1、概述
據((2011年中國水利年鑒》,我國共有水庫87873座(不含臺、港、澳地區(qū)),其中小型水庫84052座,占水庫總數的95.65%,也是水庫安全管理的主體。我國小型水庫大多建于20世紀50—70年代,受當時技術經濟和社會發(fā)展條件的影響,普遍存在建設標準低、工程質量差等問題。因工程等別與建筑物級別低,相應的設計標準、安全準則、管理標準也低于大、中型水庫工程。實際施工與運行管理重視不足,給小型水庫管理帶來許多不利因素,且長期以來缺乏運行維護資金,管理粗放,工程老化失修。因此,小型水庫工程安全問題突出、事故多發(fā),直接威脅下游安全,并影響水庫效益發(fā)揮。目前,我國的大壩安全采用三類壩的傳統(tǒng)分類方法,發(fā)達國家已開始以后果進行分類。針對小型水庫安全分類,進行初步比較分析。
2、小型水庫與ICOLD小壩的區(qū)別
2.1ICOLD的小壩劃分
國際上一般根據壩高與設計蓄水庫容將壩劃分為大壩(LargeDams)與小壩(SmallDams)。
ICOLD157號公告中關于壩的定義如下:
(1)大壩:滿足以下兩種條件之一即可:①壩高≥15m;②5m<15m且V>300萬立方米。
(2)小壩:2.5m<H<15m且H2V0.5<200。
式中,H表示自河床底高程至壩頂的距離(m),在聚居點或人口多的地區(qū),最小壩高可為2m或3m;表示最高運行水位(一般為設計蓄水位)對應的庫容(10m),滯洪水庫應選用溢洪道堰頂高程以下的(設計)庫容。
大壩與小壩的分類見圖1。
2.2我國小型水庫劃分
我國按總庫容將水庫工程規(guī)模劃分為大、中、小型,按壩高分為高、中、低壩。小型水庫是指10萬立方米。≤V<1000萬立方米的水庫。其中,100萬立方米≤V<1000萬立方米的為小(1)型水庫,l0萬立方米≤V<IO0萬立方米的為小(2)型水庫。
按壩高H劃分。水利水電系列標準(SL)定義:低壩高度為30m以下,中壩高度為3O一70m,高壩高度為70I1"1以上。電力系列標準(DL)定義,原與SL標準一致,新設計標準考慮技術進步與成功經驗等,將中壩與高壩的界限提高至100m,將混凝土拱壩的低壩與中壩界限提高至50m,其他不變。
據不完全統(tǒng)計,我國小(1)型水庫平均壩高約20.1m,小(2)型水庫平均壩高約l2.3m;壩高超過15m以上的小型水庫約2.9萬座,壩高30m以上的小型水庫有3100余座,1993年潰壩的青海溝后水庫壩高就達71m。
對比國際大壩委員會(ICOLD)的定義可見:(1)“大壩”定義也可表述成:庫容小于300萬立方米且壩高超過15m,或庫容超過300萬立方米且壩高超過5m。可見,我國的小型水庫可能擁有“大壩”。(2)根據“小壩”定義,假設H=15m則V-79萬立方米,H=7.95m則V=1000萬立方米,H=5m則V-6400萬立方米,H=4m貝0V=I.56億立方米,可見,“小壩”也可能擁有中型甚至大型水庫的壩。
3、國外與我國大壩安全分類比較
3.1國外的HPC分類
雖然各國的分類標準會有所差別,但以HPC分類作為衡量大壩安全的標準已成為普遍的共識。美國、加拿大及歐洲的一些國家多采用潛在危害性分類——HazardPotentialClassification(HPC)。潛在后果包括生命安全、財產損失、環(huán)境損失、文化古跡損失。一般將風險分類按低、中、高、很高進行分類,并據此分類確定洪水與地震設防標準,指導壩的設計與運行。
加拿大大壩委員會(CDA)的大壩安全分類大致見表2、表3。
注:(1)風險人口定義:None(無),沒有可識別的風險人口,除不可預見的事故外不會出現生命損失;Temporary(臨時),暫時在潰壩淹沒區(qū)的人(如使用季節(jié)性的小屋、運輸路線、休閑活動);Permanent(永久),通常位于潰決淹沒區(qū)的風險人口(如永久居民);三類(高、非常高、極高)要對潛在生命損失進行詳細的估計;(2)未指定:臨時人口風險取決于數量、暴露時間、活動和其他條件。根據要求,可選擇一個高的級別;但設計洪水要求可能并不高,如臨時人口不會出現在汛期。
注:利用洪水資料外推入庫洪水的年超越概率不應小于1/1000
ICOLD小壩風險分類考慮五個方面的因子,按低、中、高進行分類,見表4!
注:采用最高風險對應的分類
3.2我國的安全分類
我國目前還是傳統(tǒng)型的安全分類,目前水利與電力大壩的安全分類是基于專家經驗與確定性標準相結合的分類方法,一般分為三類。水利部門分為一類壩、二類壩、三類壩。電力部門分為正常壩、病壩、險壩。兩種分類并無實質性的差別。評價內容主要包括:大壩的防洪能力、結構的承載能力和穩(wěn)定性(含地基、邊坡和近壩庫岸)、消能防沖效、大壩防滲體(含地基)的工作狀態(tài)、結構(含地基、邊坡和近壩庫岸)、泄洪設施運行的可靠性、結構耐久性、監(jiān)測系統(tǒng)的完備性和可靠性。
主要評判標準還是現有的設計標準。設計標準是根據工程綜合效益確定工程等別,進而確定建筑物級別,再以建筑物級別確定設計洪水、地震標準及相應的結構安全準則。工程等別確定因素包括水庫、防洪、治澇、灌溉、供水、發(fā)電等。小型水庫工程等別及建筑物級別確定一般見表5、表6。
注:(1)對失事后損失巨大或影響十分嚴重的主要永久性水工建筑物,經過論證并報主管部門批準,可提高一級;失事后造成損失不大的4級主要永久性水工建筑物,經過論證并報主管部門批準,可降低一級;(2)當永久性水工建筑物基礎的工程地質條件復雜或采用新型結構時,建筑物可提高一級設計,但洪水標準不予提高可見,水庫工程等別確定主要考慮庫容與綜合效益因素,在結構準則中考慮壩高的因素。這一設計理念是以效益為主的思路,對下游防洪安全的考慮是粗略的,對工程失事可能產生的負面影響考慮較少,這對小型水庫而言,往往潛在較大風險,甚至是致命的。事實上,工程(壩)的規(guī)模除考慮庫容外,還應考慮壩高等因素影響。一個小庫容的“大壩”可能與一個較大庫容的“小壩”一樣擁有高風險。在江浙等東部經濟發(fā)達地區(qū),很多小(2)型水庫下游人口多、風險高。當小庫大壩風險明顯高于大庫小壩風險時,現有設計標準會與風險明顯不相匹配,尤其是小型水庫的設計洪水標準需要做進一步分析。
4、結語與建議
小型水庫是我國水庫的主體,按庫容劃分小型水庫的設計標準單一,三類壩的安全分類難以全面反映小型水庫的大壩風險,應將大壩安全按潛在后果進行(風險)分類,借鑒國內外已有大壩風險評估工作經驗,推動大壩風險評估工作的開展,同時也應對我國小型水庫的洪水標準開展進一步研究以適應經濟社會發(fā)展的需要。