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【內蒙古永安、新發兩座水庫潰壩經驗教訓與對策思考】
2021/9/26 9:45:27 新聞來源:福建省水力和清潔能源發電工程學會

2021718曰內蒙古呼倫貝爾市莫力達瓦旗永安、新發兩座水庫遭遇超標準暴雨洪水漫項潰壩,所幸提前轉移下遊風險人口,無人員傷員。當前,極端異常天氣事件多發,水庫安全度汛形勢嚴竣,作者利用收集到的有限資料,對這兩起潰壩事件經驗教訓進行了初步總結,並針對性地提出對策建議,以供當前的水庫安全度汛工作借鑒。

一、永安、新發兩座水庫潰壩情況

(一)水庫基本情況

1)永安水庫

位於呼倫貝爾市莫力達瓦旗西瓦爾圖河中遊的西瓦爾圖鎮永安村,控製流域麵積203平方公裏,總庫容800萬立米,是一座以防洪、灌溉為主,兼有養殖等綜合利用的小(1)型水庫,1976年開始興建,經1984年和1994年的兩次續建,1995年基本建成。當年建設標準低、溢洪道泄洪能力不足,2006~2007年進行了除險加固,除險加固後的水庫設計洪水標準為50年一遇,設計洪水位251.06米;校核洪水標準為500年一遇,校核洪水位252.16米。水庫正常蓄水位、汛限水位249.50米,死水位242.70米。水庫防洪保護下遊1個鎮、5個村屯、1.8萬畝農田,灌溉麵積0.8萬畝。

水庫樞紐由大壩、溢洪道和輸水洞組成。大壩為混合土質壩,壩長360.5米、最大壩高14.50米,壩頂設防浪牆,壩基防滲為混凝土防滲牆。溢洪道位於左壩端,為開敞式,堰頂高程249.50米,最大泄量295立方米每秒。輸水洞為壩下鋼筋混凝土方涵,洞身尺寸1.0×1.4米,最大泄量5立方米每秒。

2)新發水庫

位於呼倫貝爾市莫力達瓦旗坤密爾堤河下遊西瓦爾圖鎮新發村,西瓦爾圖河在新發水庫上遊彙入坤密爾堤河。新發水庫大壩位於永安水庫大壩下遊13公裏,控製流域麵積698平方公裏,總庫容3808萬立方米,是一座以防洪、灌溉為主,兼有養殖等綜合利用的中型水庫,1958年開工興建,1959年投入運行,後經曆1977年和1996年兩次續建,19999月完工。2011年進行除險加固,由於大壩擋水高度小於10米,除險加固後的水庫設計洪水標準為50年一遇,設計洪水位223.98米;校核洪水標準為300年一遇,校核洪水位225.45米。水庫正常蓄水位221.10米,正常蓄水位以下庫容951萬立方米;汛限水位221.00米,調洪庫容2857萬立方米;死水位219.50米,死庫容425萬立方米。

水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水洞組成。大壩為均質土壩,壩長335米、最大壩高10.6米,壩頂寬5.5m,壩頂設防浪牆。溢洪道位於右壩端,為開敞式,堰頂高程221.10m,最大下泄流量470立方米每秒。輸水洞位於大壩左側,洞身尺寸為1.0×1.7米,最大泄量6立方米每秒。

(二)潰壩經過和應急處置情況

1)降雨情況

自進入汛期以來,西瓦爾圖河、坤密爾堤河流域連續發生了多場暴雨,進入7月後,72日、74日、714日流域內連續出現了三次強降水,總降水量超過60mm。水庫上遊西瓦爾圖農場氣象站1720時~1820時,24小時累計降雨量251.8毫米;1801時~1813時,12小時累計降雨量232.1毫米。西瓦爾圖鎮東向陽氣象站1720時~1820時,24小時累計降雨量170.7毫米;1800時~1812時,12小時累計降雨量159.0毫米。

2)庫水位上漲及潰壩經過

入汛以來,永安水庫、新發水庫輸水洞閘門一直敞開泄流以降低庫水位。

永安水庫:718630分,庫水位上漲到高程250.00米,超過溢洪道堰頂高程0.5米;700分,水位達到251.00米(設計洪水位251.06米);900分,水位達到校核洪水位252.16米;930分,水位達到壩頂高程252.2米;1020分,水位達到252.6米,超過超壩頂高程0.4米;1050分,水位達到253.4米,超過防浪牆頂高程0.1米(防浪牆頂高程253.3米),全壩線溢流;1200分,水位達到253.5米,超過防浪牆頂0.2米,超過校核洪水位1.34米;1230分,溢洪道與壩體接壤段防浪牆傾倒;1307分,大壩潰口初步形成;1320分,部分壩體潰決;1450分,潰口達到穩定狀態。

新發水庫:718800分,庫水位上漲到221.60米,超過溢洪道堰頂高程0.5米;1020分,水位達到設計洪水位223.98米;1130分,水位達到校核洪水位225.45米;1200分,水位達到壩頂高程226.00米;1400分,水位達到防浪牆頂高程227.20米,全壩線溢流;1505分,庫水位227.50米,超過防浪牆頂0.3米,部分壩體出現潰口;1530分,全線潰壩。

3)人員轉移情況

71719時,莫旗水利局、氣象局聯合發布中小河流洪水黃色氣象風險預警。旗水利局提醒西瓦爾圖鎮做好永安水庫、新發水庫下遊群眾轉移準備工作,預通知水庫下遊危險區的老弱婦幼群眾可提前撤離。

718630分,永安水庫超汛限水位,水位持續上漲,水利局提醒鄉鎮做好轉移安排,危險區群眾陸續撤離;700分,庫水位接近設計洪水位,旗水利局及防汛指揮部辦公室報請旗委政府主要領導、分管領導同意後,通知下遊鄉鎮有序組織撤離;同時,旗委政府主要領導、分管領導帶領有關部門第一時間趕赴現場指揮;830分,完成永安水庫下遊影響區群眾首批撤離;900分永安水庫水位達到校核洪水位,下遊影響區群眾全部完成撤離。

718800分,新發水庫超汛限水位,莫旗防指會商後組織下遊危險區群眾陸續撤離;1100分,新發水庫下遊影響區群眾完成撤離。兩次共計轉移人口1400人。

4)應急處置情況

莫旗防指按照預案適時啟動Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ級防汛應急響應。旗委政府主要領導、分管領導深入一線調度指揮,旗應急管理局、城市綜合行政執法局、住建局、水利局、公安局、莫旗消防救援大隊、莫旗森林消防大隊、尼爾基各社區等單位和部門全員出動,全力投入抗災搶險工作。水利局領導現場坐鎮,技術專家組現場指導,並在新發水庫、永安水庫一線進行實時水位監測,時刻關注兩個水庫的險情並隨時報告。

由於預警及時、組織有力,潰壩前人員全部安全撤離,潰壩影響下遊諾敏河範圍內轉移人口近3000人,沒有人員傷亡。

(三)潰壩初步原因分析

入汛以來,盡管永安水庫、新發水庫輸水洞閘門一直敞開,輔助泄洪,但由於本次超強暴雨形成超標準特大洪水,導致洪水漫頂,下遊壩坡持續衝刷破壞失穩,進而潰壩。

二、我國水庫潰壩總體情況回顧與特點

1954年有潰壩記錄以來,我國水庫潰壩3500餘座。上世紀5080年代初,由於經濟技術條件限製,水庫大壩工程建設標準低、安全管理薄弱,潰壩事故頻發,19541982年年均潰壩率1.23‰,遠超當時世界平均水平。197582日~7日,受3號台風襲擊,河南駐馬店地區普降大雨,平均降雨量1028.5mm,出現曆史罕見大洪水,8日,板橋、石漫灘兩座大型水庫,田崗、竹溝兩座中型以及58座小型水庫共計62座水庫連鎖潰壩,2.6萬餘人死亡。上世紀80年代後,水庫大壩安全責任製逐步落實,安全管理法規製度和技術標準體係逐步建立,潰壩事故大幅度下降,19831999年潰壩年均潰壩率降至0.23‰,其中仍有少量潰壩事故導致嚴重人員傷亡。1993827日,青海溝後水庫(小型)麵板砂礫石壩因滲漏破壞潰壩,導致288人死亡。進入新世紀以來,通過大規模實施病險水庫除險加固工程建設,大力推進水管體製改革和依法依規管理,強化應急管理等一係列舉措,潰壩概率進一步下降,20002020年年均潰壩率已低於0.05‰,進入世界上低潰壩率國家行列,不過仍有造成嚴重人員傷亡和重大影響的潰壩事故發生。2001103日,四川大路溝水庫(小型)因白蟻危害潰壩,導致38人死亡或失蹤;2013年年初15天內連續發生新疆聯豐水庫(小型)、黑龍江星火水庫(小型)、山西曲亭水庫(中型)三起潰壩事故,均為晴天和接觸滲漏潰壩,其中聯豐水庫潰決造成1人死亡,20多人凍傷;2018719日,內蒙古巴彥淖爾市烏拉特前旗增隆昌水庫(中型)遭遇特大洪水,副壩接觸滲漏潰壩;201881日,新疆射月溝水庫(小型)洪水漫頂潰壩,導致28人死亡。

我國水庫潰壩具有典型的時空分布特征。上世紀八十年代以前,經濟基礎薄弱,大壩安全與防範意識單薄,洪水預報預警及突發事件應急處置技術手段落後,全社會抵禦自然災害的能力弱,潰壩事故大量發生,年均潰壩率遠超當時世界平均水平,潰壩原因以天災(暴雨洪水)為主,疏於管理等人因也是重要因素,全國範圍內均有發生,超過50%為洪水漫頂,以沿海台風暴雨中心居多。上世紀八十年代以後,隨著經濟社會發展,全社會抵禦自然災害的能力不斷增強、技術手段不斷進步,特別是1991年《水庫大壩安全管理條例》頒布實施以後,水庫大壩安全管理製度逐步健全,運行管理逐步規範,潰壩概率大幅度下降,潰壩原因以工程質量缺陷、疏於管理、管理不當、非法超蓄等人因為主,接觸滲透破壞多發、頻發,洪水漫頂潰壩事故比例相對下降,晴天潰壩事故比例上升,年降雨量少、水庫數量少的西部經濟欠發達地區潰壩事故多、占比高(與自身的水庫數量比、與全國的水庫潰壩數量比)。

三、經驗教訓

根據大壩中心掌握的資料,屬於全國潰壩率較高和中型水庫潰決較多的地區,其中2000年以來有3座中型水庫(崗崗、增隆昌、新發)潰壩,同期全國中型水庫潰壩僅5座,另兩座為2004121日潰決的新疆兵團八一水庫及2013年年初潰決的山西曲亭水庫,其中的經驗教訓值得總結和反思。

一是強人類活動和變化環境下的極端氣候事件出現的頻度和強度明顯增加,嚴重威脅防洪標準偏低的中小型水庫大壩安全運行。本次永安水庫、新發水庫潰壩及2018719潰決的增隆昌水庫均與超標準暴雨洪水導致的極端運行工況有關。必須考慮變化環境和強人類活動背景下,水庫設計洪水可能發生巨大變化,在設計洪水複核基礎上采取針對性的處理措施,並製訂應對超標準洪水的應急預案。

二是切實落實大壩安全和防汛三個責任人與三個重點環節,做好“四預”,對確保大壩安全和公共安全至關重要。本次永安、新發兩座水庫潰壩發生前,當地政府、水行政主管部門發現潰壩征兆後,及時預警並啟動應急預案,有序組織水庫下遊風險人口迅速轉移,避免了人員傷亡,將損失降低到了最低程度。

三是要充分認識病險水庫的複雜性,以更加慎重的態度做好病險水庫除險加固工程建設和運行管理工作。我國水庫大壩大多興建於20世紀5070年代,限於當時的經濟技術條件製約,普遍存在建設標準低、工程質量差和病害隱患多而複雜等問題,先天工程質量缺陷很難通過除險加固徹底處理。內蒙古2000年以來潰決的水庫均進行過除險加固,反映當前的病險水庫除險加固決策與實施機製還有待進一步完善,病險認定技術和標準以及加固技術還有待進一步提高,加固後的運行管理工作還需要進一步強化。

四是由於分類方法缺陷,導致高風險的中小型水庫防洪標準相對偏低。我國現行水庫大壩工程等別、建築物級別(分類)及其安全標準主要依據庫容劃分和確定,導致潛在高風險的“高壩小庫”工程等別、建築物級別和安全標準偏低。最典型的是1993827日潰決的青海省溝後水庫大壩,導致288人死亡。該水庫總庫容僅330m3,屬小(1)型水庫,Ⅳ等工程,盡管壩高達71m,屬國際壩工界公認的高壩,下遊13km即為海南州州府所在地,地理位置重要,且河道比降大,潛在風險極高。但作為Ⅳ等工程,不僅工程安全標準偏低,也沒有設置運行管理機構和配備專職管理人員,無任何安全監測設施和通信報警手段,僅由當地村民看管,缺乏基本的專業素養,沒有辨識與判斷事故征兆的能力,更談不上針對潰壩事故的應急處置能力。

五是小型水庫安全問題如何強調都不為過。我國小型水庫麵廣量大,先天不足,安全標準和管理層級低,管理特別薄弱,小型水庫潰壩占全部潰壩總數的96%以上,小型水庫安全再怎麼強調都不為過。近年來,通過水管體製改革、大規模實施除險加固、全麵落實“兩個三”、創新管理模式、加強暗訪督查,小型水庫的安全狀況和管理能力有所改善,但是小型水庫安全及管理方麵長期積澱的問題短期內不可能徹底解決。“十四五”及將來一段很長的時間,須確立近期、中期和遠期目標,工程措施與非工程措施並重,重視“高壩小庫”風險突出等問題,逐步實現小型水庫的長治久安及水庫管理自我完善的良性循環。強化“預報、預警、預演、預案”,盡快補齊小型水庫水雨情測報和安全監測預警短板,進一步提高應急預案的針對性和可操作性。此外,小流域“長藤結瓜”的中小型水庫的聯合調度問題應予重視,其“閃轉騰挪”的調蓄能力遠不及大型水庫,稍有不慎極易造成水庫連續潰決。

六是切不可放鬆中型水庫大壩安全運行管理和風險防控。中型水庫潰壩影響巨大,2000年後中型水庫潰壩占比明顯上升。大型水庫安全標準相對較高,管理基礎普遍較好,當前正在重點關注和加強小型水庫安全管理,因此從水庫工程數量、大壩安全標準、管理設施和管理能力、安全風險程度上看,在水庫管理人員、經費、物資等保障資源分配方麵,中型水庫容易被忽視,應特別關注和警惕水庫序列中的“中等生”—中型水庫,與大型、小型水庫管理人財物保障相比,中型水庫陷入“比上不足,比下也相對不足”的困境,突出表現為“老”“少”“邊”“窮”,陷入“中等生陷阱”,潰壩風險升高。切不可對中型水庫有麻痹思想,要以更加謹慎的態度、更強的責任意識不折不扣做好中型水庫運行安全各項工作,確保中型水庫不潰壩失事,杜絕“黑天鵝”、“灰犀牛”事件的出現。

七是變化環境條件下,各類突發和不測事件發生的頻度和強度增加,水庫大壩應急保障技術能力明顯不足。本次永安、新發兩座水庫潰壩發生前,均有數小時的搶險窗口期,其中永安水庫從718630分水位上漲超過溢洪道堰頂高程0.5米,到1230分溢洪道與壩體接壤段防浪牆傾倒,壩頂溢流,曆時6小時;新發水庫從718800分水位上漲超過溢洪道堰頂高程0.5米,到1400分水位超過防浪牆頂高程,全壩線溢流,也是曆時6小時。但無法及時采取加高壩頂、增設泄洪設施、保護壩頂抵抗漫頂衝刷等手段避免潰壩發生。在大壩安全責任製不斷健全,檢查監測製度、汛期值班製度逐步落實的今天,絕大多數潰壩事故事先均有征兆被發現,給險情研判和應急搶險留有一定時間的窗口期,但最終無法實施有效搶險中止事態發展,反映當前的大壩險情快速診斷技術和應急搶險能力仍有不足,存在技術和裝備短板。其一是突發險情應急勘察、監測、檢測技術和裝備能力不足,由於地處偏僻、現場環境惡劣,險情發生後,一些大型勘察、檢測設備無法迅速運抵現場,或因天氣惡劣、洪水滔滔,工作人員無安全保障,無法在現場正常開展勘察、監測與檢測活動,無法及時查明和研判險情性質、嚴重程度和發展趨勢,從而無法提出科學有效、針對性強的搶險方案,影響搶險效果或造成不必要的損失。其二是緊急構建應急泄洪設施的能力不足。我國早期潰壩事故超過50%為洪水漫頂造成。進入新世紀以來,由於洪水預報水平提高和除險加固防洪達標工程建設,洪水漫頂潰壩事故大幅度下降,所占比例下降,但近年來局地極端暴雨洪水發生的頻率增加,麵對不斷上漲的洪水束手無策,眼睜睜地看著大壩漫頂潰決,教訓極為慘痛。其三是土石壩接觸滲漏險情搶險技術和裝備能力不足。我國水庫土石壩大多建有壩下埋涵,少數在土壩上布置有溢洪道,接觸滲漏問題突出。近年來,除少數洪水漫頂潰壩事故外,其他絕大多數都是壩下埋涵或溢洪道接觸滲漏導致的潰壩,包括2018719日潰決的增隆昌水庫,這些潰壩事故多組織了搶險,但因搶險技術和裝備能力不足未能成功。

八是現代信息技術應用不足,水庫管理信息化、現代化水平仍有待提高。當前,我國水庫大壩運行管理仍以傳統的人工手段為主,信息感知能力弱、信息化應用程度低,導致安全隱患早期識別、洪水預報和預測預警能力不足,應急決策技術支撐能力薄弱、時效差。未來需要充分應用物聯網+、雲平台、分布式集群等現代信息技術手段,構建具有空間基礎信息、安全監測信息、服役環境信息全方位透徹感知和智能識別能力,為水庫大壩安全智能監控、提質增效、智慧監管、突發事件早期預警與應急決策等提供科技支撐。

四、加強潰壩風險防控的幾點思考和建議

當前,全國正進入防汛關鍵時期,極端異常天氣頻發,水庫安全度汛形勢嚴峻,各級政府、水行政主管部門以及水庫業主、運行管理單位要堅決按照習近平總書記721日對防汛救災工作作出重要指示要求,堅持人民至上、生命至上,立即行動起來,壓實責任、勇於擔當,大壩安全和防汛責任人要切實履職盡責,始終將大壩安全放在水庫運行管理工作的首要位置,采取更加有力有效措施,紮實做好水庫大壩巡視檢查和安全監測、調度運用、隱患排查與險情處置、突發事件監測預警、應急準備等各項工作,堅決做到“標準內洪水不潰壩失事,超標準洪水潰壩無生命損失”。

一是各地要認真汲取永安、新發兩座水庫潰壩事故經驗教訓,舉一反三,對轄區內所有水庫大壩安全開展專項檢查,對違規違建工程進行清理;對不按批複的調度運用計劃要求違規蓄水和非法超蓄的,立即進行整改並追究相關當事人責任;對存在安全隱患的病險水庫,應按照722日發布的《水利部辦公廳關於全力做好水庫安全度汛工作的緊急通知》(水明發【202171號)要求,立即落實控運措施,直至空庫運行。

二是各地要嚴格按照《水庫大壩安全管理條例》《小型水庫防汛“三個責任人”履職手冊(試行)》要求(以下簡稱《履職手冊》),逐庫落實大壩安全責任人,以及防汛行政責任人、技術責任人和巡查責任人,予以公示公告;同時要按照相關法規、技術標準及《小型水庫防汛“三個重點環節”工作指南(試行)》(以下簡稱《工作指南》)要求,逐庫排查、配備必要的水雨情測報設施,編製並審批調度運用方案和安全管理(防汛)應急預案,組織實操演練,常備不懈,保證有效管用。

三是各地水行政主管部門要加強監督檢查和指導,督促所有水庫健全巡視檢查製度和應急管理製度,加強日常巡視檢查和安全監測,做好汛期24小時值守和突發事件監測預警,發現問題及時報告,必要時組織人員轉移。

四是要強化監督檢查,確保水庫大壩注冊登記、定期安全鑒定、除險加固、降等報廢等各項運行管理製度執行到位,地方政府要破除“等、靠、要”思想,對鑒定成三類壩的病險工程或存在嚴重工程質量缺陷的工程,堅決杜絕 “久拖不治”的不作為行為,綜合應用工程措施和非工程措施科學決策,該加固的加固,該控製運用的控製運用,該降等報廢的降等報廢,及時消除安全隱患和風險。

五是各地要切實加強水庫大壩運行管理隊伍能力及管理設施建設,提高公眾對水庫大壩的關注與參與度。加大培訓力度,重要崗位持證上崗,建立能夠勝任水庫大壩日常運行管理能力的管理隊伍;進一步完善防汛交通、通信及安全監測等管理設施,提升信息化管理水平;強化日常巡視檢查製度;提高突發事件應急預案編製質量,並加強培訓和演練;加強水庫大壩風險及防控的宣傳,倡導全社會關注風險,進一步提高地方政府、主管部門和管理人員、公眾的風險意識,引導公眾參與水庫大壩風險管理與防控。

六是相關科研院所應針對全國不同地區的水文、地質、地形、水庫工程、經濟社會發展水平等特點,開展水庫潰壩風險防控關鍵和實用管用技術研發。

1)研究變化環境和強人類活動背景下,全國不同地區尤其是西北地區水庫設計洪水變化規律及適應性對策。

2)汲取“小水庫、大災難”的慘痛教訓,借鑒加拿大等發達國家經驗,研究提出兼顧工程安全、公共安全、生態安全的水庫大壩係統安全理念和基於潛在風險或失事後果的分類方法以及相應標準,建立基於風險的差別化水庫大壩安全管理模式,提高高風險的中小型水庫大壩安全標準和管理標準。

3)開展流域水利工程全生命周期係統風險孕育機理與災害鏈效應、風險等級確立機製與風險設計理論、關鍵單元風險防控機理與方法、係統風險預警與應急處置對策等研究,為流域梯級水庫風險防控提供科學依據。

4)汲取已有潰壩搶險經驗教訓,針對不同類型水庫大壩突發事件特點,研發潰壩險情快速檢測和診斷成套技術和小型化裝備;針對土石壩穿壩建築物,研發接觸滲漏、潰壩堵口和毀損快速搶險與修複技術、材料和裝備;針對超標準洪水,研發快速構建應急泄洪通道的裝備和工藝,大幅提高水庫大壩應急搶險能力和水平。

5)對潰壩曆史資料進行係統統計分析,選擇具有代表性、典型性、警示性的失事案例進行剖析,歸納潰壩的主要特征及主要潰壩模式與潰壩路徑;揭示潰壩及其後果的時空分布規律及主要影響因素;挖掘在荷載、環境、工程自身結構與質量、管理水平等人因協同作用下的潰壩機理,深刻總結與汲取潰壩經驗教訓,分別從政策、製度、管理和技術層麵提出潰壩防範對策。

6)充分利用現代信息高新技術,研發基於空、天、地一體化智慧感知的水庫大壩安全透徹感知與智能監控技術,建立基於多尺度多源集成信息的場景應急建模方法和分級預警模型;構建集實時監測、安全診斷、風險辨識、分級響應於應急管理為一體的水庫大壩風險防控成套技術,切實提高潰壩突發事件 “四預”能力。(徐世元 供稿)

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