中国水库大坝风险标准研究
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1.3 研究现状

1.3.1 国外研究现状

20世纪60年代末,国外就开始了对风险标准的研究,几十年来大致可分为三个阶段[5]:最初主要从技术层面上开展研究,认为风险的可接受水平是受技术手段的影响;后来认识到风险的可接受性不仅受技术手段的影响,而且与人的参与有关,是一个多维的变量,在这一阶段可接受风险水平的确定是由专家与公众共同参与,即考虑个人的因素;最后,随着风险可接受水平研究的深入,认识到这是个社会问题,它涉及政治、经济、健康和环境等领域,是一个社会-政治事件,它属于决策问题,并非是风险本身可不可以接受的问题,而是决策产生可接受风险。

20世纪60年代末,Chauncey Starr(1969)发表了《社会效益与技术风险(Social Benefit versus Technological Risk)》,最早提出了“多安全才够安全?”这一问题[6],开始了对风险标准的探讨。

1974年,英国在《职业健康安全法1974(the Health and Safety at Work Act 1974)》中采用了风险决策领域的ALARP(as low as reasonable practicable)原则[6],对于可接受风险的选择及合理制定降低风险方案具有重要意义。

1981年,Fischhoff在《可接受风险(Acceptable risk)》一书就可接受风险进行了专门的探讨[7],主张风险不是无条件接受的,风险仅仅在获得的利益可以补偿所带来的风险时才是可以接受的,或者说,是决策产生可接受的风险,而并非风险本身是可以接受的,认为可接受风险问题是一个决策问题[8]

1988年,英国HSE(健康和安全委员会)发布了《核电站的容许风险(The Tolerability of Risk from Nuclear Power Stations)》,提出了核电站的可容忍风险标准[9],并于1992年进行了修订[10]。认为大于0.1人/年(地方不容许线之上)的风险是不容许的,大于0.01人/年(地方仔细研究线之上)的风险是不太合理的,0.01~0.0001人/年之间(位于地方仔细研究线和可忽略风险线之间)的风险应使其低到合理可行,小于0.0001人/年(可忽略风险线之下)的风险是可忽略的[8]

1990年,荷兰TAW(荷兰防洪设施技术咨询委员会)发表了《防洪设施概率设计方法(Probabilistic Design of Flood Defences)》研究报告[1112],对堤坝提出了个人可接受风险程度和社会可接受风险程度。个人可接受的风险(许多社区打算接受的)可表示为

式中 Pfi——活动i发生事故的容许概率;

β *——综合系数,随参加活动的人的志愿程度从0.1到10之间变化,完全志愿β*=10,非志愿β*=0.1;

Pdlfi——每年死于事故的概率。

社会可接受风险程度可采用两种方法确定:第一种方法是将灾难结果以金钱来表示而使问题概化为数学-经济问题,并合适地确定堤坝断面以使其施工或加固费用和资金损失达到最小值;第二种方法是依靠事故统计资料,社会对风险的评价及其建议大多反映在这些统计资料中。

1991年,CSA(加拿大标准协会)发布了《风险分析需求与指南(Risk Analysis Requirements and Guidelines)》[13]。1997年,CSA发布了《风险管理决策指南(Risk Management:Guidelines for Decision-Makers)》[14]。在水库大坝方面,1999年CDA(加拿大大坝协会)出台了《大坝安全指南(Dam Safety Guidelines)》,并于2007年进行了更新[15],其水库大坝分类方法与我国不同,是按照溃坝后果进行分类的。在该指南里建议生命风险大于0.001人/年是不可接受的,小于0.00001人/年是广泛可接受的,两者之间应用ALARP原则。

图1.2 澳大利亚ANCOLD生命风险标准(1994年)

1991年,加拿大BC Hydro(不列颠哥伦比亚省水电公司)把风险分析方法引入大坝安全评估中。BC Hydro曾制定了一个临时性的风险标准,其风险标准是根据业主大坝安全管理条例、下游居民的生命财产价值、国家法律和业主的赔偿能力来制定的[16]。不过BC Hydro认为目前计算溃坝概率难度较大,且溃坝概率计算结果具有不确定性,故不再使用风险标准来进行决策,而是根据大坝脆弱度和后果系数得到风险指数,根据风险指数进行加固决策[17]

1994年,ANCOLD(澳大利亚大坝委员会)提出了一个临时性的生命风险标准[18,19],见图1.2。在F-N图上生命风险是两条曲线,其中一条是限制线,另一条是目标线。限制线之上是不可接受风险区,目标线之下是可接受风险区,限制线和目标线之间应用ALARP原则判断风险是否可以容忍。

1998年,ANCOLD对1994年的临时性生命风险标准进行了修订[20],见图1.3。在F-N图上以两条直线取代了两条曲线,两条直线分别为容许线和目标线。容许线之上的风险为不可容忍风险,目标线之下的风险为可接受风险,容许线和目标线之间应用ALARP原则判断风险是否可以容忍。与1994年生命风险标准相比,主要有三点不同。

(1)用直线取代了曲线。

(2)容许线之上的风险用不可容忍风险取代了不可接受风险。

图1.3 澳大利亚ANCOLD生命风险标准(1998年)

(3)当溃坝概率低于1×10-6/年时,容许线改用水平线代替斜线;当溃坝概率低于1×10-7/年时,目标线改用水平线代替斜线。

2003年,ANCOLD对生命风险标准再次进行了修订,并对已建坝和新建坝及已建坝扩建工程采取不同的风险标准[3],见图1.4和图1.5。与1998年生命风险标准相比,作了以下修订。

图1.4 澳大利亚ANCOLD已建坝生命风险标准(2003年)

图1.5 澳大利亚ANCOLD新建坝和已建坝扩建工程生命风险标准(2003年)

(1)对已建坝和新建坝及已建坝扩建工程采取不同的风险标准,对新建坝及已建坝扩建工程采取更加严格的标准。

(2)取消了目标线,只有一条容许线。容许线之上的风险是不可容忍风险,容许线之下的风险只有满足ALARP原则才可容忍。

(3)对已建坝,当溃坝概率低于1×10-5/年时,改用水平线代替斜线;对新建坝及已建坝扩建工程,当溃坝概率低于1×10-6/年时,改用水平线代替斜线。

目前ANCOLD风险评估指南(2003)[3]作为传统大坝安全鉴定方法的补充在澳大利亚得到了广泛的应用。

ANCOLD对生命风险标准的三次大的修订源于其对可接受风险、可容忍风险、不可容忍风险和不可接受风险的不断深化认识,并与其国家法律体系有关,详细论述见其后各章。

1999年,英国HSE发布了《降低风险,保护人民(Reducing Risks,Protecting People)》(讨论稿)可容忍风险指南[21],并于2001年正式出台[22-25]。该指南开始只应用于英国工业部门,其后在水库大坝安全中也得到了应用[2627]。HSE 2001可容忍风险指南提出了风险可容忍性框架,将风险分为广泛可接受风险、可容忍风险和不可接受风险,但没有不可容忍风险这一概念。提出不可接受风险区采用基于公平标准,可容忍风险区和广泛可接受风险区采用基于技术标准,三个风险区可采用基于技术标准进行补充。详细论述见其后各章。

1997年,USBR(美国垦务局)出台了临时性的《实现在大坝安全决策中保护公众指南(Guidelines for Achieving Public Protection in Dam Safety Decision Making)》[28],并于2003年正式出台[29]。与ANCOLD 2003和HSE 2001不同,USBR 2003采用的是APF(年破坏概率)和ALL(年均生命损失)来评价是否需要采取措施降低风险。详细论述见其后各章。

1.3.2 国内研究现状

2000年,第20届国际大坝会议在北京召开,其中76专题“风险分析”是关于风险分析在大坝安全决策和管理中的应用[30],从此我国开始关注大坝风险。2002年年初,水利部派出一批技术人员赴澳大利亚进行风险评价技术培训。2003年,水利部通过948项目“水库风险评估和智能化大坝安全技术”引进了澳大利亚ANCOLD大坝风险评估技术,正式开启了风险分析在我国大坝安全管理中的应用。2003年6月,彭雪辉在硕士论文《风险分析在我国大坝安全上的应用》[31]里,对国外风险标准制定情况研究的基础上,根据我国溃坝情况以及其他一些因素初步提出了我国大坝风险标准,这一标准仅包括生命风险标准和经济风险标准。在此基础上,2004年7月,盛金保和彭雪辉对水库大坝风险标准进行了进一步研究,在生命风险标准和经济风险标准研究的基础上,提出了环境风险标准和社会风险标准[32]。2006年5月,李雷主持编撰的《大坝风险评价与风险管理》[33]对我国水库大坝风险标准进行了进一步完善。2006年,王仁钟等将大坝的社会风险和环境风险进行了合并,提出了社会与环境风险标准[34]。2008年,宋敬衖在分析我国不同区域人口分布、经济发展水平存在差异的基础上,提出了我国生命风险的区域划分标准[35],不过,其建立的风险标准依据不充分。2009年,何晓燕将大坝溃决社会和环境影响分为五级,提出了溃坝社会和环境风险标准[36],不过,这一方法过于复杂,难以在实际中推广应用。

2004年,肖义在硕士论文《水库大坝防洪安全标准及风险研究》[837]中评述了国内外安全领域可接受风险的研究现状,根据事故后果对风险进行分类,对不同类型的风险给出风险定量表示法,针对不同的风险定量表示法,应用F-N曲线和ALARP准则等研究确定可接受风险的方法,并就其在大坝安全风险评价领域的应用进行探讨。

2010年,吕保和在硕士论文《可接受风险标准研究》[6]中提出由风险提供方和风险承受方协商制定可接受风险标准,制定了我国19个行业公众个人可接受风险标准、员工个人可接受风险标准、公众社会可接受风险标准和员工社会可接受风险标准。

在其他领域,有关学者也进行了风险标准的探索研究。例如,在铁路领域,刘贵提出了三种测定容许隐患率的方法,分别为GAMAB、ALARP和MEM[38];在工业系统风险评价中,吴煜提出了ALARP原则的经济本质[39];在地铁运营安全评价标准中,引入了风险分析、风险评估和风险接受原则(英国ALARP原则,法国GAMAB原则,德国MEM原则)等风险理论[40];在石油化工领域,黄廷胜介绍了基于风险决策的主要内容,包括风险ALARP准则以及基于风险的成本收益决策分析[41];郭章林提出了建筑工程施工风险接受准则[42];胡群芳建立了隧道及地下工程风险接受准则计算模型[43]。这些领域有关风险标准的研究成果可为我国水库大坝风险标准的制定提供参考。

综上,由于溃坝资料的不完整,以及经济社会发展的不均衡和动态性,水库大坝风险标准研究非常复杂,我国在这一领域的研究尚处于起步阶段,尚未形成一套完整的标准。因此,参照国外经验与结合中国国情开展水库大坝风险标准研究,确定哪些风险是可以承受的,哪些风险是可以容忍的,非常必要。