论水工程设计洪水标准确定的原则和方法-论文

1 / 10 论水工程设计洪水标准确定的原则和方法（王府义 张志红 王国安 李荣容） 摘要水工程设计洪水标准的确定与自然科学、社会科学以及人们的意识形态等因素有关，是国家技术、经济、政治以及环境等政策的综合体现。本文参考目前国内外水工程设计洪水标准研究现状，结合水工程设计和建设管理的需要，分析总结了水工程设计洪水标准确定的原则和方法，进而为防洪标准修订提供科学依据。 关键词水工程 设计洪水标准 原则 方法 中国是世界上洪水灾害最为严重的国家之一，洪水灾害发生频繁、影响范围广、损失巨大，对我国人民生命财 产、社会经济以及生态与环境构成严重威胁。水工程的防洪安全，既关系到工程自身的安全，又关系到其保护对象的安全。水工程设计洪水标准的确定，是规划设计中遵循自然规律和经济规律，体现国家经济政策和技术政策的一个重要环节，对地区经济社会发展和安全保障十分重要。 1 水工程设计洪水标准研究现状 1.1 国内水工程设计洪水标准研究现状 目前，我国水工程设计洪水标准的确定主要是以规范“规定”的形式来执行。设计洪水标准经由政府主管机构审查批准，作为规范颁布实施，具有法令性的约束作用。其实用上具有统一和简便的优点，但也存在一定 的片面性，容易2 / 10 给防洪安全决策的经济性、合理性带来影响。以下着重对我国水库工程、堤防工程、水闸工程和渠道工程的设计洪水标准研究现状作一概述。 水库工程 我国水库工程的设计洪水标准的制定，在 1961 年以前基本上是参照前苏联国家规范，普遍采用频率洪水标准。淮河 “758” 大洪水后，当年 1 月原水利电力部在河南郑州召开的水库安全会议上，制定了 “ 关于复核水库防洪安全的几点规定 ” ，提出对大、中型和重要的小型水库都要以可能最大洪水作为保坝标准。此后，又陆续发布了水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 (山区丘陵部分 )SDJ12-7(试行 )及其补充规定。 199 年建设部和国家技术监督局联合发布的防洪标准GB50201-94，作为强制性国家标准。该标准仍沿用以往根据建筑物级别确定设计洪水的方法，考虑我国社会经济条件，按照具有一定的防洪安全度，承担一定的风险，经济上基本合理、技术上切实可行的原则，在前期规范的基础上，经综合分析研究，充实补充制定。 各时期标准的演变过程是我国多年来制定国家防洪标准的反复酝酿和经验总结过程，由低标准到高标准、再由高到低，然后适当提高并取一个幅度值。防洪标准一般用频率标准表示，对于重要的工程，其校核 标准采用频率标准与可3 / 10 能最大洪水相结合的方法。 堤防工程 堤防是抵御洪、潮水危害的重要工程措施。我国在 199年颁布 GB50201-9 标准之前，堤防工程设计基本无标准可循。GB50201-9 标准对堤防工程设计洪水标准也只作了定性规定。然而，由于缺乏反映堤防自身特点和要求的标准，堤防工程设计很长一段时期难以做到经济合理、安全适用。 199年 10 月国家技术监督局、建设部联合发布了堤防工程设计规范，该标准规定，堤防工程的防洪标准，统一采用洪水的重现期表示。防洪标准大小，根据防护对象的重要程度和受灾后损失的大小，以 及江河流域规划或流域防洪规划的要求分析确定。目前执行的 堤防工程防洪标准主要在 10100 年一遇范围。 水闸工程 关于水闸工程等级划分及洪水标准问题， GB50201-9 中并未单列出水闸的相关规定，而是将水闸作为水利水电工程中的一部分，按工程等别及水工建筑物级别确定其洪水标准。水利部 2001 年发布的水闸设计规范 (SL265-2001)是专门针对水闸工程制定的规范，在确定洪水标准方面，强调平原区枢纽水闸洪水标准应根据所在河流流域防洪规划规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求确定；对于山区、 丘陵区水利水电枢纽中的水闸，其级别4 / 10 根据所属水利水电工程等别及水闸自身重要性确定，洪水标准则与所属枢纽中永久性建筑 物的洪水标准一致；位于防洪堤上的水闸工程，要求其设计洪水标准不得低于防洪堤的设计洪水标准。 渠道工程 作为灌溉和供水工程主要或次要建筑物的组成部分，渠道工程防洪标准在国标 GB50201-9 中分别作了明确规定，即灌溉和供水工程主要或次要建筑物的防洪标准，应根据其服务对象的重要性，分级别确定。此外，国家技术监督局和建设部于 199 年 3 月联合发布了灌溉与排水工程设计规范， 对以灌溉为主的渠道工程防洪标 准也作了明确规定，该规定与国标 GB50201-9 完全一致。 1.与国外水库工程设计洪水标准比较 由于各国国情和水情不同，经济、社会、文化、道德观念、政治标准以及技术资源、洪水特性等条件的不同，对防洪标准的规定以及设计洪水的计算方法等都有一定的差别。国外设计洪水标准的制定更突出与水库垮坝造成的危害程度相结合，而且多以可能造成的人员死亡数作为决定性因素，在设计洪水标准确定的方法上有引入经济风险分析法的趋势 17。我国水库工程将工程等级划分为等，各等级的设计洪水标准均有上下限，且各等级间的设计洪水标准相互衔接 ，最高级别的设计洪水标准为 PMF 或 10 000 年一遇，5 / 10 最低级别标准为 20 50 年一遇。国 外设计洪水标准所依据的工程分类较粗，各级别之间不相互衔接，可呈台阶式变化，设计洪水标准最高也为 PMF 或 10 000 年一遇，对危害级别较低的或低风险小型水库，其设计洪水标准为 100 150 年一遇或 50 100 年一遇。总体上来看，我国设计洪水标准取值稍低于以美国为代表的英国、加拿大、巴西等国的标准，高于以前苏联为代表国家的标准。 设计洪水标准确定原则 水工程设计洪水标准的确定与自然科学、社会科学以及人们的意识形 态等因素有关，是国家技术、经济、政治以及环境等政策的综合体现，其涉及面广、影响因素复杂、协调难度大。水工程设计洪水标准的制定，原则上应具有科学性、合理性、协调性和可操作性。 科学性原则 防洪标准的高低直接关系到防洪安全和防洪措施投入。选取的防洪标准，应建立在科学的基础上，力求客观、真实地反映系统的基本特征。 科学合理地确定水工程等级和设计洪水标准，首先要有一套科学合理的评判指标体系，能够全面、客观地反映水工程标准；同时，应充分考虑工程规模、效益和在国民经济中的重要性以及工程失事后的影响等基本特质。此外，水工 程设计洪水标准的制定，还需考虑洪水特性、保护对象所处的6 / 10 地形条件、工程建筑材料及结构等。 合理性原则 水工程设计洪水标准的确定应充分考虑社会承受灾害的能力，尽可能避免因洪水造成的各类灾害损失的发生，但又不能脱离工程建设的经济承受能力。因此，作为水工程设计洪水标准确定的合理性判别条件，首先应注意安全与经济的统一。其次，要坚持以人为本和人水和谐的发展原则，充分考虑水工程失事后对“人”的生命安全威胁以及工程建设对生态环境的影响等问题。 协调性原则 确定水工程设计洪水标准，应充分考虑工程修建运行与上下游工程之间的关系 、与周边环境的关系，注意与上下游工程标准的协调。水工程设计洪水标准，还应与防洪体系相协调，随着防洪体系的不断完善，各个工程之间已不是简单的拼接关系，而是有机结合共同形成的一个完整系统，因此，在确定任意一个水工程的设计洪水标准时，不但要考虑工程自身特点，更要考虑工程作为体系中的一部分所承担的任务，与体系中的其他工程协调统一。 可操作性原则 水工程等级划分与设计洪水标准确定的各项指标中有的可以定量计算，有的只能作定性分析，且很多因素具有不确定性，因此应在科学、合理、实用的基础上选择那些易于7 / 10 定量或定性的主导指标， 使指标体系易于操作，便于在生产实践中应用。 设计洪水标准确定的方法 水工程等级确定法 按水工程的等级确定设计洪水标准，主要是根据现有标准以及国内外水工程建设标准的经验，采用一些易于定量的指标，并综合分析其他重要因素，先确定其工程等别；然后根据所定工程等别和建筑物的重要性，确定水工建筑物级别；再根据建筑物级别确定其防洪标准。该方法简单、直观，易于操作。 按水工程的等级确定设计洪水标准，也有其不足之处。该方法未能将防洪标准与防洪工程的投入、防洪效益以及公众可承受的风险度联系起来，缺乏一定的理论基础，可能会出现防 洪效益与工程投入不相称的情况。 经济分析法 用经济分析方法确定标准，即以目标函数最优化为原则，从经济角度分析比较工程投资和效益之间的关系，进而确定设计洪水标准。常用的经济分析方法有年费用最小法、效益费用比法、边际益本比法等。 与按水工程的等级确定设计洪水标准的方法相比，经济分析法具有一定的理论基础，能较好地反映设计洪水标准与工程投入、防洪效益之间关系，避免了制定标准时的主观性8 / 10 和随意性。其缺点是，对资料要求较高，分析论证工作量大，可操作性较差；同时，在用经济指标来估算时，防洪效益本身存在着不确定性和可变性；此 外，对于某些因素，如生命损失、重要性等指标，是难以甚至无法用经济指标来衡量的。 风险分析法 8 11 水工程的防洪安全设计中，水工建筑物经济性和安全性矛盾的解决，一直是水利工程界十分关注的问题之一。既要保证水工建筑物在使用期间安全可靠，又要使投资经济合理。恰当的解决方法是，使水工建筑物在投资经济合理的情况下，能够承担一个可以接受的风险。这样，水工程的风险与代价分析方法就应运而生。 风险与代价分析方法可以把险情、失事机率和可接受的灾害定量化。从理论上讲是一种较好的方法，也是现今的发展趋势。基于风险分析的设计 洪水标准研究，是近年来防洪安全领域的新课题，仍处于发展阶段。建立水工程防洪安全的风险标准，存在着很大的争议。争议主要来源于风险分析中所存在的不确定性，包括事故损失估算、可接受风险水平的采用和失事概率的分析等。 拟推荐方法 对于水工程设计洪水标准的确定，国内外通常的作法是针对不同类性、不同功能的水工程，根据其工程等级或风险级别，以规程、规范的形式，统一制定出水工程防洪安全的9 / 10 设计洪水标准，工程师遵照执行。现行标准的确定方法，综合体现了国家技术、经济、政治以及环境等因素，便于操作；而采用经济分析的方法，理论上比较 合理，但工作量大、难度较高。另外，从世界大坝设计洪水标准选定的发展趋势上看，仍以传统的根据指标划分工程等级，确定工程设计洪水标准的方法为主，只在水库垮坝造成危害级别为“显著”一级时，提出可用经济风险分析法确定。因此，鉴于我国各类水工程现行设计洪水标准实行了多年，建议现行标准修订仍采用按水工程等级确定设计洪水标准的方法，有条件的，可辅以经济分析和风险分析法。 参考文献 1张万宗 . 国外的洪水与防治 M .郑州：黄河水利出版社， 2001. 2 (美 )L.C.斯普拉金斯等 (黄灿璨译 )，美国大坝安全 J .水 利水电快报， 2006(5)： 18-21. 3 (印 )C.V.J.瓦尔马 (朱晓红译 )，印度大坝的安全工作 J .水利水电快报， 1994(4)： 19-22. 4张柏山 .世界江河防洪与治理 M .郑州：黄河水利出版社， 2004. 5王国安 .可能最大暴雨和洪水计算原理与方法 M .XX：中国水利水电出版社，黄河水利出版社， 1999. 6 (俄 )A.E.阿萨林 (陈志斌译 )，俄罗斯大坝设计中10 / 10 的设计洪水估算 J .水利水电快报， 2008(2)： 9-11，