水库大坝突发事件及其预测特性分析
谷艳昌;王士军;吴云星;王宇;庞琼
【摘 要】水库大坝突发事件不仅关系大坝自身安全,而且对下游地区生命、财产和社会安全会构成巨大威胁,开展水库大坝突发事件及其预测特性分析,有助于更好地建立预警模型.结合水库大坝自身特点,提出了水库大坝突发事件的定义,归纳总结了五种典型突发事件,即溃坝、地震、洪水、工程结构失稳和供水危机;通过分析,对五种水库大坝突发事件的预测特性进行了研究.结果表明,洪水、结构失稳、水污染导致的供水危机等突发事件是可预测的,溃坝与地震是不易预测的.
【期刊名称】《中国水利》
【年(卷),期】2016(000)016
【总页数】4页(P10-13)
【关键词】水库大坝;突发事件;案例;预测;分析
【作 者】谷艳昌;王士军;吴云星;王宇;庞琼
【作者单位】南京水利科学研究院,210029,南京;水利部大坝安全管理中心,210029,南京;南京水利科学研究院,210029,南京;水利部大坝安全管理中心,210029,南京;南京水利科学研究院,210029,南京;南京水利科学研究院,210029,南京;南京水利科学研究院,210029,南京
【正文语种】中 文
【中图分类】TV698.1
我国现有各类水库大坝9.8万余座，水库大坝是国民经济与社会发展的重要基础设施，在防洪、发电、灌溉、航运、供水、养殖以及改善生态环境等方面发挥着巨大作用。然而，我国水库大坝工程的安全状况并不乐观，多数水库大坝修建于20世纪50—70年代，受当时的经济技术条件与社会环境制约，“三边”工程和半拉子工程多，且标准低、质量差，加上后期运行管理维护滞后，工程老化失修严重，导致这些工程处于不同程度的病险状态。若出现超标准洪水和地震等极端情况，可能导致漫坝和溃坝突发事件的发生，将对下游地区造成巨大的损失甚至是灾难性的破坏。近年，突发事件因其发生的突然性，造成的危害和损
失大，愈来愈受到社会和政府的重视。对水库大坝突发事件及其预测特性进行分析，可为水库大坝突发事件的预报预警和应急预案的编制提供依据，而突发事件的预报预警是应急管理的有效技术支撑，能为应急处置赢得宝贵的时间，大大减少突发事件带来的生命、财产及社会环境等损失。
1.突发事件定义
《中华人民共和国突发事件应对法》将突发事件定义为突然发生，造成或者可能造成严重社会危害，需要采取应急处置措施予以应对的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件。
《水库大坝安全管理应急预案编制导则》将突发事件定义为突然发生的，可能导致溃坝、重大工程险情、超标准泄洪、影响水库正常调度运行的水污染，危及公共安全，需要采取应急处置措施予以应对的紧急事件。
突发事件一般具有突然性、危害性、应急性、关联性和动态性等特点。
2.水库大坝突发事件分类
《水库大坝安全管理应急预案编制导则》依据综合分类法（即根据突发事件发生过程、性质与机理），将水库大坝突发事件分类如下：
①自然灾害类。如暴雨、洪水、上游水库大坝溃决、地震、地质灾害等。
②事故灾难类。如因大坝质量问题而导致的滑坡、裂缝、渗透破坏而产生的溃坝或重大险情，工程运行调度、工程建设中的事故及管理不当等导致的溃坝或重大险情，影响生产生活、生态环境的水污染事件。
③社会安全事件类。如战争或恐怖袭击、人为破坏等。
④其他水库大坝突发事件。
3.水库大坝突发事件
综上所述，将水库大坝突发事件定义为：水库大坝自身或者以水库大坝为载体突然发生的，使得水库大坝的正常运行遭到或者可能遭到破坏，造成或可能造成下游地区严重危害，需要采取应急处置措施予以应对的事件。其后果危害一般包括人员、财产、生态环境、供水危机以及社会负面影响等的公共安全。
根据水库大坝突发事件的定义，结合水库大坝已发生事故与失事历史资料的总结，将以下五种事件作为水库大坝突发事件进行分析，即：
①溃坝，大坝部分或整体溃决事件。
②地震，指地震对水库大坝造成的灾害事件。
③洪水，因超标准洪水、上游水库大坝溃决，以及库岸滑坡等其他因素引起的库水漫顶事件。
④结构失稳，坝体滑坡、开裂、渗透破坏、滑移失稳、库岸滑坡等事件。
⑤供水危机，水库水质污染引起供水危机事件。
上述不同类型的突发事件可能是相互交叉和关联的，某类突发事件可能与其他类别的事件同时发生，或引发次生、衍生事件。如“75·8”超标准洪水导致板桥、石漫滩两座水库溃决，两座水库溃决的下泄洪水导致下游水库漫坝溃决。
1.溃坝
国际大坝委员会（ICOLD）对国际上近200座溃坝案例统计表明：溃坝坝型中，土石坝占80%，溃坝原因包括漫顶、渗透破坏、基础抗剪强度不足，溢洪道泄洪能力不够，运行不当，库岸滑坡等。英国2004—2007年统计的24座溃坝资料中，有22座为土石坝，溃坝原因主要为漫顶、渗透破坏（尤其是大坝与辅助建筑物接触渗透破坏）和变形。
据《全国水库垮坝登记册》资料，我国由于洪水漫顶导致溃坝所占比例为51%，施工质量不良导致渗漏而溃坝的占38%；在国外，洪水漫顶导致溃坝的占39%，其次为坝体渗透破坏占18%，再次是坝基渗透破坏占12%。由此可见，洪水漫顶和渗透破坏是导致大坝溃决的两个主要原因。从溃坝坝型来看，我国土石坝溃坝数量占溃坝总数的98%以上，而混凝土坝溃坝案例则较为少见，尤其是拱坝。从工程规模来看，1954—2012年的59年间，我国共发生水库溃坝3 520座，其中大型水库2座、中型水库127座、小型水库3 391座（占溃坝总数的96.3%）。通过对溃坝案例分析，可以得出如下溃坝启示：
①溃坝作为水库大坝突发事件的一种极端形式，其形成原因是多样的。据统计，超标准洪水与泄洪设施不能正常工作是最主要的原因，渗透破坏与变形也是导致溃坝的主要原因。溃坝案例中土石坝占溃坝案例绝大多数，除漫顶导致土石坝溃决以外，渗流产生是土坝破
坏的主要原因。土坝的薄弱环节，如新老坝体接触面、溢洪道与坝体接触处、涵洞（管）与坝体接触处、坝体新老接合面等，这些部位处置不良很容易发生渗透破坏，严重的可导致大坝溃决。
②大坝溃决是有前兆的，如异常渗透水流、异常声响以及大洪水等，如能及时辨识并发出预警，启动应急预案，通知下游地区群众转移，可以避免人员伤亡。因此，现场检查与监测是必要的，这样才能及时发现隐患，采取应急泄水、启动应急预案等处置措施。
③大坝在什么情况下溃决、何时溃决，很难预测。但大坝溃决是有过程的，尤其是土石坝，该过程为大坝溃后预警赢得了宝贵的“时间”空间。充分利用“时间”空间，及时采取预警与应急处置，可大大降低大坝溃决所造成的人员与财产损失。
2.地震
当前的科技发展水平还无法预测地震的到来，且在未来相当长的一段时间内，地震也是无法准确预报的。地震导致土石坝破坏的形式主要有裂缝、滑坡、沉陷、渗漏、基础液化以及泄水建筑物受损等，地震直接导致溃坝的事件极少。2001年1月25日，印度古吉拉特邦
的普杰地震（Bhuj earthquake in Gujarat）造成240座水库大坝震损；2008年6月14日，发生在日本岩手县—宫城县的Nairiku7.2级地震，造成134座水库大坝震损。
我国地处环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅山地震带之间，地质构造规模宏大且复杂，造成地震频发。自20世纪以来我国发生24次震级超过7级的地震，其中2008年“汶川”地震造成四川、重庆、甘肃、陕西等8省（直辖市）2 666座水库大坝震损，有69座水库达到溃坝险情，331座水库达到了高危险情、2 266座水库达到次高危险情。虽最终没有造成水库大坝溃决，但这些震损水库大坝出现了塌陷、裂缝、滑坡和渗漏等不同程度的险情，形成脆弱性结构体，已不能安全运行和正常发挥工程效益，并可能在余震、洪水等不利条件下溃决，引发地震次生灾害，严重威胁下游地区群众、基础设施安全与社会稳定。
地震突发事件案例统计分析表明：
①就目前科学技术水平而言，地震突发事件是不易预测的。
②虽然地震导致大坝溃决的可能性很小，但地震对水库大坝造成的损坏是明显的，主要有裂缝、滑坡、渗漏以及沉陷等，因此震后及时检查、快速判断震损程度是非常重要的。同
时，地震对水库大坝损伤存在时间滞后现象，后期进行连续监测是必要的。若不及时处理，又可能出现次生灾害。
3.洪水
本文所称“洪水”指的是超标准洪水或上游大坝溃决的漫顶或非常泄洪，但是并未导致大坝溃决突发事件发生。这种洪水现象一般发生于具有较强抗冲刷性能的混凝土大坝。
如佛子岭水库位于淮河南岸支流淠河东支—东淠河上，距下游安徽省霍山县城17 km，是20世纪50年代治淮初期兴建的以防洪、灌溉为主，结合发电等综合利用的大型水利水电工程。1969年7月上游连续降雨，发生了百年不遇的特大洪水，库区14日又降大暴雨，一天降水480 mm以上（相当于常年降水量的1/3），最大入库洪峰 12 254 m3/s，库水位130.60 m，中午11时左右，洪水漫过佛子岭水库大坝坝顶1.08 m，持续时间长达25小时15分。经水库调蓄，漫顶时下泄最大流量5 510 m3/s，发生在14日14时，其中溢洪道下泄流量4 000 m3/s，漫顶下泄流量1 180 m3/s，其余为钢管下泄。漫顶事故导致坝后两岸基岩遭到严重冲刷破坏，并使大坝2号、3号以及21号垛基础稳定条件恶化，渗水加剧，扬压力增高，威胁大坝安全；顺流而下的漂浮物，将老厂房砸毁，机组也遭到严重损害，新厂房
也受到一定程度的进水破坏。
