基于水利改革发展总基调的小型水库安全管理研究

方卫华，陈允平，钱雨佳

(1.水利部南京水利水文自动化研究所，南京 210012；2.水利部水文水资源监控工程技术研究中心，南京 210012；3.南京水利科学研究院，南京 210029)

1 概 述

据《2018年中国水利统计年鉴》，全国已建成各类水库98 795 座，其中小型水库占94 129 座，总库容为709 亿m3。由于工程短板较多加上监管方面存在更多不足，小型水库失事甚至溃坝可能性远大于大中型水库[1,2]。据统计，自1954年以来，全国溃坝3 541 座，其中小型水库3 370 座，占溃坝总数的96.4%[3-7]。根据失事成因统计分析发现，小型水库失事成因既包括工程短板引起的，也包括监管不足引起的，因此基于新时代水利改革发展总基调，从“工程补短板，行业强监管”两个方面提高小型水库安全管理能力对降低我国小型水库安全风险具有十分重要的意义。为此本文结合多年小型水库督查经验并结合风险分析和控制论有关原理，在分析“短板”的基础上提出改进小型水库管理流程的方法和要点，并就强监管提出相关建议。

2 工程短板及监管现状分析

1998年以来，我国组织实施了大规模的病险水库除险加固。以湖北省为例，到2015年底，全省累计完成病险水库除险加固5 400 多座。2016年大洪水开始截至2019年底，又完成加固1 280 座重点小型病险水库。尽管全国在小型水库补短板方面作了大量卓有成效的工作，但工程短板和监管不足的问题依然存在，尤其是经济条件比较落后的农村地区。

2.1 工程短板及其成因

工程短板主要包括：水库运行设备设施和结构，挡水、泄洪和防水建筑物，防汛度汛设施及通道，应急抢险配套设施和工具等不能满足水库正常运行、耐久性以及应急需要。这些短板既可能是历史原因引起，也可能是由于侵蚀、冲刷、锈蚀、损伤和疲劳等引起。

(1)设计基础资料不完善。水文条件、地质情况、结构材料参数和施工方法与质量是工程安全分析和评价的基础，由于历史原因，上述资料不全或不确定性大，必将容易引起大坝异常诊断不准确和采取工程措施针对性不强等问题。

(2)施工质量控制不规范。历史上许多小型水库都属于“三边工程”，从而导致枢纽布置、结构设计和材料选择不合理，笔者调研发现，一些拱坝坝肩单薄、支撑角不够；有些均质坝坝体的上游侧填筑料的渗透系数甚至大于下游侧的渗透系数；而一些土坝存在施工碾压质量差，后期勘探发现坝体碾压不密实等问题。在近年的除险加固过程中，可能由于设计和施工质量等方面的原因导致除险不彻底等短板。

(3)运维管控不到位。由于配套设施、经费或技术力量不够，不能及时发现、诊断或修复工程安全隐患，从而导致隐患长期潜伏、发展甚至诱导灾变。

(4)监管信息化水平低，监测、预警缺乏现代化。目前许多小型水库工情、水情监测及预警措施以人工监测、定性判断为主，尤其对于偏远地区、地形复杂、条件艰苦的小型水库，信息采集设施陈旧落后，工作人员观测难度大，无法实时获取观测数据，不能准确、全面的分析大坝的安全性态，水库运行管理信息化建设总体滞后。

2.2 监管现状及其成因分析

相对于工程实体方面的短板，由于小型水库前期未引起足够重视或因为数量多、经费和技术力量有限原因，小型水库监管存在责任不落实或责任人履职能力不强、监管覆盖度和精细度不够、信息缺失或数据分析不深、气象天气地质等信息渠道不畅或融合不够、规章制度针对性不强或落实不够、 重点关键人员技术不明确、资金缺失或责任推诿、体系协调性特别是奖惩有效性针对性不匹配。近三年来，随着“四不两直”等有效监管手段的出现，小型水管监管能力得到显著提升，但深层次的问题也愈加明显。

(1)法制保障和标准规范针对性。小型水库监管涉及确权划界和产权明晰等要求，但由于有些小型水库涉及国土、林业、交通、农村等多个部门，如何协调上述各个不同部门之间的关系，确保管理畅通，需要相关的法制保障，如云南等地，通过人大颁布条例的方式明确各方责任，为小型水库监管提供良好保障。在规章制度和标准规范方面，小型水库都是照搬大中型水库，没有根据小型水库位置、植被情况等差异存在的安全风险采取针对性措施，因此要求监管模式上也应有所区别。

(2)注册登记及相应工程措施的及时性。据不完全统计，目前注册登记的小型水库约为9.3 万座，仍有部分小型水库未完成注册登记，以前约有1/6的水库难以做到按期进行安全鉴定、按期实施除险加固或降等报废。

(3)组织机构和责任人履职能力。小型水库资源有限，配套资金到位率不高，无收入来源，绝大多数水库管理单位入不敷出。一些小型水库未建立专门的管理机构，管理体制不顺、机制不活，其中资金和技术力量投入不够是影响小型水库监管能力的重要因素，尤其是经济落后地区，管理队伍老化严重、人员素质偏低，专业技术人员比重小，责任人有名无实等，不能满足实际需求。

总之，近年来随着小型水库运行管理的加强，小型水库防汛“三个责任人”和“三个重点环节”全面落实，特别是逐库明确责任人、落实重点环节工作、确保“三个责任人”有名有实、实现小型水库专项督查有效覆盖并发现问题及时整改，使得小型水库监管能力得到很大提高，但关键人物的履职能力、制度的有效性、监管的效率等的参数定量化、可视化、实时性和鲁棒性等还需要进一步明确。

3 补短板强监管流程及方法

根据风险分析和控制论基本原理，对于小型水库“补短板，强监管”应针对具体水库或水库群风险和可接受风险确定，从关键建筑物、关键设施、关键人物、关键环节入手，以责任落实、与风险配套的奖惩措施以及反馈控制、不断优化为基本原则，从有效性和可靠性上加以改进，改进后的流程包括风险分析与隐患排查、对标检查与短板确认、补短板强监管、持续改进与反馈等4个关键环节，详见图1。

3.1 风险分析与隐患排查

根据水库所在位置，充分考虑气象、气候、结构、机电、运行、监管等各类影响水库安全的因素，结合隐患排查，确定关键因素，为在可接受风险指标基础上的风险控制奠定基础。

3.1.1 资料收集整理

资料收集整理分析的目的就是补充必要的安全资料并对冗余资料除伪存真。收集资料包括大坝建设运行全过程及全要素工程安全相关资料，其中历史资料收集整理和分析是关键。历史资料包括水库建设及运行过程、建设依据、管理责任、效益分配、历史遗留问题等。建库原因、隶属关系、产权管理、管理方式及其变革对水库确权划界等管理工作十分重要，因此必须予以收集整理。

初次及历次除险加固设计资料包括当时水文资料序列选取与水文参数确定的依据、枢纽布置及坝型选择理由、(挡水、泄水)建筑物配置和布置的针对性、断面坡度及材料(包括防渗、排水和支撑材料)选择的合理性等。

建设与除险加固施工资料包括施工与检验方法和质量，材料组成及性质、施工碾压方法及控制参数，如当时测量或估计的压实度、材料含水率、施工间歇时间等。由于坝内涵管以及止水防渗结合部位的材料和施工质量对水工建筑物长期安全运行具有十分重要的影响，对这部分历史还原对下一步的运行管理至关重要。

3.1.2 场景再现分析

通过对比、复核等技术手段对水库设计、建设和运行过程进行场景再现，从而核实有关资料、发现敏感环节和参数。

图1 改进的小型水库补短板强监管流程

3.1.3 现场调查分析

现场资料收集包括地形、地质、坝提及挡泄水结构、机电设备设施、水情及工情监测设施、资料整理整编分析以及监管措施和有效性等资料。这些资料包括水库坝址周边重大工程措施、渗透破坏、地质灾害、、白蚁活动以及巡视检查和附近村民发现的各类安全异常现象等事关工程安全的信息。

3.1.4 相关人员走访

包括水库设计、施工、运行管理以及坝区居民等了解水库历史和现场的相关人员，从而更客观更深入了解水库安全状况，收集多源信息、核实相关信息。

3.2 对标检查与短板确认

通过安全评价、实地检查、资料复核、检验测试、专家咨询和督查稽查等资料和手段，可全面深入了解水库当前的安全状态。安全状态包括工程质量与安全、组织管理和技术装备等三个方面[8]，可以通过计算复核[9]、现场检查测试和监测检测资料分析等手段加以实现。在此基础上结合历史资料，通过与现行规范[9]的对比，可以为采取相应的工程或非工程措施提供依据。

3.2.1 敏感性分析与风险排序

3.2.1.1 工程质量

可以通过现场检查、测试获得工程当前的质量状态，这些状态参数包括：①坝体及高陡边坡结构及主要建筑物的几何尺寸、坡度、泥沙淤积情况、土体特征及密实度、结合紧密度、坝面平整度以及相关力学参数、粒径及配合比参数、渗流及抗渗参数等；②金属结构安装规范性、锈蚀度、复位灵活性、混凝土碳化情况等。

3.2.1.2 工程安全

工程安全包括运行安全、防洪安全、结构安全、渗流安全、金属机电设施安全、抗震安全和其他风险。

(1)运行安全包括建筑结构及设备设施工作状态及保障措施，如挡水建筑物的稳定性、泄水建筑物可靠性、水雨情和工程安全监测设备的有效性、闸门启闭和供电设施的可靠性、备用设施应急有效性、检验校准和维修养护的规范性等。

(2)防洪安全主要受气候、气象、下垫面、入库流量及泄洪能力影响，可以通过比较水库库容、水库特征水位、泄洪能力、坝顶超高与当地水文条件等综合得到。由于水库淤积及下垫面变化，特别是极端降雨和入库流量情况及其不利组合变化很大，因此复核泄洪能力和降低水库漂浮物对行洪的影响十分必要。

(3)结构安全包括建筑物及其主要部分的抗滑(浮)稳定、材料及连接部位的强度等，可以通过监测数据分析及数值计算得到。其中实测数据包括监测数据和视频图像等非结构数据分析，结构数据分析方法包括周期性、年变幅、空间对称性、趋势性，非结构表面或视频图像分析可以借助小波变换、瘠波变换等图像分析、模式识别和深度学习等方法。

(4)渗流安全可以通过浸润面高度及其梯度、渗透坡降、渗流量大小及其冲蚀量等指标确定，常规监测数据分析可通过测压管水位是否存在趋势性变化、是否高于相应设计值、量水堰渗水量是否突变或趋势性变化、变浑等信息加以推断。

(6)金属结构安全状态可通过稳定性、强度变形以及运转灵活性等指标加以反映。现场检测材料力学参数、变形及损伤锈蚀参数包括变形、锈蚀、屈曲、连接部位灵活性或转轴锈蚀卡阻等。机械设备安全状态可以通过机械设备工作状态中油压、油温、电压、电流等参数加以反应。

(6)抗震安全可以通过数值模拟、模型试验或理论分析检验动态滑动稳定、地震液化以及动水渗透破坏等加以分析。

(7)其他风险是指极端气象条件及其组合、停电、人为运行操作、泄洪设施漂浮物或船舶淤堵等造成的安全风险。

3.2.1.3 组织管理

组织管理包括机构人员设置合理性、责任落实具体性、规章制度可行和针对性、管理设施可靠性和经费保障等信息，可以通过人员精神面貌、库容库貌和档案文件管理的规范性和及时性等“管理效果”加以辅助分析。执行力和效率是组织管理的基础，而对于水库这种不确定大系统，发现问题和解决问题的能力、效率和效果更为重要，如隐患发现、潜在风险识别、测值异常以及故障排除等。

3.2.1.4 技术装备

技术装备包括人才及其技能、装备有效性以及之间的协同。人才及其技能是指参与水库管理的人员的专业配置、技术水平和敬业精神，包括维修养护、监测仪器设备故障发现和解决、工程及设施巡视检查、监测数据检验整理整编、异常数据发现、问题咨询和组织等能力及效果。运行调度、维修养护、监测检测装备的实用性、针对性、可靠性、先进性以及装备效能的正常发挥也从侧面反映了水库技术管理能力。

3.2.2 可接受风险确定

根据水库不同类型的失事及其后果分析，考虑具体水库和水库群的承受能力结合当地的社会、经济和生态条件，确定可接受风险，根据可接受原则确定需要重点和优先补短板强监管的项目，并根据风险大小确定冗余备份措施和安全系数。

3.2.3 趋势分析与安全鉴定

考虑水库淤积、下垫面变化、坝体固结、梯级建设等情况，包括水库影响区社会经济和生态发展情况，应用趋势分析，充分应用安全鉴定成果，对水库安全风险发展进行预测，为有针对性地采取预防性维修、预防性补短板强监管提供决策依据。

3.3 补短板强监管

3.3.1 检查标准与依据

小型水库管理相关的安全鉴定、报废降等、维修养护、监测检测、资料分析等标准目前尚没有大中型水库那么完善，小型水库由于自身的条件限制很难照搬大中型水库的相关规范和标准，因此在小型水库管理方面应根据小型水库的实际和其失事风险加以确定，在此基础上再根据条件提升。目前浙江、江苏、重庆等地水利部门都针对小型水库安全管理相关标准进行了研究或制定了地方标准，其他省市可以参考。总之，除满足当地发布的小型水库管理相关文件和管理办法、规章制度等；小型水库相关设计、施工、运行管理、水雨情监测、安全监测、维修养护等相关技术标准还必须满足水利部规范性文要求[10-19]。

3.3.2 补短板强监管

补短板就是根据法律、法规、规章和技术规范并结合工程实际，从工程安全保障、管理硬软件条件保证和技术保障三个方面全面提升水库安全与管理水平。

从工程安全方面考虑，水库需要根据《大坝安全鉴定办法》进行安全评价，必要时依据文献[9]对设计施工情况进行复核。对于病险水库需要进行及时除险加固，对满足条件的要及时降低报废。

另外一个要补的短板就是摸清坝体基本参数，特别是对于高风险水库，如均质土坝的土体类型及参数、土体力学参数、水库淤积情况等。依据现行规范，通过竣工资料分析设计和施工的规范性，其需要考虑的因素包括水文参数、枢纽布置、坝体结构、坝体材料在断面上的布置等。

对于产权不明晰或确权划界存在困难的小型水库，区县水行政主管部门应协助水库管理单位或当地政府联系国土等部门，加快并有效解决问题。在解决问题过程中，对水库防汛安全和工程安全也必须要有明确的责任落实和追究措施。

从管理方面，强监管首先必须要明确三个责任人，还需要保证责任人身体素质、业务素质和时间精力都能胜任其担当的工作。可以采用加强培训、人才引进、兼职聘请、委托外包、监督问责等方式确保责任人履职能力；其次相关资料文档的管理也是目前许多小水库的强监管的内容之一，为此必须根据水利水电工程档案管理要求和工程安全鉴定、除险加固等实际需要，对相关档案进行整理、归类和编号，建立统一检索标准，实现档案的有效管理。再者对于电子档案应考虑必要的备份，同时要求档案具有安全、可靠的防护或保护措施，能防火、防潮、防盗和防其他形势的破坏。对于历史资料不全的情况，可根据水库现状、功能、必要性等因素，根据小型水库安全管理相关法规和规范，分别采取现场检测测量补充相关资料、安全鉴定或降等报废等处理措施[20]。

通过各种途径确保经费落实、维修养护正常有效和设备设施及时更新换代。特别对于敏感因素和重要风险源管控的经费，必须通过上级拨款、自筹经费和多方合作等形式予以保证，不能以经费为借口影响工程安全。加强小型水库巡视检查，及时进行资料分析。小型水库巡视检查是发现问题、处置问题、保障安全的重要基础性工作，是监测仪器不可替代的重要安全管控措施。日常检查应按附表作记录。对已发现的异常情况，除详细记述时间、部位、险情和绘出草图外，必要时应测图、摄像或录像。现场记录必须及时整理，并将每次检查结果与以往检查结果进行比较分析，如有问题或异常，应立即复查，以保证记录的准确性。巡查管理人员发现险情时，及时向管理单位、主管部门负责人或向政府部分负责人报告。

3.4 持续改进与反馈

根据在监管过程发现问题，通过不断优化流程、细化关键环节的定量化表征，针对性制定工作实施细则，层层落实，闭环控制，疏通管理、主管、技术支撑和施工运位的信息畅通渠道，利用网络实时通讯及时采取措施，通过对巡视检查线路、报警模式、通讯方式 设备设施维修养护流程等细节的再优化，从而最终形成“一库一策”的有效监管模式。

4 建 议

由于小型水库经费和人才比较紧张，因此充分利用已有水文气象设备、或将同一区域和流域小型水库进行打包管理，或将小型水库以“帮带”、“对口扶贫”、“政府购买服务”等方式委托大中型水库管理单位附带管理，也是比较好的思路。另外充分利用云平台、采用遥感和无人设备进行巡视检查也是提高管理效益的有效措施，具体建议如下。

(1)完善相关法规，特别是监管规范，明确责任主体，加强安全风险管控全覆盖，落实配套工程和运行维护主体、责任和经费。协调与应急、国土、林业、消防、环保、市政或农业的部门的关系，必要时通过区县人大发布相关条例，统一协调各方职责，实现小水库安全责任全覆盖。协调小型水库利益相关方，依据安全风险大小及风险性质及时分类，采用分类分级管理，针对安全风险性质和特点制定相应的应对措施和责任奖惩制度。鼓励管理水平高、技术力量强的大中型水库管理单位带动流域或区域小型水库管理，或采用物业管理模式委托具有实力的科技单位承包水库日常维护和监测分析工作。

(2)根据区域水库风险源，加强应急、气象、地质、国土、水文、地震等小型水库安全和管理相关各方的协作水平和数据共享能力，通过信息共享、应急资源快速联合演练等方式加强敏感风险源感知和相关部门区域协作水平。

(3)充分利用中心会商-移动管理协同模式，建立分区域或流域小型水库监管平台和小型水库智慧化信息管理系统，对水库监测信息和相关责任人实现台账制、跟踪式动态管理，根据水库风险等级，拟定敏感或重大风险预警指标，实现对日常巡视、异常状况、资料整编分析的实时提醒和动态预警，针对可能风险有预案有落实，针对出现的问题有整改有反馈。

(4)从管理能力方面，技术力量不够的小型水库，可以采用委托管理技术力量雄厚的大中型水库“以大带小”的方式负责日常管理。也可以将小型水库打包成群，配置完备的技术力量，或委托有能力能胜任的科研设计勘测单位负责小型水库(群)的管理。无论采用何种方式，责任必须明确，资料和流程必须能够溯源。充分利用水库资源，多方筹措水库运行维护经费，与农村集中供水工程协调管理，在生态优先的基础上，实现水资源的优化配置和水库资源的低影响开发。

(5)充分利用气象、水文等公共资源信息，利用大数据、云平台、视频图像、无人机等远程监控和现场抽样配套协同监管技术，与农村集中供水工程协调管理。充分利用现代信息手段，实现全过程监管、监管过程和关键节点可视化、可复查、可溯源，把工程赋存环境、水文气象特征、地质基础条件、大坝及金属结构、泄洪及机电设施统筹考虑，全面摸清楚工程风险，把握敏感因素及其诱导因素，通过数据挖掘和多源信息融合及时掌握重大危险源及其先兆。

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