小型水庫應(yīng)對超標(biāo)洪水技術(shù)探討

許國鋒，朱均超

(水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100053)

1 基本情況

我國小型水庫共有9.4萬多座，約占水庫總數(shù)95%，其中77%修建于20世紀(jì)50—70年代，至今多數(shù)已運(yùn)行50～70多年，為我國農(nóng)業(yè)、農(nóng)村發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。小型水庫中有約75%由鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村組織管理，基層力量薄弱，管護(hù)人員業(yè)務(wù)能力較低，管護(hù)經(jīng)費(fèi)不足，維修養(yǎng)護(hù)不到位，水庫本身受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量不高，隨著水庫壩齡延長，設(shè)施設(shè)備老化嚴(yán)重，大部分水庫步入“老齡化”，呈現(xiàn)出“體弱多病”狀態(tài)，小型水庫安全隱患十分突出。

每年發(fā)展改革委、財(cái)政部安排資金對小型病險(xiǎn)水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固，切實(shí)保障了水庫安全，有效發(fā)揮了水庫防洪、供水、灌溉等綜合效益。但近幾年來局地氣候異常，極端天氣增加，單點(diǎn)暴雨集中，超標(biāo)洪水頻發(fā)，我國洪澇災(zāi)害空間格局發(fā)生了變化，從大江大河干流及其主要支流發(fā)生流域性洪水為主，轉(zhuǎn)變成中小河流洪水、山洪、城市內(nèi)澇災(zāi)害為主。小型水庫大都建設(shè)在中小河流上，分布廣泛、防洪標(biāo)準(zhǔn)相對較低，預(yù)警預(yù)報(bào)難度大，漫壩、潰壩事件經(jīng)常發(fā)生，造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失和惡劣的社會影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1954—2018年水庫潰壩3541座，近20年(2000—2018年)共潰壩84座，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，小型水庫漫壩、潰壩造成的后果和社會影響越來越嚴(yán)重。小型水庫如何有效應(yīng)對極端天氣、超標(biāo)洪水造成漫壩、潰壩的技術(shù)措施成為重要迫切的課題。

2 漫壩、潰壩原因分析

近年，在我國發(fā)生的多次小型水庫漫壩、潰壩事故，反映出當(dāng)前小型水庫還是我國防洪體系中的薄弱環(huán)節(jié)和安全隱患，水庫管理人員在應(yīng)對突發(fā)事件時(shí)的能力還相對薄弱。小型水庫一般位于中小河流上，承雨面積小、匯流時(shí)間段、超標(biāo)洪水形成快，只有早發(fā)現(xiàn)、早處理，才能避免漫壩、潰壩事故發(fā)生。

分析近幾年小型水庫漫壩、潰壩，主要有以下2點(diǎn)原因。

2.1 工程方面

(1)溢洪道泄洪能力不足。部分小型水庫無泄洪設(shè)施，洪水無法宣泄；部分小型水庫溢洪道寬度不足、堰頂高程偏高、溢洪道存在阻水障礙物等，導(dǎo)致遭遇超標(biāo)洪水時(shí)下泄不及時(shí)，造成漫壩、潰壩。

(2)壩體填筑質(zhì)量差，筑壩材料不滿足要求。小型水庫主要建于20世紀(jì)50—70年代，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、施工工藝落后、筑壩材料要求低，導(dǎo)致壩體填筑質(zhì)量不高，抗沖刷能力較差，高水位長期浸泡導(dǎo)致局部散浸、塌陷，或施工碾壓不到位形成軟弱夾層，成為滲漏水通道，從而導(dǎo)致垮塌、潰壩。

(3)設(shè)施設(shè)備不完善，缺乏安全監(jiān)測、雨水情監(jiān)測設(shè)備。小型水庫多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村組織管理，運(yùn)行經(jīng)費(fèi)不足，部分達(dá)到或接近設(shè)計(jì)合理使用年限，監(jiān)測設(shè)施設(shè)備老化、故障，長期得不到維修更新，導(dǎo)致無法起到監(jiān)測作用，不能對大壩進(jìn)行體檢或安全預(yù)警。

(4)水庫無放空設(shè)施。目前小型水庫放水設(shè)施只有溢洪道和灌溉輸水洞，溢洪道溢流堰頂高程較高，輸水洞放水流量較小，一旦遇到突發(fā)情況，無法快速將水量放空，給大壩帶來險(xiǎn)情。

(5)上游水庫垮壩，引起洪水疊加漫頂。雨水情監(jiān)測設(shè)施能夠?qū)λ畮焐嫌蝸硭窟M(jìn)行中短期預(yù)測，但潰壩洪水歷史短、流量大、速度快，是監(jiān)測設(shè)施無法預(yù)測的。近幾年，上游潰壩洪水疊加區(qū)間洪水，逐漸成為下游水庫漫壩、潰壩的主要因素。

2.2 管理方面

(1)巡查檢查流于形式，不能發(fā)現(xiàn)問題。小型水庫巡查人員多為附近村民，業(yè)務(wù)水平較低，風(fēng)險(xiǎn)意識不高，對日常巡查檢查重視不夠，不能發(fā)現(xiàn)安全隱患問題。

(2)運(yùn)行管護(hù)能力不足，維修養(yǎng)護(hù)不及時(shí)。小型水庫大多處于偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便，經(jīng)費(fèi)不足，不能及時(shí)進(jìn)行日常運(yùn)行管護(hù)，發(fā)現(xiàn)的隱患問題得不到維修處理，水庫長期“帶病運(yùn)行”，埋下安全隱患。

(3)搶險(xiǎn)物資不足，放置位置不便于取用，搶險(xiǎn)不及時(shí)。小型水庫防汛搶險(xiǎn)物資儲備不足，或長期不更新、補(bǔ)充，導(dǎo)致部分物資過期無法使用；有的小型水庫物資放置在大壩下游，一旦出險(xiǎn)緊急情況無法取用，貽誤搶險(xiǎn)戰(zhàn)機(jī)，造成無法挽回的損失。

(4)超標(biāo)洪水防御預(yù)案可操作性差，未進(jìn)行培訓(xùn)和演練。對部分小型水庫潰壩、漫壩的事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，超標(biāo)洪水防御預(yù)案部分內(nèi)容如泄洪方式、搶險(xiǎn)方式、特征水位、物資儲備等與實(shí)際不符，且未嚴(yán)格進(jìn)行培訓(xùn)和演練，預(yù)案可操作性差，不能在遭遇超標(biāo)洪水時(shí)發(fā)揮作用，成為“擺設(shè)”“花瓶”。

3 應(yīng)對超標(biāo)洪水技術(shù)措施

超標(biāo)洪水是指超過現(xiàn)狀防洪工程體系(包括水庫、堤防、蓄滯洪區(qū)等在內(nèi))設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的洪水。一般而言，水庫、蓄滯洪區(qū)等工程按照規(guī)則正常調(diào)度運(yùn)用后，某控制節(jié)點(diǎn)仍然超過保證水位的，可視為該節(jié)點(diǎn)的超標(biāo)洪水[1]。

從小型水庫經(jīng)濟(jì)合理和現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，防洪保證率只能達(dá)到一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而近幾年局地極端天氣異常現(xiàn)象增加、暴雨集中，導(dǎo)致超標(biāo)洪水頻發(fā)，幾乎每年汛期都可能發(fā)生超標(biāo)洪水。小型水庫一般位于偏遠(yuǎn)山區(qū)支流上，交通不便，絕大多數(shù)水庫上游承雨范圍內(nèi)未設(shè)置雨水情測站，無法預(yù)報(bào)中短期降雨量、來水情況。這就要求對于小型水庫預(yù)防超標(biāo)洪水要提前謀劃、未雨綢繆，避免遭遇超標(biāo)洪水時(shí)，發(fā)生漫壩、潰壩事故，造成生命財(cái)產(chǎn)損失。本文從事前預(yù)防、事中應(yīng)對、事后處置3個(gè)方面總結(jié)了一些應(yīng)對超標(biāo)洪水技術(shù)措施。

3.1 事前預(yù)防措施

(1)降低水庫水位

對于有防洪功能的小型水庫，要在汛前雨季來臨之際，通過溢洪道或輸水洞將庫水位降至汛限水位以下，騰出庫容，迎接洪水入庫；對鑒定為病險(xiǎn)水庫的，應(yīng)在汛前放空水庫，汛期要空庫運(yùn)行，防止洪水入庫，水位過高，出現(xiàn)漫壩或潰壩事故。

(2)汛前隱患排查

巡查人員要在入汛前對小型水庫進(jìn)行全面隱患排查，要對上下游壩坡、輸水洞、溢洪道、交通橋、雨水情監(jiān)測設(shè)施、安全監(jiān)測設(shè)施要進(jìn)行全方位體檢，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量、安全隱患問題要及時(shí)進(jìn)行處理，不能讓這些設(shè)施設(shè)備“帶病”進(jìn)入汛期，否則，一旦遭遇超標(biāo)洪水，庫水位快速上漲，任何一個(gè)小小的隱患都將演變成為大事故。

(3)加強(qiáng)預(yù)測預(yù)報(bào)

庫區(qū)內(nèi)無雨水情監(jiān)測設(shè)施的，要盡早完善雨水情監(jiān)測設(shè)施的安裝，加強(qiáng)庫區(qū)內(nèi)來水預(yù)報(bào)，并與氣象部門加強(qiáng)聯(lián)系，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)，精準(zhǔn)預(yù)測中短期來水情況，便于提前對水庫進(jìn)行調(diào)度，對下游提出預(yù)警。

(4)儲備防汛物資

防汛物資是小型水庫防汛搶險(xiǎn)的關(guān)鍵物品，防汛物資的種類、數(shù)量要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行儲備，存放位置、環(huán)境要滿足汛期搶險(xiǎn)方便取用，嚴(yán)禁放置于大壩下游或可能被洪水淹沒的區(qū)域，否則一旦發(fā)生險(xiǎn)情，無法及時(shí)、快捷取用。

(5)硬化下游坡面和坡腳

小型水庫多為土石壩，大壩下游坡面除排水棱體外，絕大多數(shù)為草皮護(hù)坡，洪水一旦漫壩，下游壩坡最先遭到?jīng)_刷破壞失穩(wěn)，進(jìn)而引起潰壩事故，因此可考慮對下游壩坡進(jìn)行硬化防護(hù)，可采用干砌石、漿砌石、襯砌塊等方式，硬化后的下游壩坡能抵擋短時(shí)的漫壩洪水沖刷，可增加大壩的穩(wěn)定性。

3.2 事中應(yīng)對措施

(1)擴(kuò)挖溢洪道

小型水庫遇到超標(biāo)洪水庫水位快速上漲，現(xiàn)有泄洪設(shè)施無法滿足泄洪要求時(shí)，可以采取擴(kuò)挖溢洪道方式加大洪水泄量。收到暴雨預(yù)警預(yù)報(bào)時(shí)，可提前讓挖掘設(shè)備在溢洪道附近待命，一旦庫水位上漲過快，超過校核洪水位并繼續(xù)上漲情況下，要迅速組織力量對現(xiàn)有泄洪通道進(jìn)行擴(kuò)挖，從深度、寬度上增加現(xiàn)有溢洪道泄流能力，達(dá)到快速宣泄洪水、降低庫水位目的，確保大壩安全。這種方式一般針對溢洪道坐落在土基上且距大壩有一定安全距離的小型水庫。

(2)增挖泄洪通道

當(dāng)小型水庫未設(shè)置溢洪道或溢洪道坐落在基巖上，水庫遭遇超標(biāo)洪水，庫水位快速上漲時(shí)無法對現(xiàn)有溢洪道進(jìn)行擴(kuò)挖，可提前選取庫區(qū)距大壩一定距離的低洼山谷溝壑土質(zhì)山體作為預(yù)泄通道，將挖掘設(shè)備停于附近待命，一旦遇到超標(biāo)洪水，庫水位快速上漲，水庫泄洪設(shè)備不能滿足泄洪要求時(shí)，可在選定山體開挖，新增一條泄洪通道，增大水庫泄洪量。如：2020年7月，湖北白洋河水庫遭遇持續(xù)大暴雨，原有溢洪道無法滿足泄洪要求，在原有溢洪道旁邊增挖泄洪通道輔助泄洪，保證了大壩安全[1]。

(3)鑿開局部壩段

當(dāng)小型水庫不具備擴(kuò)挖溢洪道或增挖泄洪通道條件時(shí)，還可以鑿開局部壩段，形成缺口過流，可有效降低庫水位，確保大壩整體安全。如：2021年7月，河南郭家咀水庫就采取壩段局部開挖形成缺口泄洪，有效地降低了庫水位，保證了大壩的安全；2009年8月，浙江四嶺水庫也采取大壩局部爆破形成缺口泄洪，確保了大壩安全。這種方式需要精準(zhǔn)的爆破能力和較高的施工水平，一旦控制不到位容易引起壩段連續(xù)垮塌，故這種技術(shù)措施的前期工作要準(zhǔn)備充分、計(jì)算精準(zhǔn)。

(4)壩頂鋪設(shè)倒虹吸泄洪管道

增加小水型水庫泄洪的非破壞方式還有在壩頂鋪設(shè)倒虹吸管，利用虹吸原理，讓庫內(nèi)洪水越過壩頂宣泄。對于無有效泄洪且預(yù)報(bào)有持續(xù)大暴雨的小型水庫，可提前將倒虹吸管道鋪設(shè)在大壩上，待庫水位上漲過快時(shí)，可采取倒虹吸管加大泄洪、降低庫水位。如：2019年6月，湖南姚家界水庫采用倒虹吸管泄流，有效降低了庫水位，助力水庫安安全度汛。

(5)壩頂壘砌子堤。

當(dāng)預(yù)測水庫水位上漲過快時(shí)，可提前采用沙袋或土袋在壩頂壘砌子堤臨時(shí)加高壩頂，防止洪水漫壩。壘砌位置臨近迎水面，上下層袋縫錯(cuò)開，壘砌的子堤可有效擋水，這種方法施工簡單、速度快、效果好，是水庫大壩、堤防汛期搶險(xiǎn)最常用的一種方法。

(6)壩后鋪設(shè)彩條布

超標(biāo)洪水一般持續(xù)時(shí)間不會太長，洪峰漫壩時(shí)間大概在1～2h，如果在這個(gè)時(shí)間內(nèi)能夠保證下游壩坡和壩腳不被沖刷破壞，可基本確保大壩安全。因此，可采取下游壩坡、壩腳臨時(shí)防護(hù)措施，即鋪設(shè)彩條布對下游壩坡和壩腳進(jìn)行防護(hù)，防止漫壩洪水的直接沖刷，保證大壩的安全。如：2021年7月，湖北襄陽5座小型水庫均不同程度出現(xiàn)洪水漫壩險(xiǎn)情，溢流部位采用彩條布對下游壩坡和壩腳進(jìn)行了防護(hù)，最終無一座水庫發(fā)生險(xiǎn)情。

3.3 事后處置措施

(1)全面排查水毀隱患

小型水庫每次抵御暴雨洪水后，應(yīng)安排對水庫大壩全方位進(jìn)行安全隱患排查，查找被洪水沖毀、浸泡而破壞的部位，及時(shí)登記、上報(bào)、維修，消除水毀隱患，確保大壩能夠持續(xù)防洪。

(2)及時(shí)修復(fù)防汛道路

防汛道路是防汛搶險(xiǎn)工作的基本保障，一旦不能通行，就無法進(jìn)行有效搶險(xiǎn)，不能采取有效措施預(yù)防水庫漫壩、潰壩，所以暴雨洪水過后，要沿防汛道路逐段檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)組織進(jìn)行修復(fù)，保證防汛物資、人員能夠順利通過防汛道路進(jìn)行搶險(xiǎn)、轉(zhuǎn)移。

(3)盡快補(bǔ)足防汛物資

防汛物資取用后，要及時(shí)進(jìn)行盤點(diǎn)，用掉的物資及時(shí)補(bǔ)充、更新，保證防汛物資始終處于充足狀態(tài)，對未使用的物資進(jìn)行檢查，確保處于正常狀態(tài)，能夠隨時(shí)進(jìn)行調(diào)用。

(4)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)完善預(yù)案

對于水庫每一次抵御暴雨洪水的過程，都要認(rèn)真分析不足、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)對預(yù)案進(jìn)行修改、完善，使之更具備更強(qiáng)的操作性、針對性，再進(jìn)行培訓(xùn)、演練，讓預(yù)案能夠真正指導(dǎo)防洪搶險(xiǎn)。

4 結(jié)語

本文深入分析了小型水庫發(fā)生漫壩、潰壩的工程和管理原因，全面梳理、總結(jié)了小型水庫遭遇超標(biāo)洪水、發(fā)生漫壩和潰壩的事前預(yù)防、事中應(yīng)對、事后處置技術(shù)措施，完善了小型水庫防洪工程體系，對小型水庫安全度汛、應(yīng)急調(diào)度具有重要的參考價(jià)值和借鑒意義。