調水工程運行期風險評估實踐與完善路徑

Practice and improvement path of risk assessment during the operation period of water diversion projects

胡江12，朱清帥3，李星

（1.水利部 交通運輸部 國家能源局南京水利科學研究院，210029，南京；2.水利部大壩安全管理中心，210029，南京；3.中國南水北調集團有限公司，100142，北京）

摘要：重大調水工程是國家水網的主骨架與大動脈，其安全穩定運行對保障水資源供給及經濟社會可持續發展具有戰略意義，安全風險評估是支撐工程與供水安全的重要技術手段。針對調水工程規模龐大、系統復雜、環境動態多變的特征，系統構建了“識別—評價—管控—更新”動態閉環技術路線，提出融合資料分析、現場調研與模型輔助的風險識別方法體系，建立涵蓋自然環境、工程設施、運行管理、社會經濟、生態環境的評價指標體系。通過對比分析，闡明風險評估在動態性、系統性與前瞻性方面相較于安全評價的優勢，適配于國家水網復雜系統風險防控需求。結合重大工程實踐，揭示當前在制度標準體系、技術支撐能力、跨體系協同及生態社會風險評估等方面存在的不足，并從制度體系、技術標準、智能監測、管控協同、成果應用五個方面提出系統化完善路徑。提出深度融合數字孿生、多模態大模型等新技術推動風險評估向智能化、系統化、精細化發展的建議，為提升調水工程風險防控能力提供理論與實踐支撐。

關鍵詞：調水工程；風險評估；安全運行；數字孿生；風險管控；制度體系；技術標準

作者簡介：胡江，正高級工程師，主要從事水工結構風險分析、智能監控和健康診斷研究。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.18.006

重大調水工程是國家水網的主骨架和大動脈，作為優化水資源配置、保障區域水安全的戰略性基礎設施，在緩解水資源時空分布失衡、支撐區域協調發展中發揮著不可替代的作用。從全球實踐來看，美國加州北水南調工程、澳大利亞雪山工程及我國南水北調東中線一期工程等，均通過水資源配置顯著提升了受水區經濟社會發展韌性。然而，此類工程因跨域范圍廣、系統構成復雜、運行環境動態變化，長期面臨自然災害威脅、工程設施老化、生態環境擾動及社會影響傳導等多重風險沖擊。這些風險傳導鏈條長、波及范圍廣，既可能威脅工程自身安全，又可能削弱供水保障能力，制約國家水網整體功能的發揮。

《國家水網建設規劃綱要》明確將“增強系統安全韌性和抗風險能力”作為建設主要內容之一。風險評估通過系統識別工程在運行階段因自然、人為、技術等因素引發的潛在風險，科學量化風險事件可能性與后果嚴重性，為工程運行維護、調度優化及應急處置提供量化決策依據，是實現“事前預防、事中管控、事后恢復”全鏈條風險管理的關鍵支撐。國際上，風險評估研究起步較早，已形成以故障樹分析（FTA）、事件樹分析（ETA）、失效模式與影響分析（FMEA）為核心的風險識別方法，結合概率風險評估（PRA）、蒙特卡羅模擬、貝葉斯網絡等量化技術，強調全生命周期風險的動態跟蹤。在國內，隨著南水北調東中線一期等重大工程風險評估實踐的不斷深入，逐步發展了專家調查法、層次分析法（AHP）等特色方法，以及可靠度理論、模糊綜合評價等技術手段，但在風險分類的系統性、模型的普適性、多風險耦合及風險動態更新等方面仍存在局限，難以滿足復雜系統工程風險防控的智能化、精細化需求。

鑒于此，本文聚焦調水工程運行期風險評估，在梳理典型工程實踐的基礎上，構建更具普適性的技術路線體系，剖析當前面臨的關鍵問題，并結合《國家水網建設規劃綱要》要求，提出系統化完善路徑，為提升重大調水工程風險防控能力提供理論參考與實踐支撐。

調水工程風險評估技術路線與實踐應用

1.調水工程風險特征

調水工程風險呈現顯著的復雜性、多樣性、動態性與隱蔽性特征。從風險構成看，自然災害、工程自身、生態環境及社會經濟風險通過輸水系統形成耦合關聯，某類風險的觸發可能引發輸水沿線連鎖反應。同時，風險傳導具有顯著放大效應，例如局部渠段滲漏可引發沿線地質災害鏈，并擴散為區域性供水危機。從動態演化角度看，風險隨生命周期與外部環境動態演變，長期運行后可能出現設備老化、生態適應和系統功能退化風險，而氣候變化導致的極端天氣事件頻次增加、區域發展引發的用水需求波動、政策法規調整等外部因素，進一步加劇了風險的時空不確定性。此外，部分風險監測難度大、演化過程緩慢，具有較長潛伏期，增加了風險評估的時效性難度。

2.風險評估總體技術路線構

為有效應對調水工程運行期復雜風險，需要構建系統化、流程化的風險評估技術體系，核心是形成風險“識別—評價—管控—更新”的動態閉環管理。

風險評估總體技術路線

（1）風險識別

整合設計建設文件、監測數據、巡查記錄和事故案例，按工程功能單元劃分評估單元，結合對象特性靈活選用具體方法。

資料分析法：適用于歷史數據充足的風險場景，通過數據挖掘識別監測數據異常，如渠道滲漏量突增段、泵站振動超標記錄等；統計歷史故障規律，如泵站設備停機原因占比等；結合地質勘察報告，識別不良地質風險，如采空區、滑坡體等。

現場調研法：優先用于工程實體病害及外部環境風險識別，通過實地核查工程技術狀況、記錄建筑物病害特征等，定位周邊環境風險源。

模型輔助法：根據風險特性選擇合適的模型，FTA用于復雜結構和設備設施系統故障原因追溯；ETA用于突發事故連鎖后果推演，如渠道決口影響范圍模擬等；FMEA用于工程潛在破壞模式、路徑與設備設施潛在缺陷、失效模式識別，如水閘閘門卡阻風險分析等。

根據評估對象特性，針對性選擇定性、定量或混合方法（各類方法具體適用場景如下），形成覆蓋自然環境、工程設施、運行管理、社會經濟、生態環境5個維度的風險清單，全面反映風險的多源性與關聯性。

常用風險分析方法

（2）風險評價

針對不同風險類型采用差異化量化方法，提升分析精度。對于結構安全風險如渡槽失穩風險、隧洞破壞風險等采用可靠度計算分析，識別潛在的失效破壞模式和演化路徑，量化失效概率；對于水文相關風險，采用水動力模型等數值模擬方法模擬洪水演進量化風險影響范圍與程度；對于動態風險，融合傳感器監測數據、遙感影像、巡檢記錄等多源多模態數據，通過貝葉斯網絡實時更新失效概率；對于社會風險，采用因果分析圖法追溯傳導鏈條，量化受影響人口、經濟損失等后果指標。

依據《風險管理 風險評估技術》（GB/T 27921—2023），結合調水工程特性，將風險劃分為低、中、較高、重大四級。其中，將后果嚴重性評價細化為受影響人口、供水中斷時長、生態功能損失等特色指標，并明確分級閾值以確保評價一致性。

（3）風險管控

以風險等級為依據實施分級管控，結合風險類型制定差異化策略，構建工程與非工程措施協同體系。重大風險立即啟動工程加固措施并制定應急預案，較高風險實施降險措施與專項巡查，中低風險依托定期維護與制度約束維持可控狀態。

針對發生概率高、后果嚴重等風險，采取風險規避策略，從源頭切斷風險生成路徑，如規劃階段避讓地震斷裂帶、生態敏感區，嚴禁在水源保護區新建高污染項目。針對需要主動削減的風險，通過風險降低策略，以渠道防滲、邊坡加固等工程措施保障結構安全，以完善巡查制度、加強人員培訓等管理措施強化運行管控，多手段協同降低風險等級。對于可分擔的風險，采用風險轉移策略，購買工程財產保險轉移自然災害致損風險，與設備供應商簽訂維護合同明確故障維修分工。對于低概率、輕后果風險，實施風險接受策略，通過定期巡查掌握演化趨勢，暫不額外干預但保留調整空間。同時，加強內外部措施協同聯動，形成防控合力。

（4）動態更

建立定期、觸發式風險評估“雙機制”，確保結果時效性，對關鍵建筑物（設施）、全線工程開展定期風險評估；當發生超標準洪水、工程加固改造、外部環境劇變、技術標準更新等重大事件后，及時啟動觸發式評估，更新風險清單與管控措施，以保障評估結果時效性。

3.風險評價指標體系設計

指標選取遵循四大原則：①全面性，覆蓋結構、設備、生態、社會等全要素；②科學性，指標應基于科學理論和實踐經驗，能夠客觀反映風險本質特征，如用抗滑穩定安全系數反映抗滑穩定性；③可操作性，指標數據易獲取與計算，便于實際應用；④獨立性，避免指標信息冗余。

構建前述五維一體的指標體系：①自然環境風險，包括地震烈度、洪水重現期、極端氣溫頻率、降水量變幅等；②工程設施風險，如建筑物結構安全系數、設備故障率、渠道滲漏率、工程設施剩余使用壽命等；③運行管理風險，涵蓋調度計劃合理性指數、設備維護及時率、人員培訓達標率、應急預案完善度等；④社會經濟風險，包含周邊人口增長率、土地利用變化率、水污染事件發生次數、供水中斷影響人口、工業產值損失、社會滿意度等；⑤生態環境風險，如輸水沿線水質達標率、濕地退化速率、生物通道連通性、土壤鹽漬化程度等。指標權重采用AHP與熵權法組合賦權。AHP法通過專家判斷矩陣確定主觀權重，熵權法依據指標數據變異程度確定客觀權重，加權融合后兼顧經驗與數據客觀性，提升權重賦值的科學性。

4.典型工程實踐應用與問題分析

南水北調東中線一期工程風險評估實踐為調水工程風險管控提供參考的同時，也暴露出一些共性問題。

(1)實踐應用

東線一期工程針對泵站群系統特性，按調度節點與建筑物功能劃分評估單元，運用FTA解析泵站設備故障因果鏈，結合PRA量化年均停機概率，結合水環境模型開展水質風險情景模擬，構建了以調度優化和跨部門聯防聯控為核心的風險管控體系。中線一期工程針對地質條件與外部環境的復雜性，以節制閘控制渠段為評估單元實施了兩輪風險評估。首輪聚焦內部工程隱患和調度運行等風險，針對不良地質渠段、預應力鋼筒混凝土管段等自身風險，采用FMEA識別工程失事模式，通過PRA計算失事可能性；基于渠道水力學模型、冰-水動力學模型，設定調度運行系統故障情景與典型氣溫情景，定量分析調度運行風險對渠道水位、冰情的影響，劃分風險事件的后果嚴重性等級。第二輪著重納入極端暴雨洪水、地表沉降、公共安全事件等外部風險，結合專家打分法與改進內梅羅法識別外部環境風險主要因子，確定風險相對較高的評估單元，據此制定涵蓋工程與非工程、近期與遠期、內部與外部的綜合管控措施，推動了跨區域聯防聯控機制的建立。

(2)存在的問題

上述實踐應用驗證了技術路線有效性的同時，也暴露出一些亟待解決的共性問題。

①評估標準與流程不統一：不同工程或同一工程不同階段的風險分級閾值、指標體系、評估流程存在差異，導致結果可比性弱，制約協同管控效率。

②動態響應能力不足：對極端天氣事件頻發、地表沉降加速、強人類活動影響等動態風險，現有模型難以結合實時監測數據快速更新預測與預警。

③跨體系協同不暢：風險評估與日常巡檢、安全監測、安全評價等安全管理環節銜接松散，數據共享不充分。例如安全評價認定的結構安全滿足設計和規范要求，但風險評估發現其周邊河道行洪能力不足的渠段，可能面臨“外水入渠”等外部風險。

④數據孤島與技術短板：監測感知網絡覆蓋不全、精度不足、聯動性弱，限制多維度風險耦合分析；現有模型對社會生態等復雜風險的量化能力有限，難以支撐精細化決策。

調水工程運行期風險評估的主要制約因素

對照《國家水網建設規劃綱要》對“增強系統安全韌性和抗風險能力”要求，當前調水工程運行期風險評估面臨四方面的挑戰。

1.行業制度與技術標準體系的缺失

缺乏專門針對調水工程運行期風險評估的專門規章制度，評估主體、周期、結果應用等關鍵環節約束力不足，難以實現常態化、規范化管理。統一的技術標準體系尚未建立。風險分類、等級劃分閾值、指標體系構建規則等存在較大差異。專項評估與綜合評估的銜接邏輯模糊。此外，對極端天氣事件、新型污染物等新風險源的覆蓋滯后于環境條件變化，標準更新機制不健全。

2.技術手段與數據支撐能力的短板

“天空地水工”一體化監測網絡覆蓋不全，數據精度、實時性不足，工程監測、水文氣象、生態、社會經濟等多源數據融合困難，“數據孤島”現象突出，制約多維度風險的耦合分析。現有風險評估模型多為靜態架構，對實時或準實時監測感知數據的融合利用能力弱。例如，區域性沉降引發的渠道滲漏、建筑物裂縫風險，模型難以依據沉降監測數據動態調整預測結果，導致預警時效性差。

3.與安全管理體系的協同壁壘

對于調水工程等運行環境多變的復雜系統工程，僅依靠安全評價無法滿足工程安全管理需求。風險評估能預判外部變化風險，如城市化導致郊外渠道成為城中渠道后的強人類活動影響預判，通過提前制定防控策略，變“事后整改”為“事前預防”；從“工程-環境-社會”系統視角考慮多因素耦合，分析疊加風險；結合實時數據動態更新模型，響應突發風險；為跨部門協調、資源配置提供量化依據。

需要注意的是，風險評估與安全評價在目標與方法上存在顯著差異。風險評估聚焦外部環境、邊界條件變化以及自身結構變異引發的潛在不確定性風險，采用不確定性分析方法量化風險等級，服務于風險防御體系構建與應急預案完善，覆蓋工程全生命周期并兼顧內外部因素；安全評價則關注工程自身當前狀態是否滿足現行國家和行業技術標準，采用確定性方法判定安全狀況，服務于工程維修加固與安全管理。

▲風險評估與安全評價方法比較

理論上，安全評價結論可作為風險評估定量分析的參考依據，風險評估結果可為安全評價提供反饋指引，二者相互關聯融合可形成全鏈條安全管理機制。以安全評價得到的隱患數據作為風險評估基礎，以風險評估結果判定關鍵建筑物（設施）安全評價優先級，貼合調水工程復雜特性的安全管理需求，共同保障工程安全運行。但目前安全評價原則上定期開展，風險評估按水行政主管部門要求適時開展，還缺乏協同機制，兩者成果未有效銜接。

全鏈條安全管理機制

4.生態與社會風險評估深度不足

現有風險評估多集中于工程建筑物和設備設施安全，對系統性風險關注不夠。生態風險評估過度依賴水質達標率，指標單一，缺乏對輸水沿線濕地退化、生物通道阻隔（如魚類洄游）等生態影響的量化。社會風險評估方法粗放，對供水中斷引發的民生影響、經濟損失、社會穩定風險缺乏精細化情景模擬與“風險-社會穩定”關聯模型。生態與社會風險管控多停留在污染事件響應等被動應急處置層面，缺乏“風險預防-過程控制-損害修復”的全鏈條主動管理機制，與調水工程承載的多重效益目標不符。

上述問題導致調水工程風險評估難以滿足動態化、系統化、精準化的管理需求，亟須從制度、技術、方法等層面系統破解。

調水工程運行期風險評估機制的完善路徑

為有效應對上述挑戰，從五個維度提出系統化完善路徑。

1.構建分級責任與制度保障體系

構建以部門規章制度為基礎的管理框架。制定調水工程運行期風險防范辦法，明確風險評估的強制性要求，規定大型調水工程風險全面評估、綜合評估等定期評估的周期，關鍵建筑物（設施）動態、專項評估的條件，以及超標準洪水、工程改造等重大事件后的觸發式補充評估機制等。建立分級責任鏈條，構建分級責任體系，國家水行政主管部門負責制定規章標準并監督考核；流域管理機構牽頭跨省域風險協同管控；地方水行政主管部門落實屬地外部風險管控責任；工程運行單位具體組織風險評估與內部風險管控，形成“國家—流域—地方—運行單位”多級責任體系。

風險評估動態評估機制

2.完善動態適配的技術標準體系

制定調水工程風險等級劃分及評估技術導則，并作為基礎規范，統一評估單元劃分、風險分類、等級閾值、指標選取原則，以及全線全面、綜合評估風險集成方法等主要技術要求。針對生態敏感區、城鎮穿越區等特殊場景制定專門風險等級劃分標準，增強標準的場景適配性。建立標準動態更新機制，及時吸納數字孿生、系統動力學模型等新技術新方法，將網絡攻擊、新型污染物、復合型極端天氣等新風險納入評估范疇，確保標準的先進性與時效性。

3.提升智能監測與數據分析能力

完善“天空地水工”一體化監測感知網絡，結合邊緣-云協同計算，重點提升地震、沉降、水質、極端天氣等關鍵風險因子的實時獲取能力。建立全域數據融合平臺，制定統一數據標準與共享協議，破除部門壁壘，整合工程監測、水文、氣象、生態、社會經濟等多源異構數據，提升巡檢報告、遙感影像等非結構化數據的自動處理能力。

發展智能分析工具，強化災害情景推演與多風險耦合分析能力，運用系統動力學模型解析上下游風險事件的鏈式傳導規律，結合交叉河道洪水演進模擬，推演極端天氣與工程缺陷疊加情景下的復合沖擊；借助知識圖譜，通過語義匹配自動識別多類風險的潛在耦合路徑；在數字孿生平臺中集成貝葉斯網絡等動態風險更新模塊，實現風險實時評估；應用機器學習算法挖掘風險前兆規律，如泵站振動模式與故障關聯，通過構建“風險因子—演化路徑—危害后果”的全鏈條預測模型，實現風險預警從“事后響應”向“事前預測—事中預警”轉變。

4.強化跨主體風險管控協同機制

建立風險評估與安全評價、日常巡查等工作的動態銜接機制，將安全評價數據用于校準風險等級，如將結構安全系數作為工程結構失事可能性大小判定的標準；風險評估識別的重大風險指引安全評價重點對象及加固處置優先級，形成“數據共享—成果互用—動態校驗”閉環管理鏈條。

依據風險評估成果及時更新完善應急預案，增強應急響應的針對性與有效性。同時，細化管控措施，工程措施區分結構加固、設備更新等內部措施與河道整治疏浚、生態修復等外部措施，明確相應的技術要求；非工程措施強化機制建設，運行管理單位完善智能巡查與應急演練，地方政府與流域管理機構落實生態保護、規劃協調及跨域界議事平臺搭建。建立風險降低率、投入產出比等管控措施有效性評估指標，定期評估并動態優化，提升管控效率。

5.拓展成果應用與生態和社會風險防控

推動風險評估成果多元化應用，將風險評估結果作為工程改造立項、投資決策的核心依據；利用現代化信息手段，制作發布工程沿線風險熱力圖，增強公眾風險意識，提升其參與度。

加強生態與社會風險評估，完善生態風險指標體系，構建“輸水調度-生態響應”耦合模型，量化生態與水質風險演化；開發社會風險精細化情景模擬工具，評估不同中斷情景下的民生與經濟影響，制定差異化應急供水預案。探索“風險評估-生態補償”聯動機制，實現風險防控與效益提升的協同優化。

結論與展望

調水工程運行期風險評估是落實《國家水網建設規劃綱要》“增強系統安全韌性和抗風險能力”要求的關鍵技術支撐。本文系統梳理了以風險“識別—評價—管控—更新”為核心的技術路線，構建了風險分類體系與多方法融合的評估框架。

實踐表明，風險評估在動態性、系統性和前瞻性方面具有獨特優勢，能夠有效彌補安全評價的局限，是實現調水工程全鏈條風險管理的有效工具。當前評估工作面臨制度標準待完善、技術支撐能力不足、跨體系協同不暢、生態與社會評估薄弱等制約因素。

面向國家水網建設高質量發展、高水平安全的需求，未來調水工程風險評估應深度融合數字孿生技術構建全流程動態模擬平臺，實現極端情景下的風險演化路徑模擬，支撐智能預警與優化調度；引入多模態大模型與知識圖譜，提升風險信息自動抽取、關聯分析與知識推理能力，突破復雜風險量化瓶頸；開發跨區域、跨部門風險協同管控平臺，實現信息共享、措施聯動、責任共擔，推動風險管理從被動應對向主動防御轉型；加強生態與社會風險評估模型研究，發展多目標協同優化技術，完善極端情景模擬與動態預警方法，最終實現風險管理向智能化、系統化、精細化方向躍升。

Abstract: Major water diversion projects are the main framework and arteries of the national water network, and their safe and stable operation is of strategic significance for ensuring water resource supply and sustainable economic and social development. Safety risk assessment is an important technical means to support project and water supply security. Given the characteristics of water diversion projects, such as large scale, complex systems, and dynamically changing environments, a dynamic closed-loop technical route of “identification-evaluation-control-update” is systematically constructed, a risk identification method system integrating data analysis, on-site investigation, and model assistance is proposed, and an evaluation index system is established covering natural environment, engineering facilities, operation management, social economy, and ecological environment. Through comparative analysis, it is clarified that risk assessment has advantages over safety evaluation in terms of dynamics, systematicness, and forward-looking, making it suitable for the risk prevention and control needs of complex systems in the national water network. Combined with major project practices, the current deficiencies in institutional standard systems, technical support capabilities, cross-system collaboration, and ecological and social risk assessment are revealed. Accordingly, a systematic improvement path is proposed from five aspects: institutional system, technical standards, intelligent monitoring, management and control collaboration, and application of results. It is further suggested to deeply integrate new technologies such as digital twins and multimodal large models to promote the development of risk assessment towards intelligence, systematization, and refinement, providing theoretical and practical support for enhancing the risk prevention and control capabilities of water diversion projects.

Keywordswater diversion project; risk assessment; safe operation; digital twin; risk management and control; institutional system; technical standard

本文引用格式：

胡江，朱清帥，李星.調水工程運行期風險評估實踐與完善路徑[J].中國水利，2025（18）：44-50.

封面供圖顧蕓

責編劉磊寧

校對董林玥

審核王慧

監制楊軼

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