我国水库工程设计洪水标准指标体系构建初探-论文

1 / 10 我国水库工程设计洪水标准指标体系构建初探（张志红 王国安 李荣容 吴海亮） 摘要水库工程设计洪水标准的制定，涉及经济、政治、社会、环境等问题，其影响范围广、分析因素复杂。本文根据水库工程规模、效益和在国民经济中的重要性以及工程失事后的影响等因素，研究提出水库工程设计洪水标准适宜的指标体系，进而为防洪标准修订提供科学依据。 关键词水库工程设计洪水标准指标体系 水库工程设计洪水标准的高低关系到工程的规模、效益和保护对象的安全程度，影响着工程投入及所承担的洪水风险，是一定时期内国家对经济、安全 以及社会、环境要求的综合体现。新中国成立以来，我国水库工程建设事业蓬勃发展，截至 200年，全国已建成各类水库 8.5万座 1，其中大型水库 48 座，中型水库 000 座，小型水库 8.2 万座。这些水库设计洪水标准的制定，经历了不同时期标准的演变过程。随着各地经济社会的快速发展，从建设和谐社会、巩固经济建设成果的角度出发，人们对防御洪水等重大自然灾害的要求也日益提高。而现行水库工程设 计洪水标准的制定，其指标体系能否较好地适应不同地区国民经济快速发展的形势，是否能较好地反映当前和今后一段时期内工程建设的安全性、经济性 及合理性，尚需做进一步分析研究。 1 我国现行设计洪水标准指标体系及应用 2 / 10 我国现行水库工程设计洪水标准 24，主要是按水工程的等级确定法确定其设计洪水标准，即首先根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性分等，确定水库工程等别；然后根据所属工程的等别、作用和重要性进行分级，确定水工建筑物级别；再根据建筑物级别确定其防洪标准。有关现行标准的水库、水电枢纽工程等别和建筑物级别划分具体应用情况可详见表 1。 工程等别划分指标体系中，工程规模主要考虑的是水库库容指标；工程效益及在国民经济中的重要性，主要从工程所承担 的防洪、供水、治涝、灌溉和发电等开发任务方面来考虑其分等指标，具体有城镇及工矿企业的重要性、保护农田面积、治涝面积、灌溉面积、装机容量等指标。 在确定水工建筑物级别时，还需考虑工程失事后果以及地质条件、工程结构等指标，来判断工程建筑物是否需要提级或降级。其中，在提级或降级指标体系中根据工程的不同安全要求，又分为两类指标，第一类指标对工程的防洪安全要求影响较大，该类指标引起级别调整同时，设计洪水标准也应作相应调整；第二类指标只影响工程结构安全，其意义在于只调整结构设计的安全参数，在提高或降低级别同时，不调整设 计洪水标准。 水库工程设计洪水标准指标体系分析 防洪标准依据可接受的安全程度，以工程造价和大坝失3 / 10 事的后果综合考虑来选定。具体指标主要有工程等级指标、政治经济指标、工程效益指标，此外，工程所处自然地理环境、工程自身特点、公众观念和梯级水库布置准则也是重要的影响因素。 工程等级指标 水工程等级划分指标体系是设计洪水标准指标体系的基础，在工程等级划分指标体系构建过程中，已充分考虑了各类水工程主要影响因素与设计洪水标准的关系。水库工程等别及其水工建筑物级别与设计洪水的对应关系，是综合现有标准以及国内外水库工程建设标 准的经验，考虑当前及今后一段时期国家经济、政治、社会、环境等因素的发展状况，通过简单的一对一关系做出的明确规定。 通过对大量已建水库、水电枢纽工程等别及其水工建筑物级别划分指标进行分析发现，工程规模指标在确定工程等别和级别中起主导作用，工程规模决定等别、而等别又决定级别。因此，只要工程规模确定，水库工程的设计洪水标准就基本确定。水库工程规模指标主要是库容指标，而水电枢纽工程规模指标为库容和装机容量指标。具体分等指标详见表 2。 政经地位指标 政经地位指标主要表现为工程在国民经济中的重要性方面。由于该项指标十分 抽象，难以统一定量，故定性地将4 / 10 其按重要性程度分为特别重要、重要、中等和一般四类。 水利水电工程根据其所承担的开发任务及其服务对象的重要性，来确定工程的重要性。水库开发任务一般有防洪、灌溉、供水、发电、航运等。因此，可以根据水库所服务对象的重要性，尤其是城镇及工矿企业的重要性，来判断水库工程的政治、经济地位是否重要。城镇重要性按规模、常住人口和人均 GDP 指数来反映；工矿企业重要性按企业规模和货币指标来体现。 具体分等指标详见表 3。 工程效益指标 工程效益包括社会效益、经济效益和生态环境效益三方面。 社会效益 指有工程情况与无工程情况相比，在保障社会安定、促进社会发展和提高人民福利方面的作用；经济效益指有工程和无工程相比较所增加的财富或减少的损失，现阶段我国水利水电工程所创造的经济效益，主要包括防洪效益、灌溉效益、供水效益、发电效益等；生态环境效益方面，水库和水电枢纽工程建成后，在发挥巨大效益、改善水环境、气候及生活环境的同时，也可能对生态环境带来一些负面影响，如对陆地与水生生态环境的影响 5。 工程效益涉及面广，包含众多有形的和无形的效益。不同地区社会经济发展水平差异较大，工程效益指标难以统一5 / 10 定量。为此，统一 将该指标分为特别巨大、显著和较低三类。 坝型指标 不同坝型抗御洪水的能力是不同的，包括我国在内的世界大多国家都把坝型作为选定水库防洪标准的重要因素之一。不允许漫顶的大坝，在选择设计洪水标准时，必须更加注意。土坝、干砌石坝、堆石坝等没有胶结材料的土石坝，其承受漫顶能力较差，洪水一旦漫顶极易引起垮坝事故，该坝型工程的设计洪水标准相对应高些；混凝土、浆砌石坝等有胶结材料的坝，通常有较强的承受漫顶能力，在洪水适当漫顶时不会造成垮坝事故，其设计洪水标准相对应低些。 根据我国以往各时期规范对不同坝型标准的规定，结合GB50201-9 标准执行情况，土石坝设计洪水标准基本上比混凝土坝标准高一个级别，同一级别下土石坝标准的下限值基本为混凝土坝标准的上限值。 注： 1.各类工矿企业的规模，按国家现行规定划分； 2.货币指标为年销售收入和资产总额，两者均必须满足要求3。 自然地理环境指标 从地形条件、洪水特性和工作特点诸方面来看，山区、丘陵区与平原区存在较为明显不同。山区、丘陵区河流河道比降陡，汇流时间短，洪水峰高、量大，其工程建筑物高度一般也较高。水库一旦垮坝，其垮坝洪水速度快、冲击力强，6 / 10 将会对下游造成灭顶之灾。故山区、丘陵区水 库设计洪水标准一般相对较高。平原区水库一般位于河流中下游，与山丘区不同的是，平原区洪水涨落平缓，河道宽、坡降缓，泄水条件较好，发生较大洪水时，一般易于采取非常措施；此外，平原区水库一般坝高较低、水头较小，失事后损失也较小。因此，平原区水库设计洪水标准应比山区、丘陵区水库标准低。 失事后果指标 水库失事对下游造成的危害包括垮坝洪水造成的国民经济和人民生命财产的直接与间接损失，也包括水库失事后不能发挥效益所造成的经济损失，甚至还包括对下游生态环境引起的负面影响。失事后果严重与否也是选定水库洪水标准的主要条件之一 ，其中最重要的指标是人的生命损失，但该指标难以定量判断。美、英等国家规定，凡有少量人身死亡的都要采用可能最大洪水标准。我国人口众多，除边远荒漠地区以外，垮坝失事无人身死亡的情况很少。据以往垮坝实例，即使是中小型水库失事，人身死亡也有以千计的。若一律采用过高洪水标准，我国财力有限，难以达到。因此，防洪标准要求的高低只能相对地反映失事危害的大小，对有条件的、影响特别重大的水库工程，可作专门论证。 我国在水工建筑物分级考虑失事后果指标时，可借鉴国外分级方法 68，结合我国实际国情，从生命损失、经济7 / 10 损失和社会损 失等方面给出定性的失事后果分级指标，如表4。 梯级水库 梯级水库不允许因上游水库防洪标准偏低失事，而导致出现下游水库连锁溃坝的局面。尚在规划中和拟建的梯级水库，应结合江河治理和开发利用规划，统筹研究，相互协调，合理确定各个水库的防洪标准；在已建水库的上游新建大中型水库，应把下游水库作为防护对象看待，其防洪标准不能低于该防护对象原有的防洪标准；在已建水库的下游新建大型水库，必须考虑上游低标准水库溃坝洪水对入库洪水的影响；在已建水库上游新建库容较小的电站，失事后不致威胁下游已建水库大坝的安全时，其防洪标准可低于 下游已建水库的防洪标准。 公众观念 基于风险分析的设计洪水标准研究，是根据水工程具体情况来确定其防洪安全标准，使其既经济又能为公众所接受 9。社会对风险的承受能力，各国各行业标准不一。 加拿大大不列颠哥伦比亚水电局提出的可接受风险水平依据失事后果划分为两方面，一方面是经济损失，另一方面是生命损失，生命损失 R*L=0.001 人 /，经济损失R*S=US$7120/。澳大利亚全国大坝委员会提出的标准也采取每年每坝死 0.001 人的风险为最大的可接受风险。我国对可8 / 10 接受风险方法的研究尚处于起步阶段，鉴于我国人口众 多，经济相对落后，目前大多地区尚难达到西方发达国家的可接受风险标准。采用何种可接受风险标准，需结合我国国情，通过学术界和工程界的合作，并在各方广泛参与的条件下取得统一认识。可接受风险标准 不仅取决于社会对生命安全赋予的价值，而且也取决于相同费用付出条件下社会其他领域减少人身安全威胁的可能性。因此，随着社会、经济、环境和人们心理状态的变化，可接受风险标准也必然是发展变化的。 水库工程设计洪水标准指标体系的构建 水库工程设计洪水标准指标体系的构建，要体现工程设计的安全、经济、科学、合理。它不仅与工程本身的规模、效 益、工程在国民经济中的重要性有关，而且还与工程失事后的影响等因素有关。该体系涉及经济、政治、社会、环境等问题，其影响范围广、分析因素复杂。在标准的制定中，若片面强调经济分析的合理性，忽略工程对政治、社会、环境等因素的影响，所制定的标准不一定是合适的；而不顾经济代价，片面提高防洪标准和安全性也是不合适的。因此，水库工程防洪标准确定，应根据防洪安全要求，结合经济指标分析，并考虑政治、社会、环境等因素，综合论证确定。 水库工程设计洪水标准指标体系包含主要因素和附加因素两方面，其中主要因素是确定工程等别和建筑物级别 ，9 / 10 附加因素主要用于确定设计洪水标准的上、下限。 主要因素中具体指标可分为分等指标、分级指标和提级指标。分等指标对水库工程而言主要是工程规模指标，具体有库容指标和装机容量指标；分级指标包括工程等别指标和建筑物在工程中的作用、重要程度指标；提级指标又分为一类指标和二类指标，一类指标是反映工程重要性指标，具体包括政经指标、工程效益指标和失事后果指标等，该类指标在级别提高的同时相应提高设计洪水标准，二类指标主要从工程结构安全性方面考虑，包括坝高、地质条件和结构形式指标，该类指标调整，相应设计洪水标准不变。 附加因素 指标主要涉及工程规模、投资、水库寿命以及民族宗教等因素，该指标在实际运用中可根据各地区实际情况灵活掌握。 参考文献 1中华人民共和国国家统计局编， 200 中国统计年鉴 M .XX：中国统计出版社， 2007： 469. 2中华人民共和国建设部 .防洪标准 S . XX:中国计划出版社， 1994.6. 3水利部 .水利水电工程等级划分及洪水标准 S . XX:中国水利水电出版社， 2000.7. 4国家经济贸易委员会 .水电枢纽工程等级划分及设计安全标准 ( DL5180-200) 10 / 10 S . XX:中国电力出版社， 2003.1. 5于永海 .曲洋 .综述水电工程对生态环境负面影响的