土石坝险情特点与应急处置

例：75.8河南省驻马店板桥水库溃坝事件
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1975年8月，由于超强台风莲娜导致的特大暴雨引发淮 河上游大洪水，石漫滩、田岗水库垮坝，澧河决口，老 王坡蓄洪区相继决口。板桥水库漫溢垮坝，同期竹沟中 型水库垮坝，薄山水库漫溢，及58座小型水库在短短数 小时间相继垮坝溃决。河南、安徽省有29个县市、1100 万人受灾，伤亡惨重，1700万亩农田被淹。
风险管理包含了建立风险准则（标准）（ risk criteria）、 风险分析（ risk analysis）、风险评估（ risk assessment）、 风险处理（ risk treatment）等一系列关键技术，其中的核心 是风险评估。
大坝风险分析包括两部分内容，即大坝溃决概率（可能性） 分析和溃坝后果估算。溃坝概率分析包括内因和外因引起的 风险要素识别、破坏模式和破坏路径分析、每条破坏路径的 破坏概率估算等关键环节。溃坝后果一般分为生命损失、经 济损失和社会环境影响。
溃坝生命损失和经济损失分级标准
溃坝生命损失 和溃坝生命损失 和经济损失等级
溃坝生命损失 和溃坝生命损失 和经济损失严重
性
分级标准
生命损失LOL（人） 经济损失LOE（亿元）
I级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级
特别重大 重大 较大 一般
LOL≧30 10≦LOL﹤30 3≦LOL﹤10
LOL﹤3
LOE≧1 0.5≦LOE﹤1 0.1﹤LOE﹤0.5
2.大坝险情分类
一般来说，大坝的“失事”是指大坝出现异常现象的总称， 失事包括“破坏”和“事故”两大类。
➢ “破坏”是指大坝损害严重的失事，这类失事可能影响到公 众与社会的安全，对严重的破坏称重大失事，造成了严重 灾难性后果的失事称为灾难失事，也称溃决失事。
➢ “事故”则是指那些采取了某些措施易于恢复或者补救之类 的不会导致坝体严重破坏的失事。
2.2 管涌
土石坝坝体或地 基土地，在渗流压 力作用下发生变形 破坏的现象，谓之 渗流变形。渗流变 形有管涌和流土两 种形式。
管涌指土层中细 颗粒在渗流作用下， 从粗颗孔隙中被带 走或冲出的现象。
2.3 渗漏
土石坝水库蓄水后，在水压差作用下，水流会沿着坝体、 坝基和坝肩山体中的孔隙渗向下游，形成坝体、坝基或绕坝 的渗漏。土石坝渗漏一般可分为正常渗漏和异常渗漏。正常 渗漏一般渗流量较小，渗水中不含砂土等颗粒，水质清澈， 这种渗漏一般不会对坝体和坝基造成渗透破坏。异常渗漏则 往往会导致大坝的渗透破坏，其渗流量较大，比较集中，水 质浑浊，渗流中夹带泥沙。
土石坝险情特点与应急处置
2019年6月
1 概况 2 大坝险情分类 3 大坝风险评估 4 土石坝险情特点与应急处置 5 安全监测与预警 6 应急预案编制
1.概况
我国是人类筑坝历史最悠久的国家之一，战国时修 建的淮河流域安丰塘水库（古称芍陂），距今已有2600 多年历史，经过历代修缮目前仍在运行并发挥着重要的 灌溉、旅游等效益。
根据《水库大坝风险评估技术导则》，大坝风险可 根据溃坝后果、风险严重程度、风险可接受程度分类。 溃坝后果主要分为生命损失、经济损失、社会与环境 影响。
大坝风险可相应分为生命风险、经济风险、社会与环 境风险。生命风险又分为个体生命风险和群体生命风 险。
（1）大坝工程风险分类
➢ 大坝风险按其严重程度可分为极高风险、高风险、 中风险和低风险，分别对应I级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级 风险。
严重风险 一般风险
Ⅱ级 Ⅲ级
不安全 基本安全
安全系数不满足规范或设计要求或工程 存在明显质量缺陷，安全保障体系不完 善，但导致溃坝可能性较小，可以较快 控制
安全系数满足规范和设计要求但安全裕 度不大；现状运用中末出现过重大的工 程性态异常；安全保障体系较健全；工 程存在一般缺陷，在一定控制运用条件 下可安全运行
1.2水库大坝安全分类
水库大坝根据其工程安全程度又分为一类坝、二类坝和三类坝。 ➢ “一类坝”是指大坝现状防洪能力满足《防洪标准》（GB50201）
和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252）要求，无明 显工程质量缺陷，各项复核计算结果均满足规范要求，安全监测 等管理设施完善，维修养护到位，管理规范，能按设计标准正常 运行的大坝。 ➢ “二类坝”是指水库现状防洪能力不满足《防洪标准》（GB50201） 和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252）要求，但满 足水利部颁布的（以下简称部颁）水利枢纽工程除险加固近期非 常运用洪水标准（水规（198921号）；大坝整体结构安全、渗流 安全、抗震安全满足规范要求，运行性态基本正常，但存在工程 质量缺陷，或安全监测等管理设施不完善，维修养护不到位，管 理不规范，在一定控制运用条件下才能安全运行的大坝。 ➢ “三类坝”是指大坝现状防洪能力不满足部颁水利枢纽工程除险加 固近期非常运用洪水标准（水规（198921号），或者工程存在严 重质量缺陷与安全隐患，不能按设计正常运行的大坝，也称之为 病险水库大坝，必须进行除险加固，否则应控制运用或作降等与 报废处理。
2003年我国对安徽省沙河集水库大坝加固前后的风险进行 了分析评估，这是中国第一次真正意义上的系统进行的水库 大坝风险评估工作，中国在大坝风险评估技术方面开始和世 界接轨。截止目前我国水库大坝风险评估技术尚未成熟，代 表国内大坝风险评估技术取得成果的《水库大坝风险评估技 术导则》目前完成征求意见。
（1）大坝工程风险分类
（5）裂缝
裂缝险情按发生的部位分，主要包括大坝裂缝、大坝铺 盖裂缝、其他建筑物裂缝。
➢ 1）大坝裂缝。大坝裂缝大多发生在水库蓄水初期，坝面 裂缝一般较易于发现，深层裂缝则往往需要通过勘探才 能查明。大坝裂缝主要是由于不均匀沉陷所引起的，影 响不均匀沉陷的主要因素有基础处理不好、分期施工接 合面处理不当、填料不纯、填料的含水量控制不严、坝 体填筑碾压不实、地震和冻融影响等。
（2）大坝工程安全分级
根据水库大坝工程病险严重程度，可将其工程安 全等级分为重大病险、严重病险、一般病险和无病 险四级，分别以I级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级来表示，对 应极不安全、不安全、基本安全、安全。
（2）大坝工程安全分级
大坝工程安全分级标准
病险严重 程度分级 重大风险
工程安全等级
备注
I级 极不安全 安全系数不满足规范或设计要求，或工 程存在严重质量缺陷；曾出现过重大险 情，未彻底处理；安全保障体系缺失， 溃坝可能性较大
1.3土石坝存在的主要问题
➢ （1）防洪标准偏低，即坝顶高程或泄水建筑物泄流能 力不足；
➢ （2）工程质量差，大坝渗（漏）水严重，渗透稳定性 不满足要求；
➢ （3）大坝形体单薄，抗滑稳定与结构强度不满足规范 要求；
➢ （4）输（引）、泄水建筑物存在安全隐患，渗流稳定 与结构强度不满足规范要求；
➢ （5）大坝抗震稳定安全性不满足规范要求； ➢ （6）泄输水建筑物的闸门和启闭设备存在安全隐患； ➢ （7）生物破坏； ➢ （8）其他问题。
按险情发生的部位分，渗漏险情（异常渗漏）类型包括 坝体渗漏、坝基渗漏、坝头绕渗、其他建筑物渗漏等。
例：甘肃省永登翻山岭水库
2.4 滑坡
土石坝在施工中或竣工后，由于多种原因，坝体或坝基 的一部分，会失去平衡，发生滑坡。滑坡主要包括大坝滑 坡、大坝塌坑、岸坡滑塌。
➢ （1）大坝滑坡。影响大坝滑坡的因素很多，如坝体砂石料 级配不好，坝坡过陡，碾压不实，基础淤泥未清理或清理不 彻底，土石坝新老土层结合不好，库水位变化过快，土的冻 融影响以及地震影响等。
近几年，我国借鉴国外经验，开始致力于大坝安全风 险管理理念和技术的探索。由于起步晚较晚，有关风险 分析、溃坝损失评价、风险标准等各个方面的研究还处 于起步阶段，特别是对一些关键技术的研究很少涉及， 尚未形成一套完整的大坝风险评价体系。
3.1大坝风险评价方法
传统的大坝安全管理是以工程安全为目标，按工程是否存 在安全隐患来决定是否需要对工程进行除险。而大坝风险管 理以降低大坝风险为目标，按风险是否可以接受来决定是否 需要对大坝进行除险。大坝风险是以其存在的安全隐患可能 对下游经济发展、公众生命财产造成的损失来衡量的。按照 国际大坝委员会（ ICOLD）及澳大利亚大坝委员会 （ ANCOLD）的定义，风险是指对生命、健康、财产和环境 负面影响的可能性和严重性的度量，是溃坝可能性和产生后 果的乘积。
对识别岀来的大坝风险要素，可通过破坏模式分析确定溃 坝模式和溃坝路径。破坏模式是指在大坝风险要素作用下， 导致水库大坝最终破坏的路径。破坏模式分析常用的方法有 FMEA法和 FMECA法。核心内容是对大坝风险情况进行评价， 分析所有破坏模式及其后果的分析方法。
3.2大坝风险分级
2000年，国际大坝委员会在北京举办的第20届国际大坝会 议上专门设置了大坝风险分析专题。2000年第20届国际大坝 会议以后，大坝风险评估技术得到了水利部的重视，并积极 支持相关技术的引进和研究工作。
根据2017年中国水利统计年鉴，截止到2016年底， 我国共建有水库98460座，总库容8967亿m2，其中大型 水库720座、中型水库3890座，小型水库93850座。按坝 高统计，我国已建成百米以上大坝216座，其中200300m级的超高坝16座。当前，世界上主要大型水利水电 工程建设项目都在中国，中国大坝设计与建设水平已处 于世界领先水平。
➢ （2）大坝塌坑。大坝塌坑是指由于反滤料级配不好，松散 砂料落入大卵石层，引起大面积塌坑。也有不少工程的塌坑 与大坝管涌相联系，有的工程由于坝内埋管受压断裂或接触 面漏水流出土粒，逐渐扩大，引起坝体塌坑。
➢ （3）岸坡滑塌。岸坡滑塌包括坝前库区岸坡、溢洪道和放 水洞进出口的岸坡的滑塌。岸坡滑塌往往导致水流出路的堵 塞。岸坡滑塌的原因有不合理开挖引起岸坡失稳，滑坡岩土 体的浸水导致抗剪强度降低，爆破影响等。
➢ 大坝风险按其可接受程度又可分为不可接受风险、 可容忍风险和可接受风险三类。 ①于容许线之上的风险为不可接受风险。当风险处
于容许线之上10%以上时，为I级风险；当风险处于容 许线之上10%以内时，为Ⅱ级风险。
②位于目标线之下的风险为可接受风险，属于Ⅳ级 风险
③位于容许线和目标线之间的风险为可容忍风险， 属于Ⅲ级风险。
大坝出现险情后，如不及时加以处置，必然会造成大坝 失事，但是是否会导致大坝溃决，取决于险情的类型及发展 情况，有的险情引起的大坝失事可以进行修复，有的对大坝 造成了不可恢复的严重破坏，而有的险情会引起大坝溃决。
2.1 漫顶
实际洪水位超过现有坝顶高程，或风浪翻过坝顶， 洪水漫坝进入坝后即为漫顶。
对于土石坝漫顶险情的处置，可分为两个阶段，在 洪水到达坝顶之前，是处置险情的最佳时段，也是处 置险情相对安全的时段，当洪水漫顶之后，溃口形成 之前，仍可进行抢险，但此时的风险及难度将大大增 加。
1.1土石坝分类
➢ 按其组成坝体材料的比例不同可分为土坝、堆石坝、土石 混合坝。
➢ 按坝高可分为低坝、中坝和高坝。
➢ 按其施工方法可分为：碾压式土石坝、冲填式土石坝、水 中填土坝和定向爆破坝等。
➢ 按照防渗体在坝身内的位置，可分为均质坝、多种土质坝、 心墙坝、斜墙坝。
➢ 按照防渗体所用的材料种类，可分为土料防渗体分区坝、 人工材料防渗体坝。
无病险 Ⅳ级
安全
安全安全系数满足规范和设计要求，安 全裕度较大；现状运用中未出现过工程 性态异常
（3）溃坝后果分级
根据《生产安全事故报告和调查处理条例》 （2007年国务院令第493号），安全生产事故分为 四级。水库运行也是生产经营行为，因此溃坝生命 损失和经济损失分级标准可直接引用上述条例规定。
➢ 2）大坝铺盖裂缝。大坝铺盖裂缝多数发生在水库初蓄阶 段，主要原因是铺盖厚度不够、填筑质量差、防渗性能 差或封闭不良等。
➢ 3）其他建筑物裂缝。其他建筑物裂缝包括溢洪道、输水 洞及厂房建筑等附属工程的底板、洞壁、顶梁、金属构 件等所产生的裂缝。
例：青海省，我国水库大坝安全管理的重点是关注水工 结构的自身安全，大坝安全评价往往偏重于工程结构安 全系数的复核，大坝安全保障体系的中心是“工程安全”， 忽略了非工程措施在降低大坝风险中所发挥的作用。