，将风险分析和特别是基于Vick和Stewart于1996年提出的方法的概率事件树方法在几座大型堆石坝上加以测试。获得的经验如下：对土坝（堆石坝），使用事件树方法的风险分析是非常好的定量分析大坝可靠性的方法，并且是识别潜在的大坝安全改善的基础。而主要的挑战则看似为：如1997年Salmon所述，很难找到关于事故/损毁的可靠的统计数据以实施完整的定量风险分析。因此，必须使用主观的专家判断。如Midttømme于2002年讨论的，即使存在一些挑战，也值得对存在严重溃坝后果的大坝在安全管理中应用综合的风险分析。风险分析的主要好处是增进参与到风险分析中的大坝业主和员工对每座特定大坝的理解。对于规模稍小的大坝，当其主要关注点为制定应急行动计划时，定性方法看似更适用。

在国际大坝委员会2005年出版的第130号公报中，对24个国家（包括挪威）在大坝安全管理中如何实施风险分析方法进行了概述。国际大坝委员会的公报显示，所有24个国家都使用了基于标准的方法，包括挪威。风险分析/风险评估被强调是对传统实践的提升，而不是一种取代。风险分析包括许多方面，其中包含了正式的对不确定性的处理。与其他关于该主题的出版物（如Hartford和Baecher于2004年出版的《大坝安全中的风险和不确定性》一书）一起，第130号公报给出了一个非常好的概述。2012年西班牙大坝委员会出版的西班牙导则对该主题和最近的发展提供了全新的概览。总的来看，风险分析被提倡为了解大坝性态、制定更有效的监控流程、确定大坝后果分类（后果/灾害等级）、大坝安全复核和在大坝资产组合中对大坝安全改善进行优先排序的一种有力工具。

2　法律框架

2.11981～2000年的发展

如果遵循国际大坝委员会给出的大坝安全管理中对基于标准的方法的定义，则可以说，早在挪威1981年颁布的第一部《大坝安全条例》以来，挪威的法律框架中就一直包含有风险分析过程。在20世纪80年代，对大坝的分类非常简单，仅根据大坝坝高和库容作为标准，且大坝仅被分为两类。但是，在《大坝安全条例》出版之前和出版之时，对水电站大坝就有基于溃坝后果的分类体系，用来筛选需满足特定要求的大坝，以免受战争、破坏行动和恐怖行动的破坏。根据该体系，对约200座最大型的水力发电大坝进行了分类。

1992年，挪威就大坝监管颁布了新的条例，将水电站大坝采用的基于溃坝后果的分类体系推广到对所有大坝有效，不论大坝功能如何。大坝被分为3类。1994～2000年，挪威水资源和能源局与大坝安全业内人士（业主和咨询师）合作，对其进行了进一步的修订。1997年，挪威水资源和能源局出版了一部《风险分析导则》，2000年，新的《大坝安全条例》颁布，其中提及了风险分析。对风险分析的使用未给出特定的要求，但条例中写道，大坝安全管理当局、挪威水资源和能源局应要求使用风险分析。朝着基于风险的大坝安全管理迈进的另一步是根据大坝分类引进不同的设计洪水。入库设计洪水从重现期1 000年到500年不等，对溃坝后果最严重的大坝，安全校核洪水被设定为可能最大洪水，对稍低分类的大坝，则采用稍小规模的洪水。另外，根据大坝分类，对负责大坝设计、建设和运营人员的资质的相关要求也有所区别。

2.2现行的法律框架

2009年，挪威水资源和能源局颁布了新的《大坝安全条例》，将所有与大坝安全相关的要求集中在了一个条例中。在现行的版本中，要求将风险分析应用到以下特定目的中：（1）应急行动计划；（2）公共安全；（3）信息安全。

另外，对大坝分类也提出了要求，包括基于溃坝洪水计算的后果评估，并且根据大坝分类，还提出了更多不同的要求。这些具体要求涉及以下几个主题：设计和安全校核洪水、应急行动计划、监控（检查、仪器仪表）、降低水库、安全超高和土石坝坝顶的设计、使用特定的混凝土坝坝型、安全重新评估等。

2.2.1应急行动计划

对溃坝后果最严重类的大坝，即第2～4类，大坝业主必须制订应急行动计划来应对河道系统中可能发生的所有会对人民生命、财产和环境造成重大损失的事件。这些应急行动计划必须基于溃坝洪水计算和对风险及易损性的分析。在挪威水资源和能源局1997年出版的《风险分析导则》和挪威水资源和能源局2010年出版的《水电站应急行动计划导则》中均有对制订应急行动计划的指导。两部导则都推荐使用初步的危害分析，而其他方法则在需要对系统中某一组成结构物或对某一事件进行更详细的分析时作为一种支持手段。推荐的方法是按照以下流程来完成一个分步骤的整体计划：筛选失事模式、确定风险标准、在矩阵系统中进行分类和优先排序、最后为排在前位的风险事件制订行动计划。

2.2.2公共安全

不论反映溃坝后果的后果分类如何，大坝坝址现场和周围的公共安全是任何业主都要关注的内容。由于大坝、水库周围的交通随着时间而改变角色，公共安全正逐渐成为愈发重要的问题。越来越多的人参与到户外体育活动中，通常，人们对这些活动地点的情况并不太知情，比如，人们并不太知道与大坝或水电站正常运行相关的危险。因此，《大坝安全条例》第7-6章节中明确地写道：所有大坝业主都应建立并维护必要的安全措施，用以保护在坝址或坝址周围（水库上、大坝下游和越过大坝建筑物的交通道路）进行正常活动的人们的安全。另外，大坝业主必须每5年对大坝进行一次安全复核，以识别新的风险因素。在最近的安全复核分析中，必须考虑坝址处或大坝运行中发生的所有变化以及对可能的危险工况取得的最新认识。对保护公众的安全措施的规划和实施必须基于以上分析。

1989年，挪威一个水电站发生了一起悲惨的事故，2个小孩在水电站进水口溺亡。此后，大坝周围的公共安全就成为了一个重要话题。1991年，水电站业主和大坝安全权威机构挪威水资源和能源局一起合作，出版了关于公共安全措施的第一部导则。2002年出版的《大坝安全条例》中，对公共安全措施提出了要求，并于2003年出版了修订导则。2013年，挪威出版了新版导则，其中包含了新的经验和新的变化。新导则中有一个章节是关于风险评估，其中所给的方法是挪威大坝业主日常实践的真实写照。

2.2.3信息安全

为保护溃坝后果分类为最高等级的大坝免受会对大坝建筑物造成损害的直接行动（比如战争、破坏活动和恐怖行动）的影响，《大坝安全导则》第7-8章节中要求，对后果分类为2-4级的大坝，敏感信息都应该得到保护。这些大坝的业主必须对每座大坝的信息管理进行风险评估。业主必须识别出哪些是大坝的敏感信息，这些敏感信息存储在哪里，是如何存储的，谁可以获取这些信息。对敏感信息，必须这样保护：仅合法用户才能获取这些信息。这是2009年以来才规定的新要求，目前还没有专门的导则来说明该如何实施这些风险评估。

3　挪威国家电力公司Statkraft的实践

3.1应急行动计划

作为挪威最大的大坝业主，挪威国家电力公司Statkraft的每座水电站都备有各自的应急行动计划，对可能发生的意外事件进行了分析和记录。这些应急行动计划使用的是当地的语言，以降低在紧急情况中发生误解的风险。如前所述，对风险分类最高等级的所有大坝都进行了溃坝分析，计算结果应用到了应急行动计划中，并且，还就计算结果与可能受影响的市政府、县政府、警察以及其他需要该信息用于准备当地营救（疏散）计划的有关当局进行了沟通。对每个水利建筑物（如围堰和大坝），分析报告中也都列出了每种事故（如渗漏）的关键极限值。

挪威国家电力公司Statkraft使用了一种“假设”的方法来绘制风险地图并进行应急响应演练，以在整个组织内部形成共同的安全文化。这种方法很实用，也易于操作，不需要做特别的准备，易于管理，也能在各地使用。该方法提前制定了一些情景，包括电站组合中可能发生的严重事故。这些情景被写下来记录在卡片上，每个卡片都会放在风险矩阵中的“正确”位置。风险矩阵是一个3×3的九宫矩阵，分别标记为红、黄、绿三个区域。放置在红色区域（高风险）中的情景，之后会通过桌面演练的方式对其进行评估。

3.2公共安全

在挪威国家电力公司Statkraft，对涉及第三方安全的水电建筑物的风险评估应：

（1）至少每5年进行一次，除非因使用模式上有变化或相似的原因，表明需要进行更频繁的评估。

（2）至少由2人实施。

（3）融入挪威国家电力公司Statkraft的大坝安全管理系统和监管程序中。

另外：

（1）每年都应对安全措施（标志、栅栏、围墙等）进行检查，定期检查。

（2）若常规风险评估中发现现有的安全措施存在不足，应对之进行改进。

（3）在每次评估中，都应强调美学因素。

（4）对每次风险评估的记录都应归档。对所有识别出的存在风险的对象及其最后的风险级别所做的概述必须可获取。

图1　挪威国家电力公司Statkraft某电站采取的用以保护公众的措施Fig.1 Safety measures to protect the public at a Statkraft facility

考虑到第三方的安全，应用挪威国家电力公司Statkraft的风险评估方法必须基于对下述事实的理解：即每个河道建筑物，其设计、功能、地点、交通和环境（如下雪量）等都是独一无二的，因此，必须根据其特点进行相应的风险评估和安保。风险评估的结果会表明现有安全程度是否能令人满意，是否需要采取措施来提高安全水平。

为尽可能达到统一的安全程度，应遵循安全政策并应用到所有挪威国家电力公司Statkraft的河道设施中。一般来说，各种安全措施的设计和实施都应根据每个河道建筑物的具体情况因地制宜。区域中的地理位置和交通是需要强调的问题。另外，安全措施必须适用于儿童，以确保他们不会受伤。在儿童可能单独出现或可能没有成人监护的地方，在这方面应给予特别的关注。

3.3信息安全

挪威国家电力公司Statkraft有一内部文件，描述如何处理关于大坝和水电站的敏感信息。

3.4电力供应的风险和易损性分析

根据供电部门内部关于确保安全和应急行动计划的条例（《应急行动计划条例》）中的要求，挪威国家电力公司Statkraft也会进行风险和易损性分析。对最重要的河道和水电站进行这些分析是要考虑到可能影响供电可靠性的事件。这些事件被分为3种不同类型：自然事件（洪水、滑坡等）、技术事件（意外事故、火灾、爆炸）和恶意事件（故意破坏、损毁、恐怖袭击、盗窃）。

针对每种事件，都应考虑是否有足够的防护措施，讨论并记录讨论结果，并提出应采取的措施。

4　讨论

国际大坝委员会于2005年指出，风险分析被作为一种支持手段来帮助业主达到法律框架（条例等）中提出的大坝安全要求。2006年，新南威尔士和澳大利亚都在从传统的基于标准的方法向基于风险的方法转变。根据该新体系，当现有大坝满足了传统的基于标准的方法中提出的安全要求时，就能得到大坝安全委员会的认可，若不能满足安全要求，则大坝必须遵循大坝安全委员会的《公共安全导则》，该导则基于风险评估和最低合理可行原则。大坝安全委员会设定了不同的必须要满足的可容忍度限度，以证明风险已达到合理可行的最低。但是，长期上看，所有大坝都必须达到大坝安全委员会给出的确定性的安全水平。另外值得注意的是，确定容忍度限度可能非常困难，它包括对状态水平进行长时间的政策讨论。

少数一些国家和地区采取的是与新南威尔士和澳大利亚相同的方法，但许多国家前进的方向是将风险分析和评估作为大坝安全管理中自然的组成部分，不管其是更简单或是更复杂。许多国家根据溃坝后果对大坝进行分类，并将分类结果作为制定具体要求的基础。许多国家也利用风险分析来支持重要的安全决策、制定应急行动计划、评估大坝周围的公共安全等，做法符合国际大坝委员会的建议。

挪威也在向着基于风险的大坝安全管理慢慢迈进。法律框架长期以来都是基于溃坝后果分类，根据大坝分类，也会有部分要求不相同。《大坝安全导则》也要求将风险分析用于某些特定目的。风险分析在1987年以来挪威水资源和能源局和大坝业主发起的几个研究项目和试验中都是焦点。经过几年的摸索，能源行业协会——挪威能源（其中大部分最大型大坝的业主都是其会员）过去几年都在讨论是否需要对在大坝安全管理中使用风险分析进行更多的研究或试验。

如今，看似挪威的大坝业主主要将风险分析用于应急行动计划和对坝址周围的公共安全评估中，这与现行的挪威《大坝安全条例》中的要求一致。但实际应用中更倾向于各种定性方法，特别是初步的危害分析。这样做的一个理由就是初步危害分析被作为《大坝安全教程II》的一部分加以推广，而该课程是大坝安全工程师（特许工程师）的必修课程。另外，初步危害分析也得到了挪威其他一些从事应急行动计划的相关机构的推荐。

根据国际大坝委员会2005年的资料和Bennett等人2010年发表的论文，就风险分析在应急行动计划和公共安全中的应用，挪威与其他一些国家差不多。《大坝安全条例》要求将风险分析使用到如上所述的几个特定目的中。另外，如果大坝业主能以更广阔的视角使用多种分析方法来支持重要的大坝安全活动、来制定监控计划、来理解紧急情况下大坝或河道系统的相互关系、来对大坝资产组合在需要昂贵或许多安全措施而资源很稀缺时对其进行优先排序，他们将会受益颇多。气候变化对大坝安全可能会造成影响，这也是人们越来越关注的一个问题，特别是在挪威某些地方，预计设计洪水将会大幅增大，这或许也是在今后的大坝安全重新评估中将包含更多的风险分析方法的原因之一。目前，挪威科技大学一个博士研究课题是未来设计洪水计算中的不确定性。

总的来说，若安全评估中包含了极大的不确定性且溃坝后果很严重，则详细的风险分析看似能提供有价值的支持。应遵循国际大坝委员会和其他机构给出的建议，对溃坝后果严重的大坝进行详细的风险分析，以达到较高的质量和透明度，且可能被核实。

dam safety；risk analysis；consequence class

TV697.1

A

1671-1092（2016）02-0069-05

2016-01-15

文献来源：International Commission on Large Dams.Proceedings of 81st Annual Meeting Symposium，2013.

翻译：崔弘毅

校核：许传桂

Title：Riskanalysesin Norway——rules，recommendations and practical application for dam safety//by Grethe Holm Midttømme，Leif Lia and Anne Marit H.Ruud//The Norwegian University of Science and Technology Abstract：Since 1987 several projects aiming at investigating the use of risk analyses for dam safety have been carried out in Norway，mainly for dams in operation.In 1997，the Norwegian Water Resources and Energy Directorate，NVE，issued guidelines for risk analyses for dams.Risk analyses have also been a topic in the development of the dam safety regulations since then.In the dam safety regulation from 2009 it is assumed that risk analyses should be used for development of emergency preparedness plans，for planning safety measures for public safety and for planning safety measures to protect sensitive information about dams.Statkraft，a major dam owner in Norway，has implemented risk analyses in their dam safety management in line with the requirements given in the regulations.An overview of how risk analyses are used in practice in Statkraft is given in this paper，as well as an overview of the development in the guidelines and regulations for dam safety.