基于标准化管理大坝风险指标体系与评价

周志维 ，喻蔚然 ，罗梓茗 ，彭月平

（1.江西省水利科学研究院，330029，南昌；2.江西省大坝安全管理中心，330029，南昌）

水利工程管理是确保水利工程稳定安全运行、充分且长久发挥经济、社会效益的重要保障。然而，水利管理深层次问题尚未解决，与经济社会发展要求和人民期望还有很大差距。近年，为全面贯彻新时代治水方针，江西省围绕“水利工程补短板、水利行业强监管”的水利改革发展总基调，出台了一系列管控措施及运行机制，全面落实了水利工程管理措施。

标准化管理是提升水库大坝管理质量的重要保证，是实现水利现代化的基本前提。近年江西省开展了水利工程标准化管理工作，水库管理水平显著提高，但与江西省经济社会发展速度相比，管理问题仍然突出，如岗位职责不清晰、安全责任不明确、管理流程及管理办法不科学等，对水库发挥正常效益产生较大不利影响。水库管理单位对存在的问题难以有针对性的方法。在有限的资金及技术力量等前提下，如何最大化地提高管理水平，是目前亟待解决的难题。

基于风险指数排序进行有针对性的管理可有效解决管理无目标问题。大坝风险管理是当今国内外研究的热点，在国外发展已较为成熟，在我国应用方面还处于起步阶段。本文将水库标准化管理与风险管理技术相结合，构建江西省水库标准管理与风险评价指标体系，优选了22项指标，基于脆弱度及层次分析法，建立基于标准化管理下的风险指数评估模型，开展了油罗口水库风险管理评估，基于风险指数，增强了标准化管理的针对性，让目标更明确、重点更突出，为管理者提供决策依据，最大程度降低大坝风险，提高资源利用效率，改善大坝安全运行性态。

一、标准化管理内容

根据江西省政府办公厅印发的《全面推行水利工程标准化管理的意见》（赣府厅发﹝2017﹞56 号）要求，明确了标准化管理“五个一措施”，要求达到管理责任明细化、管理运行安全化、管理经费预算化、管理活动日常化、管理考核规范化等管理“十化”，并出台了《江西省水利工程标准化管理考核评价办法》（以下简称《标准》）及水利工程标准化管理 “六步法”等标准和办法，标准化管理涉及的对象包含全省大中小型水库以及山塘等，任务艰巨繁重。

二、风险评价指标体系构建

1.评价指标选取原则

风险指标应根据江西省水库管理实际情况，保证其科学性与先进性。围绕水库标准化管理的需求，结合水库存在的风险要素，要求选取的指标概念清晰、层次分明、简单易懂、科学定量、操作性强，既要全面、科学、系统地体现水库风险管理的整体情况，增强数据可获得性，避免评价指标内涵重复，也要充分体现管理现状与经济社会发展相协调并适度超前的要求，以便提出指导性的措施。

2.评价指标的选取

水库管理及风险属不同的概念。管理注重行为是否合乎规范及要求，通过工程现状的安全性及为保障工程安全而制定的规章制度体现，达到目标要求，则管理水平较好；而风险侧重于指标与有关标准的差距，可用概率值来度量。为统一两者，根据水利部《水利工程管理考核办法》（以下简称《办法》），将管理划分为组织、安全、运行、经济，《标准》围绕这4个方面进一步细化及补充。在确定管理风险指标时可从这4个方面予以考虑；而工程风险可通过建筑物的分类以及大坝破坏要素进行划分，这方面已有比较成熟的成果，需要注意的是，管理风险与工程风险存在重复的部位，构建体系时应加以区分。

在遵循上述各项原则基础上，通过查阅大量国内外相关大坝破坏研究成果，在反复征询有关专家意见后，建立的体系包含2项一级指标（编号 A1、A2）、9 项二级指标（编号 B1～B9）、22 项三级指标（编号 C1～C22）。 其中：“机构与人员设置”代表管理机构是否健全、技术人员配备是否满足管理需求；“岗位责任”代表所有岗位是否明确、有无存在无事设岗或岗位设置不合理等情况；“操作规程”代表管理流程是否科学、明确；“违法活动”代表管理范围内有无危害工程安全活动或者违章行为；“安全鉴定”代表大坝有无按照要求定期开展安全鉴定；“安全监测”代表监测设施是否完善、是否正常开展监测等；“应急方案”代表有无制定应急方案、是否进行演练及防汛物料是否备齐；“运行调度”代表有无制定相关的调度规程；“经费落实”代表维修养护经费是否足额配套下达；“经费使用”代表是否合理安排等；而工程风险指数方面，利用安全缺陷来体现（B5～B9），详见图 1。

三、基于脆弱度风险指数评价指标的数学模型

由于水库管理指标较多，评价指标的量纲不同，无法简单地进行加权合并，需要对数据进行标准化处理。在进行数据处理过程中，主要是对各指标的赋权。文献列举指标权重的分配方法包含变异系数法、主成分分析法、层次分析法、统计法以及模糊聚类法等。本文基于统计法及层次分析法，求出相应的权重后，再结合脆弱度，求出该指标的风险指数。

1.权重的定量化

图1 江西省水库风险评估指标体系

大坝管理风险与工程风险相对应：大坝管理风险越高，则管理相对不到位，工程产生的风险也越大；反之，工程风险大也体现出管理存在的漏洞。根据历年水库出险数据统计，由于管理不当引起的失事比例约占20%。随着国家对水库管理工作要求逐年提高、管理责任逐渐加大，确定权重时应适当提高管理系数，对于一级指标，工程风险指数定为0.7、管理风险指数定为0.3；对于二级指标，采用层次分析法，根据大坝破坏的类型统计，并参考《标准》，反复征询专家意见后，给出了各指标重要性比值，二级指标及三级指标的重要性比值见表1～表3。在表1～表3中，数值代表本指标的相对重要性，“1”表示两者同等重要;“2”表示前者比后者稍重要，“3”表示前者比后者重要。

采用层次分析法获得各个评价指标权重，选用MATLAB遗传算法工具箱求解，分别得到二级、三级指标的权重，见表4。

2.脆弱度计算方法

脆弱度表示安全缺陷发生的容易程度，侧重于在检查中找出各种隐患与实际或者需求之间的差距，通常采用专家经验找出各个隐患，计算过程如下：

用MC表示不安全度，表达式为:

式中，用S1表示与标准值（或规范值）差距大小，如达到标准或设计要求的80%则差距为0.2，若只达到k则差距为1-k；用S2表示特征关键度，若该风险对大坝安全有着非常重要影响，则取值为1，反之取值0；用S3表示风险临时控制措施，根据是否能建立临时风险控制措施，赋值为0或1。

用CR表示不安全等级，表达式为：

式中，对于实际缺陷，C的取值为10；对于潜在缺陷，C的取值为5。

用SF表示受力频率，AEF为年超越频率，表达式为：

由式（3）得出受力频率值，见表5。用VI表示脆弱度，表达式为：

3.风险指标数学模型

通过构建的多层次多指标风险指数，可综合评价水库风险现状，相应的风险指数计算模型为：

式中，P表示风险指数，VI表示脆弱度值，w1i为第i个三级指标对应的一级指标权重，w3i为第i个三级指标的权重，将计算结果放大100倍作为最终的风险指数。

4.风险指数等级划分

风险指数是没有量纲、没有物理意义的数值，因此对该数值进行等级划分，归属风险所属等级，以便于进行风险评估。由风险指标的计算过程可知，最主观的变量因素在于脆弱度，而脆弱度的确定在于差距的选取，因此基于标准化管理的风险指数评估指标体系需要将标准化评分标准与风险指数进行衔接。依据《标准》及创标要求，总分为1 000分，一级标准为900分，二级标准800分，三级标准700分，四级标准600分，600分以下为不合格，相应的差距S1依次为0.1、0.2、0.3、0.4 及 0.4 以下。在假设其他参数相同，可分别算出不同标准下风险指数，将风险指数划分为5级，不同的风险等级对应的风险指数区间值见表6。

表1 二级指标各指标相对重要性比值

表2 三级指标工程风险指数指标相对重要性比值

表3 三级指标管理风险指数指标相对重要性比值

四、风险指数评估案例分析

油罗口水库坐落在赣江支流章江河上游，是一座以防洪为主，兼有供水、发电、灌溉等综合效益的大（2）型水利枢纽工程。枢纽工程主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、发电引水隧洞及坝后电站等。

在计算脆弱度时，差距S1的确定存在较大的主观性，如组织管理、安全管理、运行管理等方面，难以直接定量化，有必要制定统一的赋分原则。本文基于是否存在相当内容或按规范执行等原则进行划分，分为5个等级，每个等级对应不同的差距S1值，具体见表7。

对于岗位人员设置，按照实际在岗人员的数量与国家规定下要求的编制人员，也可按水管体制改革时核定人数相比较，若实际在岗人数10人，核定15人，则人员到位率67%，差距为0.33。对于岗位职责，可根据岗位是否完善，如依据标准化管理一般要求，岗位设置至少在12个岗位以上，若岗位设置为9个，则达到75%，差距为0.25。对于违法活动，则按有关事件的个数及规模来比较，根据江西省水库历史统计，发生严重违法事件或存在违章建筑的数量较少，主要以违章建筑及水污排泄为主，假设目标值定为5时，若违法事件为1起时差距定为0.2。安全鉴定可根据鉴定类别划分，大坝安全类别分为3类，一类坝差距为0.33，二类坝为0.67，以此类推。安全监测可根据可靠点数量及监测频次来判断，如按规范要求，某大坝应布设12个测点，而水库实际只有10个有效测点，则差距为0.17。运行调度及维修养护可根据是否按照相关流程或质量标准执行，目标值定为相关行为的总数，则未按规范一起，则差距增加0.1，直到1.0。经费落实可根据到账率确定。经费使用可根据是否存在违规使用经费确定。工程风险的差距确定也可采用同样原理。基于以上分析，确定脆弱度后便可计算风险指数，结果见表8。

表4 各级指标权重结果

从表8可以看出，油罗口水库的风险指数为560，基本达到二级管理水平，符合标准化的创标要求，但处于风险指数边缘阶段，仅略微低于上限值564。从分布来看，各级风险指数值差异较大，最大值为83.72，最小值为5.98。从一级指标来看，风险指数主要集中在工程风险方面，而管理风险相对偏低，也体现了水库管理水平的提高。由于长期以来水库建设中所产生的“重建轻管”思想明显，导致管理风险偏高，而2018年油罗口水库完成标准化管理达标验收，管理取得明显成效，主要体现在规章制度更加完善、管理流程更加有序、管理过程更加规范、管理环境更加美观等方面；随着标准化管理的不断推进，可预测2020年水库管理风险指将进一步降低，尤其在安全监测、维修养护等方面。

表5 受力频率

表6 风险指数等级划分

表7 S1赋分原则

从二、三级指标看，大坝坝体风险指数最大。具体看，渗透稳定风险最大，表现为部分坝体渗流压力偏大，存在坝坡出逸风险；其次是变形稳定，表现为大坝坝顶及上下游坝坡出现多条裂缝、下游坝坡多处隆起，且滑坡稳定系数富余度不高；启闭机与溢洪道的风险指数在30以上，启闭机发生多次故障，导致闸门启闭失灵，影响溢洪道泄洪，较大幅度增加了风险指数。而在管理风险指数方面，安全监测、维修养护及运行调度的风险指数在30以上，体现出监测设施的损坏对风险影响较大。从整体看，总风险指数为560.37，风险指数等级为二级，而油罗口水库的标准化创标要求为二级，侧面论证了风险指数等级划分原则是比较合理的。

五、结论与建议

通过模型推演，油罗口水库达到规定的等级标准，但风险指数仍然偏高，有许多需要改进的地方。从2019年开始，江西省水利工程标准化工作将全面铺开，经初步测算，列入标准化管理工程名录内的2万多座工程需标准化管护经费达十几亿元，数额庞大，财力有限，要完成标准化创建及工程达标后管护费用资金缺口较大。因此，如何利用现有的资源来最大化降低风险指数是首要难题。建议：一是充分利用现有资源。通过风险指数排序技术，可进行针对性的改善管理问题，既能提高管理水平，又能有效降低工程风险；二是加大社会资本的引入，建议以区域地方为单位，建立相应的维修养护及安全监测一体化服务队伍，既可保证管理的质量，也便于提升专业队伍人员素养；三是充分利用江西省水库大坝运行管理平台，对水库运管行为进行实时监督。目前江西省水库大坝运行管理平台已逐步建立，各级用户应积极利用运管平台，及时发现管理单位运行管理及监测过程中存在的问题或异常情况，并实时提供远程技术支撑，提升了水库大坝安全运行保障和对突发事件应急处置能力。

表8 三级指标风险指数计算结果