低水頭壩引發的安全問題

［美國］S.普里查德

2011年1月18日，丹維尓市議會對拆除弗吉尼亞州丹河上的布蘭特利水壩進行了表決，一致通過了拆除這座具有60a歷史的低水頭壩的決議。這座水壩最初是為布蘭特利熱電廠提供水源而修建，壩高1 m，長153 m，目前已廢棄。

在拆除水壩的議程中，環境問題并不是考慮的主要因素，而是2010年4月一個5歲男孩的溺水身亡。這一事件引發了對低水頭壩安全措施的反思。在過去的45 a中，布蘭特利水壩曾發生過4起溺水身亡事件。這些事件并不是孤立的，在美國其他低水頭壩中，類似事件還發生過多起，甚至有些人將低水頭壩貼上了“溺亡機器”的標簽。

1 潛在危險

許多專家提醒，低水頭壩麻痹了游客，使人們對其安全性產生錯誤認識。由于規模小，其潛在的危險性并不顯現，特別是當你乘座小船或獨木舟從上游來看，這種感覺特別真切。夏天，水從壩頂緩緩流過，這里是供人們消遣娛樂的好場所。然而低水頭壩具有欺騙性。大壩本身并沒有危險，引起問題的是其所產生的尾水水力學。

有份報告指出:當超臨界水流(高速水流)流過低水頭壩下游陡坡，并進入尾水渠的亞臨界水流(低流速)狀態時，在低水頭壩下會產生水躍(水沸)。水躍通常看起來象是躍起的巨浪或是“滾筒”，是能量釋放的表現形式。然后，水流向上游反流向水壩，以漩渦流的形式吸入空氣、漂浮物甚至人。這些水躍的形狀、大小和位置是變化的，取決于上游水流條件。

低水頭壩在河水徑流量大時更危險，并且對于受害者來說，那里還存在著其他潛在的危險，包括:

(1)壩坡通常是陡立的混凝土結構，這使受害者很難從這里爬上來。

(2)液壓吸入的樹枝及其他漂浮物對受害者是另一種危險。

(3)水溫低會減少落水者的幸存時間。

(4)混合在水中的氣泡使水的浮力減少了1/3，即使受害者有漂浮設備，也很難一直漂浮在水面上。

根據上述因素，結合水流條件，便可確定一個所謂的完全“溺亡機器”區域。

美國激流協會在報告中指出，低水頭壩導致的溺水身亡人數占流水中溺水身亡總人數的10%。幾乎所有的受害人都是經驗不足的涉水者，有些人不知道水壩在哪兒，有些人知道水壩在哪兒卻還是我行我素。

在美國，低水頭壩已經導致了許多死亡事件的發生。許多低水頭壩的設計方案使其形成的水流會牢牢地抓住涉水者和小船，使他們根本無法逃脫。來河水中游玩的人，不管是有意還是偶然來到這樣的水壩，常常會被水流吞噬而溺死在水中。受害者不是不知道大壩的存在或具體位置，就是沒有意識到大壩下存在的潛在危險。

1974年以來，明尼蘇達州的低水頭壩已經導致25人死亡，另有22人受傷或被救。這些受害者有的是乘船人，有的是獨木舟撐船者，還有的是游泳者或漁民。明尼蘇達國家自然資源管理部門的船舶和水域安全專家曾解釋說，乘船人和獨木舟撐船者之所以陷入困境，是因為在他們開始旅行之前沒有足夠地了解關于該河段的有關信息。從水壩下游進入水中游泳和在水中戲水的人特別容易受傷，他們完全不了解水壩真正的危險性在哪兒，尤其是小型的低水頭壩，因為危險與水流的動力特性有關。

2 安全防范

清醒地認識到低水頭壩的潛在危險性似乎是避免悲劇發生的關鍵，美國激流協會對涉水者的忠告非常明確:在壩上游上岸，從陸路繞過水壩，到壩下游安全的水域再下水。這是那些涉水者必須學習的首要內容之一，而且一定要認真對待。那些沒有經驗的涉水者以及沒有接受過培訓和輔導的人對這一點完全不知道或不理解，而那些不知情的涉水者更危險。

那么，對于那些無視警告的游人，應當在河邊和水壩上游適當地設置警示標志非常必要，警告他們水壩的具體位置及其危險性。標志明顯、維護良好的繞行便道也是必要的。

1999年，賓夕法尼亞環境保護部通過一項立法，要求低水頭壩主們必須設立警示標志和航標。如果壩主們不安裝或保持這些警示標志，將罰款250～5000美元。與此同時，未經授權擅自進入水壩禁區的人也將被罰款。在美國馬里蘭州，弗吉尼亞州和俄亥俄等州都有類似的法規。

確保對這些警示標志和警示公告有效地進行維護同樣重要。為此要做到下面幾點:

(1)經常性地檢查這些警示標志是否完好無損地存在。

(2)采取預防措施減少破壞警示標志的行為發生。

(3)及時修理或更換被損壞的警示標志和航標(應有備用的警示標志和航標)。

(4)檢查標志的反射性。

(5)建立報告制度，方便員工或游客報告需要修復的警示標志。

然而，這種方法并不是那么簡單，實際上，要安置和維護這些警示標志和航標是不容易的，這些警示標志和航標非常昂貴，需要成千上萬美元。為了醒目，這些警示標志必須安置在岸邊，這就意味著它們有被洪水沖走的可能。

不幸的是，許多事故發生在高水位期或者是警示標志和航標被沖走之后不久。為防止警示標志被洪水沖走，可以將警示標志安裝在上游橋上，安裝在這里的警示標志很少被沖走。

在明尼蘇達州，發現圖片警示標志比純語言性的警示標志更容易被游客接受，在這些圖片警示標志，采用圖示的方式真實地展示了水壩漩渦流產生的原理。將這些圖片警示標志安裝在水壩上下游，游人無論是從水壩的上游還是下游向岸上望去，都能明顯地看見這些醒目的圖片警示標志。自從安裝這些圖片警示標志后，溺水死亡事件明顯地減少了。

明尼蘇達州的經驗表明，在水壩上游設置航標有助于減少過往船只和獨木舟被水流卷入漩渦中。在過去的5 a中，那里的低水頭壩沒有發生過致命的溺水事件。

類似事件也發生在加拿大艾伯塔省的弓河壩。該壩1975年建成后，在接下來的7 a中有8人溺水身亡。大壩管理者采取了許多措施，包括采用不同種類的圖片警示標志設置多層次的預警系統。為了縮短繞壩線路，設置了兩條航標線，同時也消除了游人將船劃向壩前的沖動。1982年，該地區成立了水壩安全委員會。

弓河壩的做法給其他地方的水壩主和管理者樹立了一個典范。一個理想的安全措施應該和常識性的規則、強制性措施以及廣泛的社團培訓計劃相銜接。主要包括如下幾個方面:

(1)所有的乘船人都必須穿戴救生衣或救生圈。遺憾的是，只要求有救生設施是不夠的，還必須有一個強制措施，確保廣大民眾能遵從。

(2)詳細講解在水上酗酒和吸食毒品的危險性。

(3)通告水溫高或低的極端情況。一個簡單的方法就是用不同顏色的旗子來表示不同的風險程度，美國許多海灘都成功地采用了這樣的方法。

(4)安全警告應包括:腳易下陷的區域和在激流區中選擇正確的游泳位置。另外，當決定下水時，通過水聲來判斷是很重要的，還需要穿著合適的服裝。

最后，應把對民眾的教育作為重要策略。通過媒體對民眾公布所有的信息，并到學校去傳授河流安全訊息。

3 設立大壩風險警示標志

大壩主們可以通過地方報紙發布安全信息，與地方水上救援隊開展救生訓練，進行宣傳教育活動等，還可以在當地的漁具商店和游船碼頭發放安全手冊。他還指出，僅有宣傳教育和警示標志是不夠的，由于低水頭壩周邊存在著危險，大壩管理者還必須具有水壩公共安全意識，持續不斷地提醒人們有關低水頭壩的危險性。

即使安全措施非常完備，但仍然避免不了悲劇的發生。至今，加拿大弓河壩已有14人溺水身亡。只要低水頭壩存在，無論警示標志和航標設置的多么好，也是潛在的致命危險源。與已停止運行的弗吉尼亞布蘭特利壩不同的是，弓河壩是西部引水工程中的一部分，1975年建成以來，就起著向西部灌區供水的至關重要的作用。在這里，像布蘭特利壩那樣拆除水壩的做法是不予以考慮的。

4 降低風險的措施

水壩可以不具危險性，對水壩的消能和防護進行專門設計可以改善壩后水流。工程師們還可以創建新的壩型來消除水壩一些不利的特性，現存的大壩也有改良的余地。

遺憾的是，多年來弓河壩已經發生了嚴重的溺水事件，奪去了幾個人的生命。而現在為了降低水壩的危險性，該公司正籌劃一項工程計劃，該工程于2008年開工，計劃2011年10月竣工，工程預算為1640萬加元，工程項目正在按預定計劃和預算實施。

該工程主要目的是使非機動船能順利通行，在保持供水功能的同時拓寬魚道，主要包括修建一條低水頭渠道供船只通行，修建一條高水頭渠道供有經驗的船只通行。中隔島將兩條渠道分開，在每條渠道內設置一系列卵石結構的跌水和聚水池，二者相結合產生需要的水流條件。水壩的改造工程將包括在水壩的特定位置開鑿供小船和魚類通行的水槽，增加混凝土充填物，改變S型剖面形狀來提供需要的水流條件。目前，水壩上下游水位差1.5 m。而當混凝土充填物建成后，水位差將減少到300mm以下。

因此，一個好的設計方案能夠顯著減少低水頭壩對公眾產生的危險。

低水頭壩的水力特性可能對游客存在著潛在危險。在某些情況下，改建工程或拆除大壩都可以作為預防溺水死亡事件發生的解決途徑。盡管如此，有效的公共信息系統有必要保持下去，以確保有效的安全設施得到維護。然而，這些并不是萬無一失的。

劃船和水上娛樂的人需要了解大壩的危險性，應按照警示標志和航標的提示遠離危險區域。在過去的23 a里，明尼蘇達州在壩區溺水死亡的人數已經減少了許多。

水壩擁有者和公眾對壩區溺水事件都負有責任。如果每一個人都將安全放在首位，娛樂活動只不過是水壩能繼續提供的各種功能之一。