2021年7月18曰内蒙古呼伦贝尔市莫力达瓦旗永安、新发两座水库遭遇超标准暴雨洪水漫项溃坝,所幸提前转移下游风险人口,无人员伤员。当前,极端异常天气事件多发,水库安全度汛形势严竣,作者利用收集到的有限资料,对这两起溃坝事件经验教训进行了初步总结,并针对性地提出对策建议,以供当前的水库安全度汛工作借鉴。
一、永安、新发两座水库溃坝情况
(一)水库基本情况
(1)永安水库
位于呼伦贝尔市莫力达瓦旗西瓦尔图河中游的西瓦尔图镇永安村,控制流域面积203平方公里,总库容800万立米,是一座以防洪、灌溉为主,兼有养殖等综合利用的小(1)型水库,1976年开始兴建,经1984年和1994年的两次续建,1995年基本建成。当年建设标准低、溢洪道泄洪能力不足,2006年~2007年进行了除险加固,除险加固后的水库设计洪水标准为50年一遇,设计洪水位251.06米;校核洪水标准为500年一遇,校核洪水位252.16米。水库正常蓄水位、汛限水位249.50米,死水位242.70米。水库防洪保护下游1个镇、5个村屯、1.8万亩农田,灌溉面积0.8万亩。
水库枢纽由大坝、溢洪道和输水洞组成。大坝为混合土质坝,坝长360.5米、最大坝高14.50米,坝顶设防浪墙,坝基防渗为混凝土防渗墙。溢洪道位于左坝端,为开敞式,堰顶高程249.50米,最大泄量295立方米每秒。输水洞为坝下钢筋混凝土方涵,洞身尺寸1.0×1.4米,最大泄量5立方米每秒。
(2)新发水库
位于呼伦贝尔市莫力达瓦旗坤密尔堤河下游西瓦尔图镇新发村,西瓦尔图河在新发水库上游汇入坤密尔堤河。新发水库大坝位于永安水库大坝下游13公里,控制流域面积698平方公里,总库容3808万立方米,是一座以防洪、灌溉为主,兼有养殖等综合利用的中型水库,1958年开工兴建,1959年投入运行,后经历1977年和1996年两次续建,1999年9月完工。2011年进行除险加固,由于大坝挡水高度小于10米,除险加固后的水库设计洪水标准为50年一遇,设计洪水位223.98米;校核洪水标准为300年一遇,校核洪水位225.45米。水库正常蓄水位221.10米,正常蓄水位以下库容951万立方米;汛限水位221.00米,调洪库容2857万立方米;死水位219.50米,死库容425万立方米。
水库枢纽由大坝、溢洪道、输水洞组成。大坝为均质土坝,坝长335米、最大坝高10.6米,坝顶宽5.5m,坝顶设防浪墙。溢洪道位于右坝端,为开敞式,堰顶高程221.10m ,最大下泄流量470立方米每秒。输水洞位于大坝左侧,洞身尺寸为1.0×1.7米,最大泄量6立方米每秒。
(二)溃坝经过和应急处置情况
(1)降雨情况
自进入汛期以来,西瓦尔图河、坤密尔堤河流域连续发生了多场暴雨,进入7月后,7月2日、7月4日、7月14日流域内连续出现了三次强降水,总降水量超过60mm。水库上游西瓦尔图农场气象站17日20时~18日20时,24小时累计降雨量251.8毫米;18日01时~18日13时,12小时累计降雨量232.1毫米。西瓦尔图镇东向阳气象站17日20时~18日20时,24小时累计降雨量170.7毫米;18日00时~18日12时,12小时累计降雨量159.0毫米。
(2)库水位上涨及溃坝经过
入汛以来,永安水库、新发水库输水洞闸门一直敞开泄流以降低库水位。
永安水库:7月18日6时30分,库水位上涨到高程250.00米,超过溢洪道堰顶高程0.5米;7时00分,水位达到251.00米(设计洪水位251.06米);9时00分,水位达到校核洪水位252.16米;9时30分,水位达到坝顶高程252.2米;10时20分,水位达到252.6米,超过超坝顶高程0.4米;10时50分,水位达到253.4米,超过防浪墙顶高程0.1米(防浪墙顶高程253.3米),全坝线溢流;12时00分,水位达到253.5米,超过防浪墙顶0.2米,超过校核洪水位1.34米;12时30分,溢洪道与坝体接壤段防浪墙倾倒;13时07分,大坝溃口初步形成;13时20分,部分坝体溃决;14时50分,溃口达到稳定状态。
新发水库:7月18日8时00分,库水位上涨到221.60米,超过溢洪道堰顶高程0.5米;10时20分,水位达到设计洪水位223.98米;11时30分,水位达到校核洪水位225.45米;12时00分,水位达到坝顶高程226.00米;14时00分,水位达到防浪墙顶高程227.20米,全坝线溢流;15时05分,库水位227.50米,超过防浪墙顶0.3米,部分坝体出现溃口;15时30分,全线溃坝。
(3)人员转移情况
7月17日19时,莫旗水利局、气象局联合发布中小河流洪水黄色气象风险预警。旗水利局提醒西瓦尔图镇做好永安水库、新发水库下游群众转移准备工作,预通知水库下游危险区的老弱妇幼群众可提前撤离。
7月18日6时30分,永安水库超汛限水位,水位持续上涨,水利局提醒乡镇做好转移安排,危险区群众陆续撤离;7时00分,库水位接近设计洪水位,旗水利局及防汛指挥部办公室报请旗委政府主要领导、分管领导同意后,通知下游乡镇有序组织撤离;同时,旗委政府主要领导、分管领导带领有关部门第一时间赶赴现场指挥;8时30分,完成永安水库下游影响区群众首批撤离;9时00分永安水库水位达到校核洪水位,下游影响区群众全部完成撤离。
7月18日8时00分,新发水库超汛限水位,莫旗防指会商后组织下游危险区群众陆续撤离;11时00分,新发水库下游影响区群众完成撤离。两次共计转移人口1400人。
(4)应急处置情况
莫旗防指按照预案适时启动Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级防汛应急响应。旗委政府主要领导、分管领导深入一线调度指挥,旗应急管理局、城市综合行政执法局、住建局、水利局、公安局、莫旗消防救援大队、莫旗森林消防大队、尼尔基各社区等单位和部门全员出动,全力投入抗灾抢险工作。水利局领导现场坐镇,技术专家组现场指导,并在新发水库、永安水库一线进行实时水位监测,时刻关注两个水库的险情并随时报告。
由于预警及时、组织有力,溃坝前人员全部安全撤离,溃坝影响下游诺敏河范围内转移人口近3000人,没有人员伤亡。
(三)溃坝初步原因分析
入汛以来,尽管永安水库、新发水库输水洞闸门一直敞开,辅助泄洪,但由于本次超强暴雨形成超标准特大洪水,导致洪水漫顶,下游坝坡持续冲刷破坏失稳,进而溃坝。
二、我国水库溃坝总体情况回顾与特点
1954年有溃坝记录以来,我国水库溃坝3500余座。上世纪50~80年代初,由于经济技术条件限制,水库大坝工程建设标准低、安全管理薄弱,溃坝事故频发,1954~1982年年均溃坝率1.23‰,远超当时世界平均水平。1975年8月2日~7日,受3号台风袭击,河南驻马店地区普降大雨,平均降雨量1028.5mm,出现历史罕见大洪水,8日,板桥、石漫滩两座大型水库,田岗、竹沟两座中型以及58座小型水库共计 62座水库连锁溃坝,2.6万余人死亡。上世纪80年代后,水库大坝安全责任制逐步落实,安全管理法规制度和技术标准体系逐步建立,溃坝事故大幅度下降,1983~1999年溃坝年均溃坝率降至0.23‰,其中仍有少量溃坝事故导致严重人员伤亡。1993年8月27日,青海沟后水库(小型)面板砂砾石坝因渗漏破坏溃坝,导致288人死亡。进入新世纪以来,通过大规模实施病险水库除险加固工程建设,大力推进水管体制改革和依法依规管理,强化应急管理等一系列举措,溃坝概率进一步下降,2000~2020年年均溃坝率已低于0.05‰,进入世界上低溃坝率国家行列,不过仍有造成严重人员伤亡和重大影响的溃坝事故发生。2001年10月3日,四川大路沟水库(小型)因白蚁危害溃坝,导致38人死亡或失踪;2013年年初15天内连续发生新疆联丰水库(小型)、黑龙江星火水库(小型)、山西曲亭水库(中型)三起溃坝事故,均为晴天和接触渗漏溃坝,其中联丰水库溃决造成1人死亡,20多人冻伤;2018年7月19日,内蒙古巴彦淖尔市乌拉特前旗增隆昌水库(中型)遭遇特大洪水,副坝接触渗漏溃坝;2018年8月1日,新疆射月沟水库(小型)洪水漫顶溃坝,导致28人死亡。
我国水库溃坝具有典型的时空分布特征。上世纪八十年代以前,经济基础薄弱,大坝安全与防范意识单薄,洪水预报预警及突发事件应急处置技术手段落后,全社会抵御自然灾害的能力弱,溃坝事故大量发生,年均溃坝率远超当时世界平均水平,溃坝原因以天灾(暴雨洪水)为主,疏于管理等人因也是重要因素,全国范围内均有发生,超过50%为洪水漫顶,以沿海台风暴雨中心居多。上世纪八十年代以后,随着经济社会发展,全社会抵御自然灾害的能力不断增强、技术手段不断进步,特别是1991年《水库大坝安全管理条例》颁布实施以后,水库大坝安全管理制度逐步健全,运行管理逐步规范,溃坝概率大幅度下降,溃坝原因以工程质量缺陷、疏于管理、管理不当、非法超蓄等人因为主,接触渗透破坏多发、频发,洪水漫顶溃坝事故比例相对下降,晴天溃坝事故比例上升,年降雨量少、水库数量少的西部经济欠发达地区溃坝事故多、占比高(与自身的水库数量比、与全国的水库溃坝数量比)。
三、经验教训
根据大坝中心掌握的资料,属于全国溃坝率较高和中型水库溃决较多的地区,其中2000年以来有3座中型水库(岗岗、增隆昌、新发)溃坝,同期全国中型水库溃坝仅5座,另两座为2004年1月21日溃决的新疆兵团八一水库及2013年年初溃决的山西曲亭水库,其中的经验教训值得总结和反思。
一是强人类活动和变化环境下的极端气候事件出现的频度和强度明显增加,严重威胁防洪标准偏低的中小型水库大坝安全运行。本次永安水库、新发水库溃坝及2018年7月19溃决的增隆昌水库均与超标准暴雨洪水导致的极端运行工况有关。必须考虑变化环境和强人类活动背景下,水库设计洪水可能发生巨大变化,在设计洪水复核基础上采取针对性的处理措施,并制订应对超标准洪水的应急预案。
二是切实落实大坝安全和防汛三个责任人与三个重点环节,做好“四预”,对确保大坝安全和公共安全至关重要。本次永安、新发两座水库溃坝发生前,当地政府、水行政主管部门发现溃坝征兆后,及时预警并启动应急预案,有序组织水库下游风险人口迅速转移,避免了人员伤亡,将损失降低到了最低程度。
三是要充分认识病险水库的复杂性,以更加慎重的态度做好病险水库除险加固工程建设和运行管理工作。我国水库大坝大多兴建于20世纪50~70年代,限于当时的经济技术条件制约,普遍存在建设标准低、工程质量差和病害隐患多而复杂等问题,先天工程质量缺陷很难通过除险加固彻底处理。内蒙古2000年以来溃决的水库均进行过除险加固,反映当前的病险水库除险加固决策与实施机制还有待进一步完善,病险认定技术和标准以及加固技术还有待进一步提高,加固后的运行管理工作还需要进一步强化。
四是由于分类方法缺陷,导致高风险的中小型水库防洪标准相对偏低。我国现行水库大坝工程等别、建筑物级别(分类)及其安全标准主要依据库容划分和确定,导致潜在高风险的“高坝小库”工程等别、建筑物级别和安全标准偏低。最典型的是1993年8月27日溃决的青海省沟后水库大坝,导致288人死亡。该水库总库容仅330万m3,属小(1)型水库,Ⅳ等工程,尽管坝高达71m,属国际坝工界公认的高坝,下游13km即为海南州州府所在地,地理位置重要,且河道比降大,潜在风险极高。但作为Ⅳ等工程,不仅工程安全标准偏低,也没有设置运行管理机构和配备专职管理人员,无任何安全监测设施和通信报警手段,仅由当地村民看管,缺乏基本的专业素养,没有辨识与判断事故征兆的能力,更谈不上针对溃坝事故的应急处置能力。
五是小型水库安全问题如何强调都不为过。我国小型水库面广量大,先天不足,安全标准和管理层级低,管理特别薄弱,小型水库溃坝占全部溃坝总数的96%以上,小型水库安全再怎么强调都不为过。近年来,通过水管体制改革、大规模实施除险加固、全面落实“两个三”、创新管理模式、加强暗访督查,小型水库的安全状况和管理能力有所改善,但是小型水库安全及管理方面长期积淀的问题短期内不可能彻底解决。“十四五”及将来一段很长的时间,须确立近期、中期和远期目标,工程措施与非工程措施并重,重视“高坝小库”风险突出等问题,逐步实现小型水库的长治久安及水库管理自我完善的良性循环。强化“预报、预警、预演、预案”,尽快补齐小型水库水雨情测报和安全监测预警短板,进一步提高应急预案的针对性和可操作性。此外,小流域“长藤结瓜”的中小型水库的联合调度问题应予重视,其“闪转腾挪”的调蓄能力远不及大型水库,稍有不慎极易造成水库连续溃决。
六是切不可放松中型水库大坝安全运行管理和风险防控。中型水库溃坝影响巨大,2000年后中型水库溃坝占比明显上升。大型水库安全标准相对较高,管理基础普遍较好,当前正在重点关注和加强小型水库安全管理,因此从水库工程数量、大坝安全标准、管理设施和管理能力、安全风险程度上看,在水库管理人员、经费、物资等保障资源分配方面,中型水库容易被忽视,应特别关注和警惕水库序列中的“中等生”—中型水库,与大型、小型水库管理人财物保障相比,中型水库陷入“比上不足,比下也相对不足”的困境,突出表现为“老”“少”“边”“穷”,陷入“中等生陷阱”,溃坝风险升高。切不可对中型水库有麻痹思想,要以更加谨慎的态度、更强的责任意识不折不扣做好中型水库运行安全各项工作,确保中型水库不溃坝失事,杜绝“黑天鹅”、“灰犀牛”事件的出现。
七是变化环境条件下,各类突发和不测事件发生的频度和强度增加,水库大坝应急保障技术能力明显不足。本次永安、新发两座水库溃坝发生前,均有数小时的抢险窗口期,其中永安水库从7月18日6时30分水位上涨超过溢洪道堰顶高程0.5米,到12时30分溢洪道与坝体接壤段防浪墙倾倒,坝顶溢流,历时6小时;新发水库从7月18日8时00分水位上涨超过溢洪道堰顶高程0.5米,到14时00分水位超过防浪墙顶高程,全坝线溢流,也是历时6小时。但无法及时采取加高坝顶、增设泄洪设施、保护坝顶抵抗漫顶冲刷等手段避免溃坝发生。在大坝安全责任制不断健全,检查监测制度、汛期值班制度逐步落实的今天,绝大多数溃坝事故事先均有征兆被发现,给险情研判和应急抢险留有一定时间的窗口期,但最终无法实施有效抢险中止事态发展,反映当前的大坝险情快速诊断技术和应急抢险能力仍有不足,存在技术和装备短板。其一是突发险情应急勘察、监测、检测技术和装备能力不足,由于地处偏僻、现场环境恶劣,险情发生后,一些大型勘察、检测设备无法迅速运抵现场,或因天气恶劣、洪水滔滔,工作人员无安全保障,无法在现场正常开展勘察、监测与检测活动,无法及时查明和研判险情性质、严重程度和发展趋势,从而无法提出科学有效、针对性强的抢险方案,影响抢险效果或造成不必要的损失。其二是紧急构建应急泄洪设施的能力不足。我国早期溃坝事故超过50%为洪水漫顶造成。进入新世纪以来,由于洪水预报水平提高和除险加固防洪达标工程建设,洪水漫顶溃坝事故大幅度下降,所占比例下降,但近年来局地极端暴雨洪水发生的频率增加,面对不断上涨的洪水束手无策,眼睁睁地看着大坝漫顶溃决,教训极为惨痛。其三是土石坝接触渗漏险情抢险技术和装备能力不足。我国水库土石坝大多建有坝下埋涵,少数在土坝上布置有溢洪道,接触渗漏问题突出。近年来,除少数洪水漫顶溃坝事故外,其他绝大多数都是坝下埋涵或溢洪道接触渗漏导致的溃坝,包括2018年7月19日溃决的增隆昌水库,这些溃坝事故多组织了抢险,但因抢险技术和装备能力不足未能成功。
八是现代信息技术应用不足,水库管理信息化、现代化水平仍有待提高。当前,我国水库大坝运行管理仍以传统的人工手段为主,信息感知能力弱、信息化应用程度低,导致安全隐患早期识别、洪水预报和预测预警能力不足,应急决策技术支撑能力薄弱、时效差。未来需要充分应用物联网+、云平台、分布式集群等现代信息技术手段,构建具有空间基础信息、安全监测信息、服役环境信息全方位透彻感知和智能识别能力,为水库大坝安全智能监控、提质增效、智慧监管、突发事件早期预警与应急决策等提供科技支撑。
四、加强溃坝风险防控的几点思考和建议
当前,全国正进入防汛关键时期,极端异常天气频发,水库安全度汛形势严峻,各级政府、水行政主管部门以及水库业主、运行管理单位要坚决按照习近平总书记7月21日对防汛救灾工作作出重要指示要求,坚持人民至上、生命至上,立即行动起来,压实责任、勇于担当,大坝安全和防汛责任人要切实履职尽责,始终将大坝安全放在水库运行管理工作的首要位置,采取更加有力有效措施,扎实做好水库大坝巡视检查和安全监测、调度运用、隐患排查与险情处置、突发事件监测预警、应急准备等各项工作,坚决做到“标准内洪水不溃坝失事,超标准洪水溃坝无生命损失”。
一是各地要认真汲取永安、新发两座水库溃坝事故经验教训,举一反三,对辖区内所有水库大坝安全开展专项检查,对违规违建工程进行清理;对不按批复的调度运用计划要求违规蓄水和非法超蓄的,立即进行整改并追究相关当事人责任;对存在安全隐患的病险水库,应按照7月22日发布的《水利部办公厅关于全力做好水库安全度汛工作的紧急通知》(水明发【2021】71号)要求,立即落实控运措施,直至空库运行。
二是各地要严格按照《水库大坝安全管理条例》《小型水库防汛“三个责任人”履职手册(试行)》要求(以下简称《履职手册》),逐库落实大坝安全责任人,以及防汛行政责任人、技术责任人和巡查责任人,予以公示公告;同时要按照相关法规、技术标准及《小型水库防汛“三个重点环节”工作指南(试行)》(以下简称《工作指南》)要求,逐库排查、配备必要的水雨情测报设施,编制并审批调度运用方案和安全管理(防汛)应急预案,组织实操演练,常备不懈,保证有效管用。
三是各地水行政主管部门要加强监督检查和指导,督促所有水库健全巡视检查制度和应急管理制度,加强日常巡视检查和安全监测,做好汛期24小时值守和突发事件监测预警,发现问题及时报告,必要时组织人员转移。
四是要强化监督检查,确保水库大坝注册登记、定期安全鉴定、除险加固、降等报废等各项运行管理制度执行到位,地方政府要破除“等、靠、要”思想,对鉴定成三类坝的病险工程或存在严重工程质量缺陷的工程,坚决杜绝 “久拖不治”的不作为行为,综合应用工程措施和非工程措施科学决策,该加固的加固,该控制运用的控制运用,该降等报废的降等报废,及时消除安全隐患和风险。
五是各地要切实加强水库大坝运行管理队伍能力及管理设施建设,提高公众对水库大坝的关注与参与度。加大培训力度,重要岗位持证上岗,建立能够胜任水库大坝日常运行管理能力的管理队伍;进一步完善防汛交通、通信及安全监测等管理设施,提升信息化管理水平;强化日常巡视检查制度;提高突发事件应急预案编制质量,并加强培训和演练;加强水库大坝风险及防控的宣传,倡导全社会关注风险,进一步提高地方政府、主管部门和管理人员、公众的风险意识,引导公众参与水库大坝风险管理与防控。
六是相关科研院所应针对全国不同地区的水文、地质、地形、水库工程、经济社会发展水平等特点,开展水库溃坝风险防控关键和实用管用技术研发。
(1)研究变化环境和强人类活动背景下,全国不同地区尤其是西北地区水库设计洪水变化规律及适应性对策。
(2)汲取“小水库、大灾难”的惨痛教训,借鉴加拿大等发达国家经验,研究提出兼顾工程安全、公共安全、生态安全的水库大坝系统安全理念和基于潜在风险或失事后果的分类方法以及相应标准,建立基于风险的差别化水库大坝安全管理模式,提高高风险的中小型水库大坝安全标准和管理标准。
(3)开展流域水利工程全生命周期系统风险孕育机理与灾害链效应、风险等级确立机制与风险设计理论、关键单元风险防控机理与方法、系统风险预警与应急处置对策等研究,为流域梯级水库风险防控提供科学依据。
(4)汲取已有溃坝抢险经验教训,针对不同类型水库大坝突发事件特点,研发溃坝险情快速检测和诊断成套技术和小型化装备;针对土石坝穿坝建筑物,研发接触渗漏、溃坝堵口和毁损快速抢险与修复技术、材料和装备;针对超标准洪水,研发快速构建应急泄洪通道的装备和工艺,大幅提高水库大坝应急抢险能力和水平。
(5)对溃坝历史资料进行系统统计分析,选择具有代表性、典型性、警示性的失事案例进行剖析,归纳溃坝的主要特征及主要溃坝模式与溃坝路径;揭示溃坝及其后果的时空分布规律及主要影响因素;挖掘在荷载、环境、工程自身结构与质量、管理水平等人因协同作用下的溃坝机理,深刻总结与汲取溃坝经验教训,分别从政策、制度、管理和技术层面提出溃坝防范对策。
(6)充分利用现代信息高新技术,研发基于空、天、地一体化智慧感知的水库大坝安全透彻感知与智能监控技术,建立基于多尺度多源集成信息的场景应急建模方法和分级预警模型;构建集实时监测、安全诊断、风险辨识、分级响应于应急管理为一体的水库大坝风险防控成套技术,切实提高溃坝突发事件 “四预”能力。(徐世元 供稿)