孟相君，薛 洋，童景辉
（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122）
大坝安全突发事件指突然发生的造成或者可能造成大坝及上下游人民群众生命、财产、经济损失和严重环境危害，需要采取应急处置方案予以应对的紧急事件。对大坝安全突发事件进行风险分析是编制水电站大坝运行安全应急预案或溃/垮坝应急预案的关键环节。突发事件的分类分级必须结合水电站大坝实际情况，对突发事件进行危险因素辨识和风险评估，明确可能发生的突发事件类型，分析对大坝运行安全的影响和后果严重程度。
根据DL/T 1901—2018《水电站大坝运行安全应急预案编制导则》，大坝安全突发事件主要分为以下四类：
（1）自然灾害类：洪水、凌汛、地震、地质灾害等。
（2）事故灾难类：上游溃坝或上游水电站非正常泄水；
水库大体积漂浮物或失控船舶撞击大坝或堵塞泄洪设施；
大坝结构或坝基、坝肩的缺陷、隐患突然恶化；
泄洪设施和相关设备不能正常运用；
水库调度不当，水电站运行、维护及检修不当。
（3）社会安全事件类：战争、恐怖袭击、人为破坏事件。
（4）其他突发事件。
某工程枢纽由拦河坝、泄洪排沙建筑物和混合式发电厂房组成，设计洪水重现期1 000年，校核洪水重现期10 000年，死水位1 694.00 m，设计汛限水位1 726.00 m，设计洪水位（正常蓄水位）1 735.00 m，校核洪水位1 738.00 m，为不完全年调节水库。
拦河坝由混凝土重力坝和右岸土坝组成，坝顶高程1 739.00 m，最大坝高147.0 m。泄洪排沙建筑物包括溢洪道、泄洪洞、泄水道、排沙洞和新建排沙洞。溢洪道共3孔，堰顶高程1 715.00 m，挑流消能；
泄洪洞进口底板高程1 675.00 m，挑流消能；
泄水道进口分为2孔，底板高程1 665.00 m，挑流消能；
排沙洞进口底板高程1 665.00 m，平射扩散消能；
新建排沙洞进口底板高程1 665.00 m，挑流消能；
泄洪建筑物最大下泄流量8 790 m3/s。
原设计工程区地震基本烈度为Ⅶ度，主坝按9度设防，右岸土坝按8.5度设防，联接副坝及两岸混凝土副坝按8度设防。
2.1 自然灾害类
2.1.1 洪水
大坝设计洪水洪峰流量8 860 m3/s，校核洪水洪峰流量10 800 m3/s，对应库水位分别为1 735.00 m和1 738.00 m。大坝日常运行时，与上游龙头水库进行联合防洪调度，经联合调度后，大坝防洪标准可达到可能最大洪水（PMF）标准。
根据2019年5月汛限水位论证报告，将洪水系列延长至2015年进行洪水复核，其设计洪峰流量9 110 m3/s，校核洪峰流量11 230 m3/s，与原设计成果相差在5%以内。根据2013年实测库容，调洪库容因淤积损失4.47%。采用联合防洪调度，该坝在遭遇洪峰流量为13 300 m3/s的可能最大洪水时，最高库水位为1 737.18 m，低于原校核洪水位1 738.00 m，上游龙头水库的调蓄作用提高了该坝的防洪能力。
该坝与龙头水库间河段长333 km，区间流域面积占该坝坝址控制流域面积的28%，区间环境复杂、不确定因素多，支流上还有已建的一系列大中型水电站。该坝上游干流、支流上的水电站大多以发电为主，除龙头水库外基本都没有防洪任务和洪水调蓄能力。干流洪水期间，如果区间支流受局地暴雨等极端天气影响出现较高标准的洪水，则将显著影响该坝的防洪安全。
因此，在上游龙头水库安全运行、两库联合调度方案正常实施的情况下，该坝具备抵御可能最大洪水的能力，不会发生漫坝。但在龙头水库大坝因自身险情无法保证下泄流量控制，联合调度不能正常实施，干流洪水期间支流水电站因各种原因而加大泄水甚至溃坝等情况下，仍可能导致该坝发生漫坝，甚至溃坝。
2.1.2 凌汛
该坝所在河流凌汛主要发生在上游宁蒙河段、中游北干流河段、下游河段及上中游水库库尾河段，凌汛期为11月1日至翌年3月31日。该坝不处于河流凌汛河段，而且凌汛威胁主要取决于气温变化、河道槽蓄水增量、上游来水情况等，在上游梯级电站投运、两库联合调度运行后，流域调洪能力增强，凌汛期的流量保证率提高，该坝发生冰凌堆积、冰塞、冰坝的可能性很低。
2.1.3 地震
该坝坝址无区域性深大且具有活动性的断裂构造通过，不具备发生强烈地震的地质构造背景，在区域地质上属于稳定地块。水库蓄水后未发生水库诱发有感地震。
原水利电力部关于该坝地震烈度的批复为：“坝址区地震基本烈度为Ⅶ度；
混凝土主坝、右岸土坝及刺墙、挡土墙结构设防烈度为9度；
左右岸混凝土重力副坝及电站厂房设防烈度为8度；
其他附属建筑物为7度”。设计实际采用的设防烈度为主坝9度，右岸土坝8.5度，其他建筑物8度。
根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，坝址区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15g，相应基本烈度仍为Ⅶ度。根据DL 5180—2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的规定，本工程抗震设防烈度为8度，大坝抗震设计标准满足现行规范要求。
原设计主坝、左右副坝和右岸土坝在地震工况下的抗滑稳定和坝基应力满足规范要求。1989年大坝安全首次定检时，按实测扬压力、淤沙高程进行了抗震复核，主坝在9度地震工况下，抗滑稳定和坝基应力满足规范要求，左、右岸混凝土副坝的稳定安全系数均满足规范要求。但右岸土坝以8.5度地震工况（水位1 735 m+地震）复核时，其稳定安全系数Kcmin=1.04，略小于规范要求的Kcmin≥1.05。如果在高水位遭遇8.5度及以上的地震工况，有可能发生结构破坏，甚至有溃坝风险。
因此，遭遇设防标准以内的地震时，该坝总体上是安全的。一旦遭遇超设防标准的地震，极易造成右岸土坝结构破坏以至溃坝，同时地震可能造成混凝土坝上部结构破坏、闸门变形、边坡垮塌，引发闸门无法正常启闭、库水无法正常下泄等问题，导致发生漫坝、溃坝事故。
2.1.4 地质灾害
2017年厂区地质灾害危险性评估表明，区内发育有3处滑坡、25处不稳定边坡。3处滑坡灾害中，2处危险性中等（分别为Ⅰ号和Ⅱ号滑坡体）、1处危险性小；
25处不稳定边坡灾害中，2处危险性大（分别对应坝后右岸出线场边坡及泄洪洞出口边坡）、12处危险性中等、11处危险性小。
近坝库岸边坡总体稳定性较好，库区支流河谷左岸发育Ⅰ号、Ⅱ号2处滑坡体，分别距坝1 600 m和2 000 m。Ⅰ号滑坡体为岩质滑坡，部分滑体已滑入库内，滑坡体后缘发育一条长约75 m、宽8~10 cm的拉裂缝。后缘高程1 800 m（高于正常蓄水位65 m），总体积约3.2万m3。Ⅱ号滑坡体为岩质滑坡，滑坡体后缘发育1条长约120 m、宽10~15 cm的拉裂缝。后缘高程1 785 m（高于正常蓄水位50 m），总体积约13万m3。两滑坡体都有过较大幅度的坐落式滑移，目前后缘仍发育有拉裂缝，在暴雨、地震等特殊工况下，Ⅰ号和Ⅱ号滑坡均有失稳下滑可能。由于两滑坡规模较小，且距离大坝较远，对大坝及相关建筑物无明显影响。
右岸坝肩边坡发育Ⅳ级阶地，地层岩性从上至下依次为第四系黄土、砂砾石、第三系红砂岩和前震旦系变质岩，副坝坝顶高程以上则主要为黄土层，边坡稳定性好。右岸坝后边坡整体稳定，其中：尾水区边坡裸露基岩已经进行了喷锚处理，稳定性好；
出线场边坡顶部基岩裸露，岩石坚硬且较完整，边坡及周边基岩产状稳定，局部可能出现松动掉块；
泄洪洞出口边坡岩层走向与洞脸边坡夹角小（基本属顺向坡），坡度较缓，坡面平直光滑，坡面已做锚固支护处理，但侧向边坡陡峻，局部呈倒坡，岩体中断层发育，表部风化卸荷较严重，侧坡上部岩体卸荷松弛，稳定条件较差，存在掉块的可能。
由此可见，库区左岸滑坡体距离坝址较远、规模不大，即使失稳对大坝安全影响也不大。下游河岸地质灾害点多，发生小规模塌方和掉块的可能性大。大坝下游河道狭窄、两岸山高坡陡，加上水电站泄水设施采取挑流消能，大流量泄洪时下游雾化问题严重，容易引发雾化导致的边坡滑塌，可能威胁新厂房、泄水道、进厂公路等建筑物安全。
2.2 事故灾难类
2.2.1 上游水库大坝溃决
该坝上游干流、支流上已建设一系列梯级水电站。上游干流已建梯级水库（水电站）12座，包括大型水库5座，库容分别为272.6亿m3、10.79亿m3、17.5亿m3、6.2亿m3和2.635亿m3；
上游支流有大中型水电站3座，库容分别为9.85亿m3、0.085亿m3和0.174亿m3。其中，3座大坝的校核洪水设防标准低于该工程，当流域遭遇重现期10 000年的洪水时，有些大坝可能因超过其设防标准而溃决。一旦上述大型水库发生垮坝，溃坝洪水将对该坝运行安全造成重大影响，甚至导致该坝溃坝。
2.2.2 水库大体积漂浮物、失控船只撞击堵塞泄洪设施
该工程水库面积131 km2、回水长度66 km，库区兼有航运、旅游功能，库区水域船只较多，平时大多停泊于坝址上游右岸码头，存在船只因水库泄洪或其他原因出现故障而失控或沉船的可能。若船只失控，可能冲撞坝体，堵塞溢洪道，或沉船影响泄水道、泄洪洞、排沙洞的正常运行，影响库水下泄，甚至导致漫坝、溃坝。
2.2.3 大坝基础破坏
坝址为前震旦系云母石英片岩，主坝及地下厂房区多属微风化整体结构或块状结构岩体，透水性小。岩层产状受背斜控制，总体倾向下游偏右岸。通过坝基的断层有10多条；
坝基内构造裂隙发育，层面裂隙和顺层构造挤压破碎带在左坝肩较为发育，河床坝段也有一定数量分布。
左岸副坝坝基岩性主要为云母石英片岩，大部为弱风化岩体，近坝顶处局部为强风化云母石英片岩和第三系红砂岩；
右岸混凝土副坝坝基出露的岩石为前震旦系云母石英片岩，岩体中小断层发育，并发育四组构造裂隙，呈弱风化；
联接副坝坝基岩性以云母石英片岩为主，岩体中构造裂隙及顺层构造挤压破碎带较发育；
右岸土坝部分坝基为前震旦系云母石英片岩，部分坝基为阶地砂砾石层。
施工开挖过程中，对坝基浅表层的薄层状及松动岩体均进行了清除，对坝基范围内较明显的构造挤压破碎带进行了刻槽深挖并回填混凝土，对坝基岩体进行了系统固结和帷幕灌浆处理，并设三排纵向排水幕和两排横向排水幕。对右岸土坝，在坝体填筑前进行了水泥黏土防渗帷幕灌浆，砂砾石层上的心墙基础设截水槽，截水槽基础开挖至前震旦系云母石英片岩或红砂岩层中。
根据2020年大坝安全第五次定期检查报告，主坝坝基河床部位部分坝段实测最大扬压系数大于设计值0.20。由于帷幕后扬压力测点监测区域有限，不排除多个局部位置扬压力水头超过设计值的可能性；
右岸土坝实测坝基砂砾石层内最大水力坡降为0.23，接近设计允许值0.25。地下厂房上游壁地下水位偏高，虽采取多项措施后有所降低，但仍高于设计值。
因此，该坝长期运行仍不能排除主坝及混凝土副坝坝基防渗体系弱化、渗漏加重的可能，以及右岸土坝因坝基防渗体系损坏，渗漏大幅增加，进而发生下游坡脚大量涌水翻砂等渗透破坏的可能。一旦发现、处理不及时，或叠加地震、高水位荷载作用，可能导致其他重大险情，甚至溃坝。
2.2.4 结构破坏
坝址地震烈度较高，主坝设防烈度达9度。为增加陡坡坝块的侧向稳定性，提高抗震能力，工程建设时采取了对1 715 m高程以下横缝进行灌浆，形成整体式重力坝，并在部分坝段下游增加补角，提高边坡坝块的混凝土标号等综合措施。自1989年首次定检以来，该大坝已经过五次定检，均被评定为正常坝。
右岸土坝用当地材料（黄土、石碴、砂砾料）堆筑而成，为挡水建筑物中相对薄弱坝段。土石坝运行期间，其材料强度和防渗性能可能下降，不排除产生滑坡、裂缝、渗流破坏的可能。
该坝泄水设施种类多、作用水头大、工作条件复杂，投运最早的泄水道自1967年投运以来，运行时间已经超过50年，加上泄水道、泄洪洞、排沙洞的检修门槽及前段进水口常年处于水下，没有条件进行日常检查维修，更容易发生严重的空蚀和磨蚀破坏，甚至出现闸门等金属结构破坏。溢洪道未设置事故检修门，运行中闸门一旦破坏、垮塌，容易引发库水无控制泄放。
综上所述，该大坝混凝土坝段本身安全裕度较大，正常运行发生破坏的可能性不大。除右岸土坝可能因各种原因发生滑坡、渗透破坏等事故外，泄水建筑物的缺陷问题较多，不排除在长期运行过程中发生气蚀破坏等事件的可能，如果发现、处理不及时，极易引起泄洪安全事故，最终导致漫坝、溃坝。
2.2.5 水库泥沙淤堵泄洪设施
库区来水含沙量大，年输沙量0.89亿t，存在泥沙在闸门前淤积的情况，可能会影响闸门启闭和水库泄水能力，影响大坝正常泄洪，最终可能导致漫坝、溃坝事故发生。
2.2.6 运行管理事故
大坝长期运行管理过程中，人为疏漏或设备仪器故障会影响对坝体运行状态的实时监测，不能及时反映坝体真实工作状态，因此难以对大坝运行异常作出及时反应，一旦事态扩大，可能引发大坝安全事故。
2.3 社会安全事件类
该水电站大坝地处西北要道，所在地是内地连接新疆和西藏的重要经济通道，且水库距离下游省会城市仅100 km。该省会城市是西北地区重要的工业基地和综合交通枢纽、西部地区重要的中心城市之一、丝绸之路经济带的重要节点城市，战略价值高。当地社会稳定，但依然面临着恐怖主义、境外非法势力渗透等安全问题。
大坝战略价值高，不排除发生战争时遭遇空袭的可能，一旦大坝受到战乱波及，可能会造成大坝结构损毁重大险情，甚至溃坝，直接威胁下游城市安全。因此，存在因战争、恐怖袭击或人为破坏等社会因素导致溃坝或重大险情的可能。
2.4 小结
按照上述分析，根据该坝工程实际情况，其受凌汛影响或地质灾害影响发生溃坝的可能性基本不存在，但遭遇超标准洪水、强震、上游水库溃坝、水库大型漂浮物失控、大坝结构缺陷持续恶化、运行管理事故及战争、恐怖袭击或人为破坏等突发事件均可能导致漫坝或溃坝。因此，可能导致该大坝漫坝或溃决的突发事件主要有以下几类：
（1）遭遇超标准洪水，或与上游龙头水库联合调度无法正常实施；
（2）坝址遭遇超过设防烈度的地震，导致大坝、尤其是右岸土坝破坏；
（3）副坝防渗措施或坝体结构缺陷持续恶化，发生渗透破坏，导致副坝破坏或垮塌；
（4）闸门，尤其是溢洪道工作闸门破坏导致库水无控制泄放，或泄水设施泄洪过程发生气蚀破坏，影响大坝正常泄洪；
（5）坝址上游干流、支流大中型水库发生溃坝事故，引发漫坝、溃坝，或上游龙头水库泄水失控；
（6）库区船舶等大型漂浮物失控、沉没而堵塞泄水建筑物进水口，导致泄流设施堵塞或无法开启；
（7）库区来水含沙量大，泥沙淤积严重时可能淤堵泄洪设施，影响水库泄水能力；
（8）战争、恐怖袭击或人为破坏导致溃坝或溢洪道等上部结构严重损坏，导致库水无控制泄放。
笔者结合某水电站的工程枢纽布置和结构特点、运行特性，对大坝可能遭遇的突发事件进行了详细的分析，明确了突发事件发生的可能性、特点和其对大坝安全的影响和后果严重程度，为编制水电站大坝运行安全应急预案或溃/垮坝应急预案提供依据。根据分析结果，编制应急预案时可以更加有针对性地建立监测预警、信息报告、应急响应、抢险处置机制，满足科学、实用、便于操作等要求。■
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