小型水庫大壩潰壩風(fēng)險識別研究

□ 劉德峰

小型水庫遭破壞的危險主要是潰壩風(fēng)險，因此需要進行潰壩風(fēng)險的識別。危險來自內(nèi)因和外因兩個方面。內(nèi)因是指水庫樞紐建筑物自身存在的問題；外因是指洪水、地震、人為失誤等因素導(dǎo)致的水庫大壩破壞。危險識別是識別可能引起水庫大壩破壞的所有危險。把所有可能的危險都找出，然后確定其對大壩的危害程度。導(dǎo)致水庫大壩破壞的危險有些比較明顯，如洪水、地震、庫水位急劇下降、大壩滑坡，有些則不太明顯，如操作人員失誤、故意破壞、戰(zhàn)爭破壞、火災(zāi)、水庫邊坡滑坡、雷擊、大風(fēng)、火山活動等。本文通過對歷史潰壩資料的統(tǒng)計分析，得出水庫潰壩的主要原因，在此基礎(chǔ)上分析水庫的潰壩原因和潰壩模式及主要潰壩路徑，為小型水庫大壩的潰壩概率的確定奠定基礎(chǔ)，并為其除險加固提供依據(jù)。

一、歷史潰壩資料統(tǒng)計

根據(jù)1954～2008年的統(tǒng)計資料，我國已發(fā)生潰壩的3462座水庫中，小型水庫有3336座，占潰壩總數(shù)的96.4%，其中?。?）型水庫668座，?。?）型水庫2668座。

（一）小（1）型水庫潰壩資料統(tǒng)計。1954～2008年，全國?。?）型水庫潰壩40座以上的省(區(qū))分別有新疆、四川、陜西、山西、云南、黑龍江，潰壩概率為9.601×10-4。55年中有兩個潰壩高峰，其一是1960年前后，1959年、1960年、1961年，年潰壩概率分別為49.06×10-4、44.97×10-4、41.56×10-4。其二是1973年前后，1973年和1972年的潰壩概率分別為51.79×10-4、27.94×10-4。出現(xiàn)潰壩高峰的主要原因是，1960年前后屬于蓄水初期，而且在特定的歷史條件下，疏于管理；1973年前后主要是管理問題。1980年后隨著管理的加強，年潰壩概率明顯持續(xù)下降，近30年內(nèi)潰壩概率為2.777×10-4，低于1954～2008年間的年平均潰壩概率的三分之一。

表1 小型水庫在不同時期的年平均潰壩概率（×10-4）

表2 按壩高統(tǒng)計潰壩的比例

表3 小型水庫潰壩原因

（二）?。?）型水庫潰壩資料統(tǒng)計。1954～2008年，潰壩100座以上?。?）型水庫的有11個?。ㄊ?、自治區(qū)），150座以上有5個省。1973年的年潰壩率已高達72.5×10-4。1982年加強管理后，潰壩概率下降為0.763×10-4。

（三）不同時期潰壩概率的比較。不同時期的潰壩概率不同。表1是小型水庫在不同時期的年平均潰壩概率（注：計算時統(tǒng)計?。?）型水庫15126座，?。?）型水庫67874座）。

（四）壩型的潰壩情況統(tǒng)計。表2是對已潰決小型水庫壩型統(tǒng)計所占的潰壩比例。均質(zhì)壩、心墻壩、土石混合壩均稱為土石壩，已潰壩中土石壩占97.8%。由此可知，進行風(fēng)險分析，防止或減少潰壩，必須重點研究土石壩潰決的原因和機理。

表4 導(dǎo)致大壩漫頂?shù)闹饕?/p>

二、小型水庫潰壩原因及分析

（一）小型水庫潰壩主要原因。根據(jù)歷史潰壩資料的分析得出我國小型水庫潰壩原因（見表3）。由此表可知，我國已潰壩的潰壩原因主要有洪水漫頂、各種大壩質(zhì)量引起的潰壩、管理不當及其他。其中最主要的是漫壩和質(zhì)量引起的潰壩。

（二）潰壩原因分析。對表3列出的多種潰壩原因進行深入分析后得出如下結(jié)論：

1. 漫頂導(dǎo)致潰壩。很多原因可以導(dǎo)致漫壩，進而發(fā)展為潰壩。往往一座水庫大壩的漫頂是多種原因共同作用的結(jié)果。主要原因概括如下（見表4）。對于已潰決的大量小水庫來說，集中暴雨、防洪標準低、上游水庫潰決、溢洪道泄流能力不足是最主要的原因。

2.滲流破壞導(dǎo)致潰壩。滲流破壞是土石壩中最常見的病險癥狀之一。大壩潰決的一種表現(xiàn)為集中滲流，逐漸發(fā)展成為管涌、流土，沖刷周邊通道，坍塌不斷擴大，管涌無法控制而最終潰壩。另一種是異常滲流導(dǎo)致浸潤線抬高，壩后大面積散浸，使得下游壩體穩(wěn)定性下降而導(dǎo)致滑坡，引起壩頂高程不足，庫水漫溢而潰壩。由于滲流破壞而導(dǎo)致潰壩的原因是多方面的，表5列出了滲流破壞的主要原因。

表5 導(dǎo)致滲流破壞的主要原因

3.結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致潰壩。結(jié)構(gòu)破壞包括兩大部分，即壩體過度變形造成的大壩裂縫和大壩整體失穩(wěn)。幾乎所有的大壩都有裂縫，關(guān)鍵是是否會發(fā)展成為大壩潰決的因素。裂縫都有個發(fā)展過程，一旦裂縫發(fā)展到某種程度，就可能成為大壩潰決的隱患。如果裂縫是貫穿性的橫向裂縫，則可能成為集中滲流通道，導(dǎo)致大壩滲流沖刷破壞，可能潰決。即使是表層裂縫，雖然在正常高水位以上，但洪水期庫水位上升時，也有可能成為過水通道，危及安全。而且汛期多水，雨水滲入裂縫，將加速裂縫的發(fā)展。如果是縱向裂縫，則可能是壩體整體破壞的前兆。如果裂縫兩端向上游或下游發(fā)展，則更有整體滑動的可能；再遇到汛期雨水多，雨水進入裂縫，將加速滑動的發(fā)生。如果是水力劈裂的水平裂縫，屬于深層內(nèi)部裂縫，難以發(fā)現(xiàn)，危險性較大，即使沒有發(fā)展成為貫穿性裂縫，但此時坡降加大，也較易發(fā)展為集中滲漏通道。

4.溢洪道、壩下涵管破壞導(dǎo)致潰壩。溢洪道破壞是指溢洪道質(zhì)量差，在泄洪過程中被沖毀，或者由于溢洪道和壩體、壩基結(jié)合不好，發(fā)生接觸沖刷導(dǎo)致溢洪道沖毀。溢洪道上閘門和結(jié)構(gòu)方面的問題、溢洪道滑塌引起潰決部分包括在漫頂部分。

我國小水庫壩下埋管隱患嚴重、質(zhì)量差，襯砌不好、埋管周圍碾壓不實，和壩體結(jié)合部位無截滲環(huán)等防滲措施，還有的改變功能，用作壓力管道。種種隱患造成了壩下埋管的損壞而導(dǎo)致潰壩。

5.其他原因?qū)е聺?。其他原因主要包括：管理、設(shè)計不當，庫區(qū)塌方，水庫淤積，人為破壞。

三、潰壩模式和潰壩路徑分析

潰壩模式分析是水庫大壩風(fēng)險分析過程中的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)各種可能出現(xiàn)的外荷載，分析在荷載作用下，大壩組成部分（包括擋水、輸水、泄水建筑物及附屬建筑物）可能出現(xiàn)的破壞形式，并分析是否可能發(fā)展成為潰壩事件，最終形成從荷載——建筑物——破壞——潰壩的途徑。水庫大壩潰決是在內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)和外部荷載共同作用下發(fā)生的，可能方式很多。內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)的存在和外部荷載的出現(xiàn)都具有不確定性，不同的荷載組合會出現(xiàn)不同的潰決模式。如果在水庫大壩發(fā)生潰決事故前就能夠分析出可能發(fā)生的潰決方式和可能性，則對于水庫大壩的安全將會起到?jīng)Q定性的作用，可以有針對性地預(yù)防潰壩災(zāi)害和減少潰壩帶來的損失。

根據(jù)上文對我國已潰壩情況的分析，可以總結(jié)出小型水庫主要的潰決模式如下：

汛期由于無泄洪設(shè)施或泄量不足、壩頂高程不足、閘門故障等原因引起漫壩；汛期壩體、壩基或壩下埋管滲透破壞導(dǎo)致潰壩；汛期由于溢洪道沖毀或壩體滑坡導(dǎo)致潰壩；非汛期壩體、壩基或壩下埋管滲透破壞、生物破壞導(dǎo)致潰壩；地震導(dǎo)致潰決；操作失誤、破壞等人為因素導(dǎo)致潰壩。

由于我國95%以上的小型水庫為土石壩，根據(jù)小水庫特點和潰壩原因，對小型土石壩的可能潰壩模式進行初步分析后得到以下六大類潰決模式和19種可能的土石壩潰決路徑，詳見表6。對某一小水庫來說，大壩特性不同，內(nèi)部環(huán)節(jié)不同，潰決模式和破壞路徑都會有所區(qū)別。

表6 小型水庫主要潰壩模式和潰壩路徑

四、結(jié)語

本文在歷史潰壩資料分析的基礎(chǔ)上對小型水庫大壩常見的潰壩機理和潰壩模式進行了分析，為小型水庫大壩的潰壩概率的確定奠定了基礎(chǔ)。本文理論成果為正在開展小型水庫大壩安全鑒定和除險加固工作提供了理論依據(jù)。作者建議在利用本文理論成果時，一定要認真分析安全鑒定資料并且要借助專家的經(jīng)驗。