瑞士水库大坝安全管理与启示

2018-11-10张士辰王昭升杨正华

中国水利 2018年20期

张士辰，王昭升，杨正华

（1.水利部大坝安全管理中心，210029，南京；2.南京水利科学研究院，210029，南京）

一、瑞士水库大坝基本情况

瑞士有各类水库约1200座，大部分以蓄水、发电为主，少量水库以防洪、灌溉、拦沙等社会效益为主。瑞士在19世纪初开始兴建工业大坝，20世纪30年代筑坝业进一步发展，1950—1970年达到高潮，一批高坝大库陆续建成，建于1961年的Grande Dixence大坝仍然以285 m坝高保持当前最高混凝土重力坝的世界纪录。

按照工程规模，瑞士水库可分为小型水库和大型水库两类，大型水库是指坝高25 m以上，或坝高15 m以上、库容5万m3以上，或坝高10 m以上、库容10万m3以上，或库容50万m3以上的水库；小型水库是指坝高10 m以上，或坝高5 m、库容不小于5万m3的水库。瑞士大型水库共227座，其余近1000座均为小型水库。为进一步加强规模较大水库的安全监管，管理中又在大型水库范围内进一步强调了特大型水库概念，这类水库是指坝高不低于40 m，或坝高不低于10 m、库容不小于100万m3的水库。

按照坝型划分，重力坝占35%，土坝占32%，拱坝占24%，支墩坝占1%，其余8%为水闸，也视为水库大坝进行监管。

瑞士在1943年初步建成了大坝安全管理法律框架，1998年《大坝法》（WRFA）发布实施，此后逐年完善，达到现状规模。目前，瑞士水库大坝安全监控的主要法律与法规分别是《大坝法》和《大坝条例》（WRFO），为了贯彻实施《大坝条例》，联邦能源署（SFOE）发布了大坝安全准则、结构安全、防洪安全评估、抗震标准评估、大坝监测与维护、应急预案等一系列指南。

瑞士水库大坝安全也实施类似中国的分级监管，227座大型水库由瑞士联邦能源署负责，其余近1000座小型水库由州政府水库大坝安全监管机构负责监管，联邦能源署对州政府大坝安全监管机构的小型水库监管行为进行间接监管。

二、瑞士水库大坝安全理念

瑞士水库大坝安全管理理念是控制初始、运行及残余风险，确保大坝安全及有效应对紧急情况，这一理念通过3个方面实现（见图1）。

①结构安全。监管机构在建坝前期审批施工计划，建设实施中全程监督大坝施工行为，审批初次蓄水，确保工程结构安全，为后期正式运行提供基础。

②安全监控。在大坝整个生命过程中，业主必须实施有效的安全监控，及时发现缺陷、异常性态，预防可能发生的危险，定期向监管机构提交安全报告。监管机构应控制大坝监测符合有关法律规定，任何时候都能满足大坝安全要求，可要求业主采取适当的措施保证大坝结构安全。

③应急预案。尽管持续开展大坝安全监控，但由于不可避免的行为异常、自然事故或破坏活动等，大坝安全无法永远确保，一旦发生突发事故，必须能够采取一切措施避免危及人员、财产和环境安全。因此，要准备应急预案预防可能出现的安全问题，以控制残余风险。

图1 瑞士大坝安全理念框图

图2 瑞士水库大坝安全监控体系

三、瑞士大坝安全监控模式

1.大坝安全监控体系

瑞士大坝安全监控体系分为4个层次（见图2），分别为L1层大坝管理员、L2层合格工程师、L3层资深专家和L4层监管人员。这一体系通过L1层大坝管理员的持续检查与测试，L2层合格工程师每年或随时监测评估，L3层资深专家每5年一次的深入安全评估，L4层监管人员的监督管理，以及各层次人员间的互动，不断运作，保障大坝安全监控持续有效。

L1层人员为大坝管理员，需要熟悉管理设备性能，为其他层人员提供及时而准确的安全监测、现场检查、放水测试信息。

L2层人员为合格工程师，这一角色十分关键，每一年度内开展法定频率的现场检查，参与放水测试，负责监控和培训L1层管理员，及时将大坝安全状况反馈业主和有关人员，及时发现问题，提出解决方案，并在第二年定期向业主和L4监管人员提交大坝安全年度报告。

L3层人员为资深专家，这类人员数量不多，开展法定频率的现场检查，负责监控和培训L2层合格工程师和L1层水库管理员，综合分析工程安全状况，提出必要的维修、加固、监测或需要进一步专题研究等措施建议，并在第6年定期向业主和L4层监管人员提交5年报告。

L4层人员为监管机构人员，负责监督L1～L3各层人员的安全监控行为和结果，开展法定频率的大坝现场检查，审查各类安全报告，提出大坝安全技术与操作措施要求，提出降低库水位或其他必要的预防性措施要求。

瑞士大坝安全监控的四层监控体系与我国水库大坝安全运行管理体系存在一定的对应关系。L1层管理人员对应我国水库运行管理操作人员，主要负责大坝安全运行日常管理中的现场检查、安全监测、运行调度等；L2层合格工程师对应我国水库上承担大坝安全管理任务的部门负责人，如水库技术总工或工程管理科科长等；L3层资深专家对应我国水库定期大坝安全评估单位的技术专家；L4层监管人员对应我国大坝安全监管人员，由于我国水库大坝安全监管体制比较复杂，以各级水行政主管部门会同各有关部门开展监督为主要形式，不同行业的监管人员表现形式有所区别，水利系统监管机构是指水利部和各级水利（务）厅（局），能源行业是指国家能源局、各派出机构及能源局大坝安全监察中心。

瑞士大坝安全四层监管体系层次分工明确、职责清晰，容易理解和执行，有利于工作高效开展。体系中L2层合格工程师承上启下，是掌握大坝全面信息、知晓大坝安全状态的关键人员。

2.大坝安全监控内容

瑞士大坝安全监控内容主要包括安全监测、现场检查和放水测试3方面（见图3），以完成仪器测读、目测检查、设备测试等工作，确保工程和金属结构及机电设备等处于安全、可靠的状态。

图3 瑞士水库大坝安全监控内容框图

3.关键监控制度措施

（1）日常检查

日常检查根据监控制度开展不间断的安全监测、现场检查和放水测试，由L1层水库管理人员完成。瑞士对L1层管理人员的要求是不需要很高资质，但需要具备责任心、耐心、交流能力等基本素质。瑞士有很多L1级管理人员不会使用计算机，但仍然能够很好地完成大坝安全运行管理任务。日常注重激发L1级管理人员的工作动力，通过案例学习丰富安全理念，加强教育培训（尤其看重类似中国以老带新的培训方式），注重知识更新，让他们理解为什么设置这个岗位，以及日常管理获得的数据信息对于L2～L4层人员分析研究大坝安全性态的极端重要性。

（2）年度报告

L2层合格工程师负责编制大坝安全年度报告，并须在第二年前6个月内提交至大坝监管机构。大坝安全年度报告主要包括闸门操作测试、安全监测、现场检查等情况，解释闸门测试、安全监测和现场检查等运行情况，分析大坝、附属设施、库岸边坡等的监控结果，评估工程是否安全，提出必要的维修、加固、监测等措施建议。瑞士大坝安全年度报告特点是一目了然、清新简洁，通常只有20～30页，小坝最简洁的只有1页。

年度报告重要基础之一是年度检查，由L2层工程师牵头完成。有的水库先根据年度检查情况编制年度检查报告，作为年度报告的支撑材料。对于年度现场检查报告，必须包含与大坝有关的所有情况，空间范围包括大坝、泄输水结构、操作设备及其附近区域，内容包括被检查区域特征描述、大坝渗流或变形的描述、明显的发展趋势和新的问题、必要的图示、照片及设备维修、更新改造等，比如换了一个压力表、电源线更新改造等，都要写入年度现场检查报告。

重要的是，L2层合格工程师不仅在年底和第二年年初提交或编制年度报告，而且每个月都要对观测资料进行分析，包括是否有任何较大异常，是否出现异常的变化趋势，是否存在一些迅速增加的测值，以及参加地震、洪水等特殊检查情况，遇到异常安全状况，快速通知所有有关人员重视这个问题。如果出现极其异常监测结果，L2层合格工程师自己做不了决策，要上报L3层资深专家和L4层监管人员。另外，还要制定监测规程。如果观测仪器损坏需要维修或更换，常规而简单的自行解决，与L1层管理人员共同完成（如量水堰安装）；若是特殊仪器，则在设计和安装前需要向L3层资深专家和L4层监管人员报告相关情况。L2层合格工程师需要对仪器特别精通，这点非常重要，因为要帮助L1层管理人员熟悉仪器特征和监测方法，并非仅完成报告了事。

（3）5 年报告

《大坝法》和《大坝条例》规定，对特大型水库，由L3层资深专家每5年开展一次现场检查，进行大坝安全评估，提出大坝安全5年评估报告，且须在第6年前9个月内提交5年报告。这项工作类似我国水库水电站定期大坝安全鉴定。

5年报告与年度报告类似，主要基于对安全监测、现场检查、放水测试的评价分析，明确大坝工程状态是否正常，以及提出下一个5年监管期的建议。如在安全监测方面，观测程序是否有必要调整，监测设施是否有必要更新改造，或者是否有必要增设特殊监测设施（如库区冰川位移监测）等，并制定后5年监测计划表。L3层专家所做的5年评估报告是在年度报告基础上开展的。L3层专家要以批评的眼光，判断L1层和L2层工程师的成果或记录。

L3层专家是大坝安全的长期技术咨询专家，也是整个四级监控体系的技术咨询专家，起到连接L2层工程师和L4层监管人员的桥梁作用，如果遇到难以解决的问题，L1、L2、L4层人员都会向L3层专家寻求解决方案。若L3层专家也无法解决，则特邀外部专家帮助，必要时开展专题研究，如库区冰川滑动专题分析及水文分析、抗震分析等。瑞士L3层专家长期负责相应大坝安全咨询，我国尽管有报告质量终身制，但一般仅在大坝安全评价项目执行期间负责咨询工作，项目完成后很少开展技术咨询。

（4）监督检查

瑞士对L4层监管人员的监督检查规定明确。根据《大坝法》和《大坝条例》，L4层监管人员除了参与L3层资深专家的5年现场检查外，要求至少每5年一次对特大型水库、每3年一次对大型水库、每5年一次对小型水库进行独立现场监督检查（此处检查频次的规定是综合考虑L1、L2、L3层人员需要开展的检查频次后确定的）。同时，审查和验证各类安全报告，提出大坝安全技术与操作措施要求，提出降低库水位或其他必要的预防性措施要求。如果L4层监管人员认为业主上报的L2层工程师或L3层专家无法胜任相应工作，有一票否决权，并有权要求更换。

4.大坝安全监控特征

（1）基本实现良性循环

瑞士大坝安全监管概念清晰、制度完善、责任明确、机制顺畅，监管达到了良性循环的程度。瑞士大坝安全监督和管理完全独立；从规划设计、建设实施、试运行、正式运行到加固改造、报废拆除等整个周期，设置了完善的监管制度；监管人员和管理人员、各级政府责任都非常清晰，并以法律形式予以规定；机制顺畅，处处体现监管人员的工作痕迹。

（2）重视大坝安全监测

瑞士大坝安全监测理念是简单、可靠、经久耐用，不盲目迷信自动化监测；监测设计目的性强，监测点数量不求多，布置简单合理，同时强调应根据工程特点或个性，选择监测部位、监测项目和测点数量；监测设施完备运行维护到位，设施维护良好，重视人工比测；监测资料可以在年度报告和5年报告中及时分析，分析结果及时用于指导大坝安全运行管理。瑞士Matmark水库是一座大型水库，总库容1亿m3，其土石坝渗流压力观测设施为20世纪60年代埋设，设置了定期清理测压管淤积的装置，方便后期维护，至今完好。瑞士是精密仪器生产强国，有徕卡仪器等先进的大坝安全监测仪器生产公司，但瑞士的大坝安全监测并不片面追求自动化监测，仅限于对坝体挠度、温度、渗流压力、渗流量、坝基多点变位等能够独立判断大坝安全性态的观测项目设置自动采集系统，以提高监测效率。

（3）重视现场检查与现场监测工作，强调监测数据的可靠性

瑞士的大坝安全监测十分重视监测数据可靠性检查和自动化监测数据人工校测，《大坝条例》规定大型水库至少每月一次人工比测，其他水库至少每年一次人工比测。近年，我国水库大坝安全监测工作有了显著发展，但存在几个值得注意的现象：盲目依赖安全监测自动化系统，忽视人工比测；监测设计指导思想欠科学，质量不高；监测设施运行维护不到位，历时10年以上的仪器完好率不高；监测数据可靠性不足，分析不到位。

瑞士Matmark土石坝安全监测系统考察

（4）重视观测资料的完整性和连续性

瑞士非常重视大坝安全监测资料的积累与分析，并注意保持大坝安全监测内容的连续性和一致性。大坝年度安全报告及5年一次的深入大坝安全评估报告中，以监测资料分析评估大坝性态为主。如Toules拱坝（最大坝高86 m），就是根据长达38年的观测资料分析判断得出左坝端坝基存在不可逆变形的结论。

（5）重视放水测试

将放水测试与现场检查、安全监测并列作为大坝安全监控的主要内容，还明确了什么情况下必须做、什么情况下可不做，并在《大坝条例》这一法规层面上对怎么做（如测试工况、测试方式、测试记录、测试报告等）作出明确规定，确保闸门控制系统运行可靠。

四、瑞士大坝安全监控经验借鉴

中瑞两国大坝安全管理制度相比，其主要目标、架构是基本一致的，瑞士的大坝安全监控方式一定程度上与中国专家针对我国大坝安全管理存在问题的关注契合，对我国大坝安全管理具有一定的借鉴意义。

1.构建水库大坝安全文化

瑞士经验认为，无知、自满和疏忽是导致大坝失事的重要原因，在组织管理中建设大坝安全文化非常必要。大坝安全文化是关于大坝的安全理念、安全意识以及在其指导下的各项行为的总称，主要包括安全观念、行为安全、系统安全、技术安全等。瑞士大坝安全文化已植根于其生活、工作之中，严谨、认真、力求实效，其活力历久弥坚，大坝监控模式被称为“四眼”控制文化，即以L1层自动（主动）控制、L2和L3层分级控制、L4层外部独立控制的监控模式。

2.完善大坝安全监控内容

瑞士强调在大坝安全监控中明确规定各方责任、工作程序及信息对接。我国水库管理主要是执行资产管理和调度管理，应重视安全监控与应急管理。

3.加强大坝安全监测检查

L1、L2层基层监控人员有责任上报大坝的异常，但对异常的认识会受人为判断能力的影响。如果仅由基层人员判断，有可能为时已晚。更好的做法就是将变化的信息持续上报。在管理中，永远正确的问题就是：大坝明年能安全运行吗？有任何异常的信号吗？今后5年大坝可能安全吗？错误的问题就是：这个问题严重到要上报（或通知老板）吗？

工程往往在数年运行后会出现老化现象，何时出现何种程度的安全隐患、如何发展等情况无法预知，重要的是开展主动监控，执行规定的程序和任务内容，包括年度测量程序、年度检查报告、年度安全报告、5年一次的深入安全评估，必要时还应开展专题安全评估。重要的是，不能盲目相信测量结果，应建立明确的测量数据核实程序。

我国可借鉴瑞士简单、可靠、耐用的安全监测理念，在设计、选型、检测、安装、维护、测读、分析、应用等环节学习瑞士的经验，每一步骤都要非常谨慎，最终目的是大坝安全监测分析结果可为大坝安全管理所用。完善现场检查制度，大坝安全鉴定现场检查专家资质问题需要明确，加强安全鉴定现场检查报告在安全鉴定工作中的重要性，提交监管部门审查或备案。

4.创新大坝安全监管模式

瑞士大坝安全监管概念清晰，内容明确，值得借鉴。我国应明确大坝安全监管职责划分，加强监管机构的监管意识，完善监管手段，增加大坝安全年度报告制度，将监管工作落实到大坝的整个生命周期之中，并逐步推进落实技术监管。针对水库大坝安全运行管理，探索建立类似家庭医生制度的技术人员相对固定的咨询工程师制度，监管机构应支持业主管理单位与相对固定的L3层资深专家工程师建立良好合作关系，以便提高水库大坝安全管理的技术能力，更好地发挥L3层专家作用，提高我国大坝安全与管理效率。建立对L2、L3层人员资格的认定和审查，对L3层资深专家工程师的管理由单位资格要求转为对专家个人资格要求。对于管理条件普遍不足的小型水库，实行多种灵活管理方式，如瑞士的组合式资产与运行管理模式非常适合中国小型水库安全管理，包括区域集中管理、委托管理、以大代小管理等。

5.完善L3层专家职责要求

完善L3级专家每5年或6～10年完成的大坝安全评价方式，加强对观测设施可靠性综合评价及现场检查、安全监测结果分析工作；在安全评价前事先开展必要的需求分析，有判别地开展专题复核计算分析工作，将现有的大坝安全评价由多且繁变为少而精。制度上明确L3级专家必须持续发挥专家作用，做好对L1、L2层人员关于大坝安全监控材料的监督、咨询和指导。