摘要:在我国已建的8 万余座水库中，有近40%的水库大坝存在病险问题。为了提高对水库大坝除险加固工程的科学认识，促进大坝安全管理技术的发展，在统计分析我国大坝安全现状的基础上，着重介绍了大坝安全管理方面的若干重大课题，以及大坝安全监测、检测和大坝除险加固与维护技术的发展方向; 阐述了完善大坝安全管理法规、标准与管理体系的必要性，以及提高大坝风险管理水平的理念; 提出了加强大坝安全信息化建设、深化水库群综合调度研究、加快加固治理新技术研究与应用等对策与措施。对于现阶段大规模水库除险加固工程的开展，具有较强的针对性和指导意义。

关键词:大坝安全; 除险加固; 风险管理; 对策措施; 病险水库

中图法分类号: TV698 文献标志码: A文章编号:1001-4179(2011)12-0001-05

Some important issues of dam safety and safety management and countermeasures

NIU Xinqiang

Abstract: There are over 80 000 reservoirs built in China，40% of which are in danger．In order to strengthen the understanding of danger removal and reinforcement of dams and reservoirs and develop dam safety management technology，we focus on some important issues of dam safety management and the developing trend of safety monitoring and detecting，danger removal，reinforcement and maintenance of dams based on statistics and analysis of the situation of the dam safety in China．We describe the necessity of improving laws and rules，standard and system of dam safety management and the concept of enhancing dam risk management．The suggestions and countermeasures are proposed in the aspects of improving informatization construction of dam safety，further studying comprehensive operation of reservoir group and accelerating the research and application of new technologies of reinforcement and regulation．It is of great significance to the large-scale danger removal and reinforcement of dams at present．

Key words: dam safety; danger removal and reinforcement; risk management; countermeasure; dangerous reservoir

1 我国大坝安全现状

1．1 大坝概况

水库具有防洪、发电、灌溉、供水、航运、维护生态等多种功能，是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施，是江河防洪体系不可替代的重要组成部分，是维系国民经济发展的重要基础设施。截至2009 年，我国已建各类水库8．7 万余座，其中大型544座、中型3 259 座，水库总库容7 064 亿m3。全国水库防洪保护范围内约有3．1 亿人口、132 座大中城市、0．32亿hm2 农田; 水库年供水能力约5 000 亿m3，其中为城市供水达200 多亿m3，近百座大中城市的居民生活和工业用水的全部或部分依靠水库供水; 由水库提供灌溉水源的耕地约0．16 亿hm2，占总灌溉面积的1 /3。截至2010 年8 月，我国水电装机容量已突破2亿kW(占国内电力装机的22．6%) ，居世界第一; 为实现节能减排目标，2020 年水电装机容量将达到3．8 亿kW。近10 多年来，我国已建在建的主要大型水利水电工程占世界上同期建设项目的60%。我国三峡工程、锦屏一级双曲拱坝、水布垭面板堆石坝、龙滩碾压重力坝等一批大型、超大型工程的建设，均代表了当代世界先进的筑坝技术水平。这些大坝在防洪、灌溉、发电、供水、航运和旅游等方面发挥了巨大的社会效益和经济效益，为我国的经济发展和社会进步作出了巨大贡献。

1．2 大坝安全状况

1．2．1 病险水库情况

我国已建8．7 万余座水库中的绝大部分(约8 万座) 是在20 世纪50 ～ 70 年代建造的，由于当时的历史原因，相当一部分大坝未执行基本建设程序，存在防洪标准低、工程质量差和安全隐患多等问题。据统计，全国病险水库超过水库总数的40%，随着时间的延长，病险水库的数量和比例还会增加，特别是数量众多的小型水库，大坝安全状况很难达到现行规范的要求[1-4］。

水库大坝的病险问题大大削弱了水库的拦蓄与调配能力，严重影响了水库综合效益的发挥，同时也给下游城镇、交通干线等设施造成严重威胁，一旦失事，将给人民生命财产带来巨大损失，给社会稳定和国民经济发展带来很大的负面影响。

1．2．2 溃坝灾害

我国历史上出现了两次溃坝高峰，一次是1960 年前后3 a间，共计溃坝507 座; 另一次在1973 年前后，仅1973 年就溃坝554 座。进入20 世纪90 年代以来，特别是2001 年以后，溃坝数量明显减少。据统计，1954 ～ 2001 年以来共溃坝3 459 座，年平均溃坝率0．75‰，其中小型水库3 434 座，占溃坝水库总数的99．28%。小型水库年均溃坝数量，1960 ～ 1979 年期间为132 座，1980 ～ 1989 年期间为29．2 座，1990 ～1997 年期间为27．3 座， 1998 ～ 2006 年期间为7．2 座，可见水库大坝安全状况总体上趋好。

按坝型分，溃坝中土坝最多，为3 253 座，占溃坝总数的93%，堆石坝32 座，浆砌石坝35 座，混凝土坝12 座。按坝高统计，坝高为10 ～ 20 m 的溃坝数量最多，几乎占总溃坝数的一半，而高于50m的大坝发生溃决的很少。按失事的形式分，漫坝占47．85%，因质量问题失事的占41．2%。没有因地震引起的溃坝。

1．2．3 除险加固进展

早在“75．8”大洪水后的1976 ～ 1985 年，我国就对65 座大型水库进行了以提高防洪标准为主的除险加固。1986 年和1992 年又分别确定了第一批43 座、第二批38 座需要除险加固的全国重点病险水库，其中大型水库69 座、中型水库12 座。1998 年大洪水后，水利部于2001 年7 月编制完成了《全国病险水库专项规划报告》，按轻重缓急的原则分期分批实施病险水库除险加固规划方案，确定了首批中央补助的病险水库1 346 座，其中大型和重要中型水库729 座。2003年又启动了全国病险水库除险加固第二批中央补助项目专项规划， 2007 年7 月对该报告进行了修编，计划对6 240 座大中型及小(一) 型病险水库进行加固治理，全国大中型水库病险率将明显下降[5-6］。总体而言，我国地域辽阔，病险水库分布从南到北，各大流域均数量巨大; 随着时间的推移，工程运行时间的延长，病险水库还会不断出现。因此，我国病险水库加固所遇到问题的广度、难度和复杂程度等都是空前的，其治理和安全管理工作将是长期的艰巨任务。

2 大坝安全领域的若干重大课题

2．1 大坝生命周期

人有从生到死的生命周期，大坝也有使用年限。如房屋的使用寿命约50 a，大型桥梁约100 a。但对于大坝的使用生存寿命在国内外属尚未解决的难题。

我国大规模建坝也已经有50 a的历史，一些中小型水坝经济效益日益衰退，工程的运行成本及维修费用不断上升，工程运行困难，很多大坝已面临功能丧失和溃坝的威胁。应借鉴国外经验，开展大坝老化、寿命及其安全性等方面的研究，考虑该如何面对存在安全隐患、已丧失原有功能的水库大坝的退路问题。根据一些研究，大坝生命周期应遵循社会经济效益最大、对生态环境的负面影响最小的总原则予以确定，具体应考虑以下几个重要原则。

(1) 安全原则。大坝应在各种设计荷载组合作用下，满足强度、稳定和耐久性等安全要求。

(2) 工程效益原则。大坝应发挥规划目标中的防洪、灌溉、发电等效益要求。

(3) 生态环境原则。大坝对生态环境的影响，应遵循“以人为本，人与自然和谐共处”的原则。都江堰历经2 260 a，虽然存在地质复杂、防洪要求高、泥沙问题突出、水流年内变化大、灌区水量要求严格等情况，但以鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口为主的各组成部分相互配合，达到了与自然的高度协调，取得了最佳的工程效果，其设计的科学性不能不让今人敬佩，也是工程长寿的基础[7-9］。

总而言之，目前工程界的看法是大坝寿命绝大部分取决于工程自身的安全; 而自身安全又主要是取决于结构强度、稳定特别是耐久性，结构耐久性又主要决定于混凝土、钢筋与金属结构等。随着社会经济的发展，人们对环境的要求越来越高，对自然规律认识越来越深，生态环境对工程寿命将起着更大影响。

2．2 极端气候条件下的大坝安全

气候变化是目前重大的环境问题之一。气候变化通过改变全球水文循环现状，引起水资源在时空上的重新分配。干旱和暴雨、汛期洪涝发生频率等水文极端现象的强度和频次呈现上升趋势。极端气候严重影响大坝的设计、运行和水工建筑材料特性，进而威胁工程的自身安全。造成影响的主要方面如下。

(1) 气候变化引起流域降雨和径流的变化，造成设计暴雨和设计洪水的改变，进而影响到大坝安全。在大坝运行管理中，要重视水情信息预报，加强防洪抗旱应急预案的编制和执行; 同时对已建工程的运行规则和规程作相应调整，以保障大坝安全和洪水资源化。

(2) 气候变化可能加剧干旱发生的频率、范围和程度，影响大坝结构特别是土质结构工程的安全。

(3) 暴雨强度和暴雨次数的增加，可能引发地质灾害的发生和加大泥沙冲淤对大坝安全和寿命的影响。

(4) 气候变化和变异将加大极端水文气候事件发生的频次和强度，恶化工程应用条件、增大工程荷载，影响工程安全与寿命。

2．3 大坝安全监测与检测

2．3．1 大坝安全监测

大坝安全监测是保证大坝安全的眼睛，现阶段开展的主要监测项目有大坝变形监测、应力应变监测及渗流渗压监测等。我国大坝安全监测在90 年代后快速发展，如长江勘测规划设计研究院开发研制的大坝垂直位移自动监测系统、EMD-S 型遥测垂线仪、国内首创的竖直传高仪、高精度大地测量自动化监测系统;南瑞集团公司的DAMS 系统和南京水文自动化研究所的DG 系统等。最近几年，国内还进行了GPS、测量机器人、光纤光栅监测等高新监测技术的研究。当今的大坝安全监测技术正向监测数据采集的高精度、自动化、数字化方向发展，监测设备向多层次集约化方向发展，监测信息向可视化方向发展。下一阶段宜大力推广4S 监测技术在大坝安全管理中的应用，即综合应用地理信息系统(GIS) 、遥感(RS) 、全球卫星定位系统(GPS) 和专家系统(ES) ，实现安全管理技术创新[3，8］。

我国现有的中小型大坝数量众多，安全监测设施几乎没有或很少，部分水库采用的监测桩等简易监测手段不能满足精度等方面的要求，因此，需要重点研究适用于中小型大坝的简易监测系统。

2．3．2 大坝性状检测

大坝性状检测是已建工程安全诊断与评价、后续加固的基础。大坝检测方法有取样检测、钻孔检测、无损检测及水下检测等4 类。取样检测和钻孔检测属传统检测技术，无损检测及水下检测是随近代电子技术发展出现的新型检测技术。无损检测技术最具发展潜力。近年来发展了三维声波层析技术，可以检测出混凝土坝内部材料参数及病害的立体分布图，分辨率也有很大提高; 国外也应用探地雷达在土石坝上进行缺陷检测。到目前为止，大坝CT 技术相对比较成熟。我国无损检测(探测) 技术经过近40 a发展，已有电法、磁法、地震、CT 检测、探地雷达等多种无损检测技术和相应仪器，开展了孔间、洞间、面间CT 检测，获得了立体系统的检测成果。近年来研制的高精度水下摄像系统和钻孔水下全孔数值摄像，大大提高了我国水下探测精度和水平，对表面裂缝的分辨能力可达毫米级。与国外发达国家相比，我国的无损检测仪器制造水平还不够高。

2．4 大坝加固与维护

2．4．1 除险加固技术

(1) 为提高水库大坝的抗洪能力，一般采用的工程措施主要有加高大坝或增大工程泄流能力(如新增泄洪建筑物或扩建现有泄洪建筑物等) 。

(2) 在土石坝渗透稳定方面，因我国土石坝数量庞大，其中存在的病险比例又较高，从渗流破坏在病险事故中的主导因素，以及防渗加固所占投资比例较大等几个方面分析，选择方案合理、技术可行、经济环保的渗流控制措施，是土石坝除险加固设计中的重要课题。

(3) 在结构安全加固方面，主要是处理混凝土结构的裂缝、碳化问题。随着材料技术的不断发展，针对不同的加固对象、工作条件、裂缝性质，可供选择的混凝土补强加固材料与技术也越来越多，如灌浆材料、冲磨与空蚀修补材料，碳纤维加固，粘钢加固等。与发达国家相比，我国在环保型和抗老化材料方面差距明显。

(4) 在金属结构安全加固方面，一般情况下，对闸门采取更换方式，但埋件一般难以更换，因其可能带来非常大的代价，如巨大的临时工程量，或需要放空水库等。对于水下锈蚀严重需要更换的埋件，目前还没有比较方便简易、代价小、能保证较长使用年限的有效处理办法。这是一个值得进一步研究的重要课题。总之，大坝加固技术的发展方向包括: ①研发环保、耐久性好、施工简便的新型加固材料; ②研发隐蔽工程加固施工的系列化成套设备，新型设备研制应向自动化、智能化、轻便化发展; ③研发水下加固设备和加固材料。

2．4．2 大坝维护技术

大坝建成后，受材料老化、风化剥蚀等影响，抵抗力减弱。为延长工程寿命，大坝的维护是必须的。目前大坝维护修补材料逐渐向环保型方向发展。我国大坝维护技术的主要发展方向为: ①水下维护材料和技术; ②高性能环保抗冲磨材料; ③抗腐蚀、抗磨蚀、抗锈蚀的新型金属结构材料和涂层材料; ④混凝土表层防碳化处理技术。

3 大坝安全管理对策

3．1 完善大坝安全管理法规、标准与管理体系

(1) 进一步完善制度化、法规化、科学化的管理体制。目前我国已经形成了以《水法》、《防洪法》为基础，以《水库大坝安全管理条例》为核心，部门规章和规范性文件相配套，技术标准基本齐全的水库工程安全建设和管理体系，但大坝安全管理没有实际的责任主体，虽然在水利、电力等行业上制定了大坝安全的管理细则和办法，但大坝安全涉及社会重大公共安全，直接关系到国计民生和社会安定，有必要制定国家《大坝安全法》，从法律上明确政府、部门、行业、企业等的大坝安全管理责任和制定相应的大坝安全措施。此外，我国《水库大坝安全管理条例》于1991 年颁布，历经20 a，已难以适应市场经济变化的新形势。随着水管体制改革的深入，大坝管理各层次、各主体的责权利已发生变化，水库管理体制已由过去的国有、集体所有逐步变为国有、集体、私有和股份制等多种形式; 产权制度改革使部分水库的业主成分趋于多元化; 大坝安全管理也从过去政府全面负责逐步转变为政府监督、大坝业主具体负责的形式; 经营管理方式从单纯政府下达计划转变为业主根据市场需求自主经营等。但总的来看，我国大坝的业主和政府尚未完全分离。从世界大坝管理经验来看，大坝业主和政府管理机构必须分离，否则其安全管理难以满足社会经济发展的需求，鉴于此，作为大坝安全管理的核心，应尽快对该条例进行修改并完善。

(2) 研究区域性大坝安全管理模式。作为业主，既要保证资产增值，又要保证水库大坝安全，责任重大。中国绝大多数水库处于入不敷出的状态，工程老化，隐患较多。如果以区域划分包括大中小在内的一群水库，作为区域水务管理集团公司，有数亿至十数亿方水资源作为后盾，就有了业主的基本条件。当这个集团公司走上良性发展道路的时候，就有能力管好大坝的安全。总而言之，大坝管理体制一是要专业化，二是要市场化。

3．2 提高大坝风险管理水平

大坝风险管理应是以风险控制为核心，以事前、主动预防为特征的现代大坝安全管理。这种管理体系主要由风险分析、风险评价和风险处置3 部分组成，具有事故与风险、预防与控制两大核心。

水库大坝的安全问题，不仅仅是工程安全问题，首先应该考虑的是公共安全问题。21 世纪我国提出了一系列治水新思路，在防洪减灾方面，从“入海为安”转化为“承受适度风险”，从“洪水控制”转化为“洪水管理”，从采用“工程措施”转化为“综合采用工程措施和非工程措施”，以至为了更好地利用水资源，提出了“洪水资源利用”等新思路，大大超出了大坝自身安全的概念，正在形成一种以风险理念对大坝进行风险管理的新体系。

传统大坝安全管理的目标是保证大坝安全，人们关注的是工程事故，围绕事故和险情，进行大坝除险加固工作。现代大坝风险管理的主要目标则是将风险控制在公众可以接受和保障社会安全的水平，持续发挥工程效益。由此产生两个概念: ①风险永远存在，任何坚固的大坝都有可能遭受破坏甚至溃决; ②大坝需要适度承受风险，这个“度”根据社会经济发展要求和公众可接受的标准来确定。

为了尽快适应社会和经济的发展，适应以人为本的执政理念和治水新思路，必须加快对大坝工程风险管理体系建设的研究，加快与世界管理理念与管理水平接轨的步伐。大坝风险管理要突出体现4 个方面，即以人为本、预防为主、工程与非工程措施相结合和管理规范化、制度化。

3．3 加强大坝安全信息化建设

我国大坝安全管理主要依据其工程规模，采用水利部、省、市、县、乡的水利主管部门分级管理的模式。水利部大坝安全管理中心、各流域机构、部分省水利厅均建立了各自需要的大坝信息系统，但这些系统一般仅仅实现了一个、几个或者局部范围内大坝的信息管理，信息条目较少，各系统建设的标准和内容也不相同，相互之间难以共享，无法满足水利信息化、现代化管理的需求。加强大坝的信息化建设是大坝安全管理的大趋势。对单个大坝而言，信息化建设包括水情测报系统、工程安全监测系统、防洪调度系统、闸门集中监控系统、工业电视及广播指挥系统以及水库综合管理信息系统等内容，根据信息分析成果，进行预测预报预警工作。对区域水库群而言，信息化建设更是优化水库群调度的基础和前提[3］。

大坝安全管理是一项技术性很强的综合性工作，要进一步加强科技攻关，综合集成应用信息技术、网络技术、自动化技术和监测技术等高新技术，提高灾害预防能力，以及应急控制能力。

3．4 优化水库群综合调度

水库群的联合调度，能将流域内一组相互间具有水文、水力联系的水库以及相关工程设施进行统一协调调度，使整个流域的洪灾损失达到最小，最大限度的保证大坝的运行安全。目前，长江干流、金沙江及较大支流雅砻江、岷江、大渡河、乌江、嘉陵江有一大批库容大、调节能力好的综合利用水利枢纽已经建成或将陆续兴建，根据目前的开发情况，远景三峡及上游控制性水库总调节库容近1 000 亿m3，总防洪库容达500 亿m3，上游梯级水库群对洪水、径流的调节作用在逐步显现。长江委正在开展以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群综合调度研究，力求通过流域水资源统一管理和调度，实现梯级水库群的综合利用，提高水库群及大坝工程的安全性。

3．5 加快新技术、新材料和新工艺研究与应用

预防工程缺陷是最好的治理手段。在大坝工程建设阶段就应树立防治理念，延长工程的生命周期，特别是提高混凝土的耐久性、土石坝的抗渗稳定性及水下金属结构的防腐能力。主要包括: 大坝隐患无损探测、检测和地下检测技术; 水下修复材料及修补工艺; 新型灌浆材料及灌浆工艺; 新型高抗冲耐磨防护材料和喷涂工艺; 深覆盖层堤坝地基渗流控制技术; 混凝土裂缝与耐久性; 极端环境因素对大坝的影响; 防腐蚀材料与土工合成材料纳米技术及纳米材料等。

3．6 研究落实大坝的退役机制

2003 年5 月，水利部颁发《水库降等报废条例(试行) 》，但限于目前我们对大坝管理的认识水平，还难以拿出一套完整的具有指导意义的大坝降等报废的具体评价标准和管理办法。总的来看，对大坝服役年限有影响的主要因素包括: ①设计标准变化; ②新的安全概念; ③风险评估结果; ④建筑和基础材料老化。随着我国经济社会的迅速发展，社会和公众对水库风险认知和关注程度不断提高，对水库大坝安全的要求也越来越高; 同时水库功能和运行环境也发生了很大变化。面对我国病险水库多、风险度高的严峻现实，在注重工程措施进行除险加固的同时，对病险严重、功能萎缩，而除险加固技术上不可行、经济上不合理的病险水库实行降等或报废处理，可成为另一条解决病险水库出路的有效途径。在今后的大坝安全管理中，结合大坝的生命周期研究成果，对部分中小型工程选择退役方式处理，未尝不是一种合理的选择。

4 结语

几十年来，我国水利建设成就巨大，但仍不能完全满足国民经济发展的需求，离“人水和谐”的水利工作目标也有相当差距。加上人口不断增长，水资源不合理开发，经济发展和江河的自然演变，频繁发生的极端气候，对大坝安全的影响愈来愈大，对安全管理的要求也将愈来愈高。为此急需建立适合我国国情的水库大坝安全管理技术体系，将水库大坝的安全管理贯穿于工程的规划、设计、施工以及运行的全过程。这要求我们要不断研究大坝的自然规律，创新理论、技术、材料和工艺，既要通过工程手段对病险水库进行加固、灾害防治和预警等工程建设，提高大坝自身的安全性，又要健全法律，完善制度，加强管理，同时加大对大坝安全管理技术研究的科研投入，强化大坝安全的非工程措施，提升应对风险的能力，促进大坝安全管理整体水平的提升。

参考文献:

[1]李雷，陆云秋．我国水库大坝安全与管理的实践和面临的挑战[J］．科技纵横，2003，(11) ．

[2]吴中如，顾冲时．重大水利水电工程寿命诊断的理论和方法体系[C］/ /中国水力发电论文集，2008．

[3]何晓燕，王兆印，黄金池．中国水库溃坝空间特征分析[J］．灾害学，2008，(6) ．

[4]肖义，郭生练．大坝安全评价的可接受风险研究与评述[J］．安全与环境学报，2005，(6) ．

[5]郭军．美国大坝安全管理现状分析及启示[J］．中国水利水电科学研究院学报，2007，(12) ．

[6]刘树坤．国外防洪减灾发展趋势分析[J］．水利水电科技进展，2000，(20) ．

[7]李雷．大坝风险管理与应急预案[J］．中国水利，2009，(22) ．

[8]宋蕾．世界主要国家流域水资源综合管理法律制度探析[C］/ /2009 年全国环境资源法学研讨会论文集，2009．

[9]贾金生．从都江堰看水利工程寿命的决定因素[J］．中国水利，2004，(18) ．

作者简介:钮新强，男，院长，全国工程勘察设计大师，长期从事大型水利水电工程设计与科研工作。