堤壩老化：基礎(chǔ)設(shè)施的挑戰(zhàn)

王輝義

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

堤壩老化：基礎(chǔ)設(shè)施的挑戰(zhàn)

王輝義

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

堤壩的老化問題對基礎(chǔ)設(shè)施的安全管理提出了挑戰(zhàn)。結(jié)合美國俄克拉荷馬州塔爾薩縣的堤壩系統(tǒng)，介紹了美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署推行的洪水災(zāi)害地圖更新項(xiàng)目、美國陸軍工程師兵團(tuán)推行的全系統(tǒng)改造框架、以及俄克拉荷馬州推行的銀色工作服計(jì)劃。在這些管理措施的實(shí)施過程中，當(dāng)局強(qiáng)調(diào)多組織和民眾的參與溝通，目的是降低洪水風(fēng)險(xiǎn)，保證民眾的利益。

堤壩老化；洪水災(zāi)害；保險(xiǎn)；安全措施；改造；應(yīng)急響應(yīng)

本文介紹了美國的一個(gè)示范項(xiàng)目，充分展示了協(xié)作的過程并引入了創(chuàng)新的技術(shù)來幫助當(dāng)?shù)卣M(jìn)行老化堤壩基礎(chǔ)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)管理。

美國許多堤壩的壩齡已經(jīng)超過了50年。鑒于這些堤壩老化，對其采取新的安全標(biāo)準(zhǔn)，在維護(hù)上優(yōu)先排序，采取臨時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)措施，制定長期補(bǔ)強(qiáng)加固策略，并與利益相關(guān)者溝通利益和風(fēng)險(xiǎn)，其管理變得日益復(fù)雜。

要應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，則需要充分利用聯(lián)邦、州和地方各級組織的資源。除此之外，還需要有足夠的技術(shù)能力和適當(dāng)?shù)膮f(xié)作方式來組織、分享和定期更新信息。

1938～1985年間，美國陸軍工程師兵團(tuán)（U.S. Army Corps of Engineers,USACE）沿著阿肯色河及其在俄克拉荷馬州塔爾薩縣的支流上修建了5座堤壩系統(tǒng)。從1945年開始，這些堤壩系統(tǒng)陸續(xù)被轉(zhuǎn)移給當(dāng)?shù)乜h政府，讓其負(fù)責(zé)長期的運(yùn)營、維護(hù)、修補(bǔ)和更換。直到2007年，這5座堤壩系統(tǒng)都是依照美國陸軍工程師兵團(tuán)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維護(hù)的，因此，它們都有資格加入公法84-99計(jì)劃（注：Public Law 84-99，公法84-99即《防洪和沿岸應(yīng)急法案》，F(xiàn)lood Control and Coastal Emergency Act；Public Law 84-99 Program，公法84-99計(jì)劃為在洪水事件中受到明確損毀的堤壩提供賠償）。如果堤壩在洪水事件中受損，則根據(jù)公法84-99計(jì)劃的條款，可得到來自美國陸軍工程師兵團(tuán)提供的協(xié)助來修復(fù)堤壩系統(tǒng)，使其恢復(fù)到災(zāi)難前的狀態(tài)。

1 堤壩的新標(biāo)準(zhǔn)

美國陸軍工程師兵團(tuán)和美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署（Federal Emergency Management Agency,FEMA）對堤壩有各自清楚并互為補(bǔ)充的角色定位及職責(zé)。2005年，在新奧爾良堤壩潰決之前，美國聯(lián)邦應(yīng)急

管理署開始推行新的洪水災(zāi)害地圖更新項(xiàng)目（Flood Hazard Map Modernization Program,Map Mod），其中融入了對堤壩的鑒定。該地圖更新項(xiàng)目要求全國的堤壩業(yè)主鑒定其所有的堤壩系統(tǒng)，以使受這些堤壩保護(hù)的社區(qū)仍可以通過國家洪水保險(xiǎn)計(jì)劃購買心儀的更低成本的風(fēng)險(xiǎn)洪水保險(xiǎn)。

美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署的洪水災(zāi)害地圖更新項(xiàng)目是一個(gè)雄心勃勃的多年計(jì)劃，其目標(biāo)是更新美國國內(nèi)的洪水保險(xiǎn)費(fèi)率地圖。

地圖更新項(xiàng)目會將100 000條平面洪水地圖國家清單升級成為無縫洪水?dāng)?shù)據(jù)，公眾都可以以地理信息系統(tǒng)的格式獲取。聯(lián)邦應(yīng)急管理署地圖更新項(xiàng)目的成果將是洪水保險(xiǎn)費(fèi)率地圖的數(shù)字版本或數(shù)字的洪水保險(xiǎn)費(fèi)率地圖。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其進(jìn)程需要來自各地方政府的支持。

洪水災(zāi)害地圖更新項(xiàng)目的目標(biāo)為：

（1）為全美國易遭受洪水災(zāi)害的地區(qū)創(chuàng)建出最新的洪水災(zāi)害數(shù)據(jù)；

（2）提供數(shù)字洪水地圖和滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的地理信息系統(tǒng)格式的數(shù)據(jù)，以提高地圖更新項(xiàng)目用戶的使用效率和精度；

（3）使聯(lián)邦應(yīng)急管理署當(dāng)?shù)?、地區(qū)和州的政府合作機(jī)構(gòu)完全參與到地圖更新項(xiàng)目中來，以建立對地方的認(rèn)識和數(shù)據(jù)創(chuàng)建工作。

國家洪水保險(xiǎn)計(jì)劃（National Flood Insurance Program,NFIP）是一項(xiàng)由美國國會于1968年通過《1968年國家洪水保險(xiǎn)法》（公法90-448）發(fā)起的計(jì)劃。該計(jì)劃使參保社區(qū)中的財(cái)產(chǎn)所有者可以從政府購買保險(xiǎn)，以減少洪水災(zāi)害帶來的損失。該保險(xiǎn)的設(shè)計(jì)目的是為災(zāi)害提供一個(gè)保險(xiǎn)選項(xiàng)，以幫助修復(fù)洪水對建筑物及其組成部分造成的損毀所需要的越來越高的成本。到2010年4月，該計(jì)劃已為550萬戶家庭承保，大部分家庭來自德克薩斯和佛羅里達(dá)。

在卡特里娜颶風(fēng)之后，美國陸軍工程師兵團(tuán)也制定了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，今后聯(lián)邦建造的堤壩系統(tǒng)將以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查和維護(hù)?；谶@些新標(biāo)準(zhǔn)，美國陸軍工程師兵團(tuán)確定了3座堤壩系統(tǒng)存在缺陷，這3座堤壩系統(tǒng)都是塔爾薩-西至塔爾薩堤壩系統(tǒng)的組成部分，由此造成了在2007年和后續(xù)2010年的分級中被評定為“不可接受”等級。因此，塔爾薩-西至塔爾薩堤壩在公法84-99計(jì)劃中被定為“停用”狀態(tài)。

圖1 塔爾薩縣3座堤壩示意圖Fig.1 View of the three levees

圖2 Sandy公園社區(qū)的公共住宅設(shè)施，這是受B堤壩保護(hù)的社區(qū)。總的來說，塔爾薩西部和塔爾薩的堤壩系統(tǒng)為約9 000人降低了洪水風(fēng)險(xiǎn)Fig.2 View of the Sandy Park Community public housing facili?ty,which is protected by“Levee B.”Collectively,the Tulsa and West Tulsa Levee Systems reduce the risk of flooding to ap?proximately 9,000 people

圖3 從阿肯色河的東南邊看堤壩C，堤壩C保護(hù)著Holly煉油廠。該煉油廠的產(chǎn)能為每天提煉125 000桶原油，為美國的中部大陸地區(qū)服務(wù)Fig.3 View looking southeast across the Arkansas River at“Le?vee C,”which protects Holly Refinery.The refinery has a crude oil capacity of 125,000-barrels per day and serves the Mid-Continent Region of the United States.

2 覆蓋全系統(tǒng)的框架

尤其是塔爾薩，多年來一直遭受著洪水危害。

這些災(zāi)害大部分可歸因?yàn)槠湮挥谝粭l大河附近、陸地地形因素和位于高風(fēng)暴地區(qū)。1986年，塔爾薩遭遇了歷史上最近的一次大洪水事件。洪水沖進(jìn)了整個(gè)縣城，淹沒了1 800多座建筑物，造成了約6 350萬美元的損失（約相當(dāng)于今天的1.38億美元）。從此之后，該地區(qū)沒有發(fā)生過嚴(yán)重的洪水事件。塔爾薩-西至塔爾薩堤壩系統(tǒng)存在的缺陷很復(fù)雜，需要花費(fèi)各個(gè)組織多年的努力和協(xié)作才能解決?，F(xiàn)在，全美國都在面對著相似的挑戰(zhàn)。

美國陸軍工程師兵團(tuán)全系統(tǒng)改造框架（System Wide Improvement Frameworks,SWIF）項(xiàng)目啟動于2011年，目的是幫助應(yīng)對全美國所面臨的這些挑戰(zhàn)。全系統(tǒng)改造框架是由堤壩營運(yùn)方制定的計(jì)劃，得到了美國陸軍工程師兵團(tuán)的認(rèn)可，對堤壩系統(tǒng)進(jìn)行局部改造。該計(jì)劃優(yōu)先解決不可接受的檢查項(xiàng)，以對洪水風(fēng)險(xiǎn)降低措施進(jìn)行優(yōu)化。全系統(tǒng)改造框架進(jìn)程使堤壩營運(yùn)方在解決缺陷問題的同時(shí)仍有資格得到公法84-99計(jì)劃中的補(bǔ)強(qiáng)加固協(xié)助。2012年6月，美國陸軍工程師兵團(tuán)批準(zhǔn)了塔爾薩縣第12排水區(qū)有條件地重新加入到公法84-99計(jì)劃中以及在未來兩年中制定全系統(tǒng)改造框架的請求。

為開啟全系統(tǒng)改造框架過程，第12排水區(qū)對該3座堤壩系統(tǒng)進(jìn)行了工程評估。該方式可更好地了解堤壩工況、使其滿足現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)需花費(fèi)的成本以及補(bǔ)強(qiáng)加固的優(yōu)先順序。

3 俄克拉荷馬的銀色工作服計(jì)劃

俄克拉荷馬的銀色工作服示范項(xiàng)目將以培訓(xùn)收尾，這樣各組織都能利用“集成的阿肯色河走廊”（Integrated Arkansas River Corridor,iARC）災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工具。

美國陸軍工程師兵團(tuán)的銀色工作服計(jì)劃是在州的層面上制定的。其提供了將各個(gè)組織集合起來互相學(xué)習(xí)的機(jī)會，并利用各自的知識來降低洪水風(fēng)險(xiǎn)。按照傳統(tǒng)，在應(yīng)對緊急事件時(shí)，不同機(jī)構(gòu)的工作人員穿著不同顏色的工作服，譬如，聯(lián)邦應(yīng)急管理署的工作人員穿著藍(lán)色工作服，而美國陸軍工程師兵團(tuán)的工作人員穿著紅色工作服。而銀色工作服的名義就是要強(qiáng)調(diào)所有參與者的共同使命?！抖砜死神R2012年綜合水資源計(jì)劃更新版》中包括了對該州各種洪泛區(qū)管理項(xiàng)目的建議。為了響應(yīng)這些建議，于是制訂了俄克拉荷馬銀色工作服計(jì)劃，并且實(shí)施了一個(gè)示范項(xiàng)目來推進(jìn)第12排水區(qū)塔爾薩-西至塔爾薩堤壩系統(tǒng)的全系統(tǒng)改造框架進(jìn)程。

目前進(jìn)行中的銀色工作服示范項(xiàng)目的活動都很注重開發(fā)專用的地理信息系統(tǒng)（Geographic Infor?mation Systems,GIS）和地圖工具，其中包括了來源于多渠道的信息。模擬程序（Simulation Suite,Sim Suite）是由美國陸軍工程師兵團(tuán)后備支援中心（Readiness Support Centre,RSC）建立起來的一個(gè)應(yīng)用，作為一種方式來矯正與應(yīng)急管理團(tuán)體相關(guān)的各種閑散的信息，模擬程序被選作了地理信息系統(tǒng)工具平臺。

美國陸軍工程師兵團(tuán)的模擬程序是模擬和建模應(yīng)用的集成，為后備團(tuán)體而開發(fā)，可用于進(jìn)行綜合災(zāi)害計(jì)劃、響應(yīng)和準(zhǔn)備。這些基于地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用整合了建模模擬功能和各種原理，以對預(yù)測的信息進(jìn)行空間分析。這些應(yīng)急管理模擬和建模工具的開發(fā)提供了所需的技術(shù)能力，讓人們可在許多重要方面從容地做好準(zhǔn)備。它創(chuàng)造了一個(gè)模型可視化的平臺，有力地展現(xiàn)了預(yù)測信息，包含了最科學(xué)有效和最先進(jìn)的建模方法。它創(chuàng)造了一種指導(dǎo)性工具，基于選擇的場景參數(shù)，可得出不受限的結(jié)果并為計(jì)劃提供了基礎(chǔ)。

模擬程序包括了各種專業(yè)的災(zāi)害工具，幫助預(yù)測可能的災(zāi)害影響，并協(xié)調(diào)應(yīng)急響應(yīng)和準(zhǔn)備工作。模擬程序集成了當(dāng)前新興的技術(shù)、建模數(shù)據(jù)、有效性校正和任務(wù)要求，其提供了最適切且最新的工具，作為一種寶貴的資源，目前正在全球范圍內(nèi)推廣。模擬程序有能力模擬以下幾種提及的場景對各地區(qū)和建筑物造成的影響水平：模擬暴風(fēng)雨（建模模擬颶風(fēng)）、模擬地震、模擬洪水、模擬恐怖事件、模擬火災(zāi)。

因?yàn)轭A(yù)期模擬程序?qū)⒃谖磥淼淖匀粸?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理項(xiàng)目中發(fā)揮極其重要的作用，俄克拉荷馬銀色工作服小組將其形容為“集成的阿肯色河走廊”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工具。

“集成的阿肯色河走廊”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工具的數(shù)據(jù)庫中，加入了工程、經(jīng)濟(jì)和社會信息。這些共享的信息將為來自各組織的各種事務(wù)專家提供一個(gè)機(jī)會，以對優(yōu)先排序問題和決策制定者提出的需要考慮的建議有更好的共同理解。

4 多組織方法

塔爾薩縣第12排水區(qū)和美國陸軍工程師兵團(tuán)塔爾薩地區(qū)潰壩模擬、洪水淹沒圖和后果分析小組正在制作提供淹沒地圖、所需的修補(bǔ)和經(jīng)濟(jì)信息。正在與第12排水區(qū)、塔爾薩市和其他公司一起合作的塔爾薩伙伴公司為利益相關(guān)者提供了在公眾參與和溝通計(jì)劃中所需的信息。

公眾參與和溝通計(jì)劃是利用了來自美國陸軍工程師兵團(tuán)水資源沖突解決研究院（Institute for Water Resources Conflict Resolution）和公眾參與專業(yè)技術(shù)中心（Public Participation Center of Expertise）的技術(shù)支持制定而成的。自然災(zāi)害減災(zāi)協(xié)會（Nat?ural Hazard Mitigation Association）就銀色工作服計(jì)劃和模擬程序的潛在應(yīng)用進(jìn)行了行政上的總結(jié)，以幫助其他社區(qū)降低與自然災(zāi)害相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。另外，美國軍事工程師協(xié)會（Society of American Military Engi?neers,SAME）的塔爾薩郵政也加入了這一示范項(xiàng)目，負(fù)責(zé)提供與已形成的計(jì)劃相關(guān)的應(yīng)急通知信息。

5 未來規(guī)劃

俄克拉荷馬銀色工作服計(jì)劃將以培訓(xùn)收尾，因此，各個(gè)組織都可以利用“集成的阿肯色河走廊”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工具。培訓(xùn)將幫助第12排水區(qū)對現(xiàn)有條件有更好的認(rèn)識并實(shí)行綜合性的全系統(tǒng)改造框架計(jì)劃。同樣地，塔爾薩和其他受這些堤壩保護(hù)的社區(qū)將有權(quán)共享“集成的阿肯色河走廊”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工具中的數(shù)據(jù)。

塔爾薩市暴雨洪水排澇和災(zāi)害減災(zāi)咨詢理事會（Stormwater Drainage and Hazard Mitigation Advi?sory Board）表示，他們對使用該工具中的信息幫助決策制定者規(guī)劃未來沿阿肯色河可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展感興趣。為幫助其完成這個(gè)目標(biāo)，可想而知需要對“集成的阿肯色河走廊”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工具中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)展，使其包括與美國陸軍工程師兵團(tuán)上游水庫歷史和理論運(yùn)營相關(guān)的數(shù)據(jù)。

這些另加的數(shù)據(jù)將幫助各社區(qū)繼續(xù)推進(jìn)綜合洪水風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃和相關(guān)的優(yōu)先順序方案的執(zhí)行，最終目標(biāo)是降低俄克拉荷馬塔爾薩縣沿著阿肯色河流走廊的洪水風(fēng)險(xiǎn)。 ■

[1]1http://themilitaryengineer.com/index.php/component/k2item /271-aging-levees-an-infrastructure-challenge.

[2]1http://wyofloods.wrds.uwyo.edu/mapmod/mapmod.html.

[3]1http://en.wikipedia.org/wiki/National_Flood_Insurance_Pro?gram.

[4]1http://www.oakgrovetech.com/news/supporting-emergencymanagement-and-preparedness.

[5]1http://www.oakgrovetech.com/content/disaster- planningsimulation-suite.

Aging levees turn out to be a challenge for the safety management of infrastructure. Taking the levee systems in Tulsa County,Oklahoma as an example,the paper introduces the Flood Hazard Map Modernization Program implemented by Federal Emergency Management Agency,the System WideⅠmprovement Frameworks implemented by U.S.Army Corps of Engineers and the Oklahoma Silver Jackets Pilot Project.Ⅰn the processes of these projects,aiming at the reduce of flood risk and protection of the public,the participation of multi-organization and public is encouraged.

aging of levees;flood hazard;insurance;safety measure;improvement;emergency response

TV697.1

A

1671-1092（2014）05-0062-03

2014-08-20

王輝義（1981-），男，浙江杭州人，工程師，從事大壩安全監(jiān)管工作。

Title:Aging levees:an infrastructure challenge//by WANG Hui-yi//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration