全国水库溃坝统计及溃坝原因分析_解家毕

水利水电技术　第40卷　2009年第12期

全国水库溃坝统计及溃坝原因分析

解家毕,孙东亚

(中国水利水电科学研究院,北京　100038)

摘　要:针对所收集的国内1954～2006年发生的3498座溃坝案例,分别从溃坝历史时期、省份分布、水库规模、坝高、坝型、溃坝原因、溃坝率等方面进行统计与分析。通过与国际上其它国家溃坝

统计分析成果的比较,对我国溃坝率高的原因及其主要溃决模式进行了分析。关键词:溃坝;统计;溃坝模式

中图分类号:TV632　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:1000-0860(2009)12-0124-05

StatisticsofdamfailuresinChinaandanalysisonfailurecausations

XIEJia-bi,SUNDong-ya

(ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing　100038,China)

Abstract:Basedonthecollecteddataof3498damfailurecasesfrom1954to2006inChina,thestatisticsandanalysesaremadeintheaspectssuchasthehappenedyears,geographicaldistribution,reservoirscale,damheight,damtype,failurecausa-tionanddamfailurerate.Comparedwiththeresultsofthestatisticsandanalysesmadeabroad,boththecausationofthehigherdamfailurerateandthemainfailuremodesinChinaareanalyzedhereinaswell.Keywords:damfailure;statistics;failuremode

1　引　言

水库是我国的重要基础设施,是我国综合防洪工程体系的重要组成部分。截至2006年底,我国已建成各类水库85874座(水利部门管辖水库,下同),总库容达到5974亿m,其中大型水库479座、中型

[1]

水库3002座。水库规模十分庞大,在防洪、灌溉、发电、旅游等方面均发挥了重要作用。

但由于人们认识水平和经济条件的制约,在大坝工程设计、建设和运行管理中往往存在一些不合理问题,导致水库大坝发生溃决。水库溃坝导致了巨大人员伤亡、社会经济损失和生态环境问题。世界上许多国家都曾发生过水库溃坝事故,例如:1889年美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝,死亡4000～10000人;1959年法国玛尔帕塞拱坝溃决,死亡421人;1963年意大利瓦伊昂拱坝水库失事,死亡2600人;1976年美国梯堂土坝,由于坝肩渗漏导致100m高大坝溃决;1979年,印度曼朱二号水库垮坝,死亡5000～10000人。我国河北“63.8”和河南“75.8”历史大洪

3

水,前者导致319座坝溃决,冲毁村庄106个,摧毁房屋10万间,死亡1467人;后者导致62座坝溃

决,其中大型2座,造成1700万亩耕地和1100万人受灾,2.6万人死亡

[2]

。1954～2006年之间,我国

共有3498座水库垮坝,平均年垮坝数约为64座。本文收集了国内1954～2006年的溃坝案例,在此基础上,分别从溃坝案例省份分布、溃坝原因、坝高分布、坝型、溃坝年份、溃坝率等方面对这些资料进行统计分析,并与国外已有的研究成果进行对比。希望通过这些分析,为今后溃坝模式研究和水库大坝的风险管理提供技术参考,服务于我国病险水库的除险加固。

2　全国垮坝案例统计分析

水库大坝溃决指大坝主体工程和附属结构物的完全破坏(Middlebrooks,1953),包括因溢洪道设计收稿日期:2009-07-29

基金项目:“十一五”国家科技支撑计划课题(2006BAC14B01)资助。作者简介:解家毕(1975—),男,云南曲靖人,高级工程师,博士。

terResourcesandopowerEngineeoNo.12

[3]

解家毕,等∥全国水库溃坝统计及溃坝原因分析

不当而漫顶或设计洪水估算错误使库水短期大量泄流而引起的结构破坏(Johnson与Illes,1976)。尽管大坝工程技术不断进步,但水库溃坝是不可能完全杜绝的,大坝失事案例时有发生。特别是老坝,它们不像今天的大坝按更严格科学的准则设计与施工,其溃决案例所占比例更大一些。

我国对溃坝失事的统计先后进行过三次,分别是1962年、1979年和1991年,文献[5]中对调查结果有论述。1962年由原水利电力部管理司根据各地溃坝报告资料汇编,刊印了《水库失事资料汇编》,1954～1961年间失事的坝共有532座。1979年由水利部工程管理局在1962年资料汇编的基础上,进一步补充核对,编制了《全国水库垮坝登记册》。1991年水利部水利管理司继续登记了20世纪80年代溃坝的266座水库,编写成《全国水库垮坝统计资料》2.1　溃坝年份统计

[6,7][4]

图2　历年溃坝累计百分比表1　不同年代溃坝百分比

年　份1954～19601961～19701971～19801981～19901991～20002001～2006

年代不明

中型水库1.830.830.740.110.060.110.00

小(1)型水库

4.464.408.061.290.890.17

0.09

小(2)型水库

3.6911.5549.146.155.550.60

0.09

%

全国水库9.9816.7858.037.556.491.00

0.17

。

在上述三次统计成果的基础上,本文又纳入了近期收集的溃坝案例资料,据这一统计,1954～2006

年之间全国有3498座垮坝水库。这些溃坝在不同年份所占比例见图1,历年累积百分比见图2。按年代划分,1954～1990年,共有3260座水库垮坝,年均约88座;1991～2000年,共有227座水库垮坝,年均约23座;2001～2006年,共有35座水库垮坝,年均6座。从统计分析可以看出,我国历史上出现了2个垮坝高峰,一个是1960年前后,即1959～1961年间,共计垮坝507座;另一个高峰期在1973年前后,仅1973年就垮坝554座

[5]

模水库建设处于特殊的历史时期。50～70年代,水库大坝建设技术还处在初步探索阶段,加上水文历史数据短,以及经济基础薄弱,因此许多大坝在建设阶段就溃决,还有许多大坝由于各种原因而处于停建状态,这些水库都不完全具有防洪功能,因此溃坝的几率更大。本文统计对溃坝水库的状态区分为:正常运行、停建、施工和不详4种状态,不同状态下的溃坝所占百分比见图3。从图中可以看出,处于施工、停建状态溃坝的水库占总溃坝数的22.6%,这是我国溃坝率比其它国家高的原因之一。

。进入20世纪90年

代以来,特别是2001年以后,年溃坝数量明显减少。

图1　不同年份溃坝所占百分比

按水库规模统计,各种类型水库的垮坝数量和比例见表1,从中可以看出,小(2)型坝占绝大部分,占总溃坝数的76.9%。特别是20世纪70年代,溃坝数超过总溃坝数的一半以上,该时段所溃决的小

(2)型水库几乎占总溃坝数的一半。2.2　溃坝时大坝的状态

我国不同年代所建大坝均有其特殊性,一些大规

12图3　溃坝时大坝的状态(单位:%)

2.3　各省(市)溃坝及溃坝率统计

表2列举出了全国各省(市)溃坝数占总溃坝数

的比例。从中可以看出,四川省、山西省、湖南省和云南省的溃坝数最多,都超过了200座。其中四川省

125

解家毕,等∥全国水库溃坝统计及溃坝原因分析

表2　全国各省(市)溃坝统计

序

号

占总溃坝数百分比0.030.063.668.233.461.172.772.9700.833.292.892.094.864.15

正常运行溃正常运行水

正常运行序

坝数占总溃库多年平均

溃坝率号

坝数比率溃坝率1.201.4010.6529.5519.102.904.285.4101.311.741.772.241.60

2.21

41.460.085.182.288.2

84.8

0.0600.0550.0390.0510.034

0.049

100.0100.091.475.076.968.354.632.7

0.0230.0260.2200.7430.4690.0800.1480.312

占总溃坝

数百分比4.573.008.205.494.290.3711.322.376.6905.002.430.371.234.20

-4

%

正常运行溃正常运行水

正常运行

坝数占总溃库多年平均

溃坝率

坝数比率溃坝率3.880.791.481.972.380.512.423.422.53012.9123.534.6117.68

22.16

-4

省份溃坝率省份溃坝率

1北京2天津3河北4山西5内蒙古6辽宁7吉林8黑龙江9上海10江苏11浙江12安徽13福建14江西

15山东

1.201.4011.6539.4024.854.247.8416.5603.162.902.072.721.812.61

16河南17湖北18湖南19广东20广西21海南22四川23贵州24云南25西藏26陕西27甘肃28青海29宁夏

30新疆

6.831.812.152.903.471.314.204.234.36017.5231.258.5521.7229.34

56.943.868.667.768.738.557.680.758.173.775.353.881.4

75.5

0.1290.0340.0410.0550.0650.0250.0790.0800.0820.0000.3310.5900.1610.410

0.554

的溃坝数最多,占全国的11.32%。

表2还列举了各省(市)的溃坝率、正常运行水库溃坝率及正常运行水库多年平均溃坝率。其中各省的水库大坝数以2005年已建成的水库计,参见2006

[8]

年《中国水利统计年鉴》。根据统计,全国水库溃坝率为4.11%,而正常运行水库溃坝率为2.81%。从表2可以得出以下结论:(1)溃坝率超过20%的省份有5个,分别是山西、内蒙、甘肃、宁夏和新疆。从地域上来看,这几个省份(自治区)都是雨水相对较少的区域,并且这几个省份(自治区)至2005年已建成坝数都不超过1000座。(2)建成坝数超过1000座的省份中,溃坝率最小的是江西省,溃坝率为1.81%,湖南省是惟一一个超过10000座水库的省份,其溃坝率为2.15%。

国际大坝委员会曾对溃坝事故进行过三次调研。1988年的第三次调研中,专门对溃坝事故进行了统计分析,其中不包括中国的数据。研究成果发表于国际大坝委员会第99号专题报告内(Bulletin99)。根据该报告的研究结果,1900～1951年共建各种大坝5286座,其中溃坝117座,溃坝率2.2%。1951～1986年共建大坝12138座,其中溃坝59座,溃坝率0.49%。

比较国内和国外的溃坝率可以看出,同一时期国内的溃坝率明显高于国外,即使不考虑施工和停建阶段溃决的大坝,国内的溃坝率还是高于国外。2001～2006年之间,全国共溃262座水库,溃坝率为0.31%,基本与国际上相当。1954～2006年的53年之间,全国的多年平均溃坝几率为:中型水库8.11

[9～11]

×10,小型水库7.70×10。正常运行水库溃坝

-4

的多年平均溃坝率为:中型水库3.40×10,小型水库5.35×10。从表2还可以看出,正常运行水库中,不同省份的多年平均溃坝率相差巨大,最小的是北京,多年平均溃坝率为2.3×10,最大的是山

-4

西省,多年平均溃坝率为74.3×10。2.4　坝型统计

表3列举了收集到的全国已溃水库不同坝型的溃坝数和百分比,从中可以看出,已溃坝中土坝所占的比例超过90%。表4中列举了土坝中各种坝型已溃坝数和百分比,从中可以看出,均质土坝溃坝占总数的85%以上,所占比例最大。

表3　各种坝型溃坝比例

序号123456

一级分类混凝土坝浆砌石坝土坝堆石坝其它不详

溃坝数/座

[1**********]162

百分比/%

0.341.0093.000.910.004.63

-4

-4

表4　土坝中各坝型溃坝比例

序号123456

坝　　型均质土坝粘土斜墙坝粘土心墙坝土石混合坝其它不详

溃坝数/座[1**********]236

百分比/%85.850.315.230.540.061.03

　第40卷　12期

解家毕,等∥全国水库溃坝统计及溃坝原因分析

根据ICOLD的分析表明:按溃坝坝型统计,土石坝溃坝数量最多,占总溃坝数的70%。但如以每种坝型的溃坝数与总溃坝数的比值,和每种坝型的已建坝数与总建坝数的比值比较,二者大致接近。2.5　坝高统计

图4给出了按坝高分类的溃坝比例,从图可以看出,坝高在10～20m之间的溃坝数量最多,几乎占总溃坝数的一半,其次是坝高小于10m的大坝,而高于50m的大坝发生溃决的很少。假如根据国际大坝委员会把坝高为15～30m归类为低坝,30～60m为中坝,大于60m为高坝,则各类坝的百分比见图5。从图5可以看出,我国已发生的溃坝案例中,小于15m的超过一半以上;低坝接近1/3。

大类16小类,见表5。但大坝溃决的原因很复杂,有很多大坝都是由于多种原因而最终导致溃坝。本次统计中对因质量问题而导致溃坝的原因进行了细化,

发现土石坝不同结构部分的接触面发生集中渗流而引起垮坝的比例占有相当数量,例如岸坡与坝体接头处、溢洪道与坝体接触处、涵洞(管)与坝体接触处、坝体新老接合面等,这些部位都是土石坝的薄弱环节,很容易发生渗流破坏。

从各种破坏原因来看,漫顶依然是最主要的原因,占47.85%,其中由超标准洪水导致漫坝破坏的占12.91%,由泄洪能力不足导致溃坝的占34.94%。

图4　各种坝高分布

图6　ICOLD按坝高统计的溃坝百分比

从我国建坝的历史来看,绝大多数坝都是建国初期几个年代修建的,水文系列短,对水库防洪库容和泄洪能力估计不足,再加上技术水平有限和没有意识到后果的严重性,许多水库设计和建设标准低。在所有漫顶而溃决的水库中,处于施工期破坏的占18%,处于停建状态破坏的占10.1%。表6还给出了不同历史时期各种原因引起溃坝所占的比例。从表6中可以看出,各个时期漫顶和质量问题是最主要的两种原因,20世纪80年代之前由漫顶而破坏的超过了一半

图5　根据国际大坝委员会的坝高分类进行的溃坝统计

以上,90年代以后由漫顶而破坏的比例有所增加,这是因为这一时期全球气候变化,我国发生了几次流域历史大洪水。

从前面的分析可以看出,所有坝型中土坝所占的比例超过90%,渗流是土坝破坏的主要原因。均质土坝由于坝体尺寸不足导致失事是最主要的原因。其它薄弱环节,包括新老坝体接触面、溢洪道与坝体接触处、涵洞(管)与坝体接触处、坝体新老接合面等,这些部位处理不好很容易发生渗漏破坏。

图6给出了ICOLD统计分析得出的各类坝高溃坝分布图。从图中可以看出,低坝所占的比例达到70%。比较国内外数据可以发现,已溃坝中低坝所占的比例很大,而国际大坝委员会仅把15m以上的坝登记注册,我国已溃坝中坝高低于15m的超过58%。这是我国溃坝率偏高的主要原因之一。

3　溃坝原因分析

表5列举了各种破坏原因导致的溃坝数及相应的比例,表中还列举出了正常运行水库各种破坏原因导致的溃坝数及相应的比例。

《全国水库垮坝登记册》将水库溃决的原因分为5

124　结　语

从统计分析可以得出以下结论。

(1)我国水库大坝溃决的数量巨大,但年间分布相差大,溃坝主要发生于20世纪80年代之前。其中

127

解家毕,等∥全国水库溃坝统计及溃坝原因分析

表5　各种原因溃坝数和百分比

序号

溃坝原因

溃坝原因细项

超标准洪水泄洪能力不足

坝体渗漏坝体滑坡坝体质量差坝基渗漏

坝基滑动或塌陷

岸坡与坝体接头处渗漏溢洪道与坝体接触处渗漏溢洪道质量差涵洞(管)与坝体接合处渗漏涵洞(管)质量差生物洞穴

新老接合处渗漏超蓄

3

管理不当

维护运用不良

溢洪道筑埝不及时拆除无人管理

库区或溢洪道塌方人工扒坝

4

其它

工程设计布置不当上游垮坝其它

5

原因不详

原因不详合　　计

溃坝数/座[***********][***********][***********]8

百分比/%12.5838.6516.953.231.431.140.172.260.635.494.431.140.110.401.141.770.431.461.942.320.570.140.141.46100.00

正常运行的

溃坝数/座

[***********][***********][**************]93

百分比/%12.9134.9419.063.641.341.300.212.930.844.395.771.130.130.461.341.300.461.592.092.420.590.080.081.04100.00

(5)1954～2006年的53年之间,全国的多年平均溃坝几率为:中型水库8.11×10,小型水库7.70×10。正常运行水库溃坝的多年平均

-4

溃坝几率为:中型水库3.40×10,小型水库5.35×10

-4

-4

-4

1漫顶

。

(6)从各种破坏原因来看,漫顶是最主要的原因,占47.85%,其中由超标准洪水导致漫顶破坏的占12.91%,由泄洪能力不足导致溃坝的占34.94%。从我国建坝的历史来看,绝大多数坝都是建国初期几个年代修建的,水文系列短、对水库防洪库容和泄洪能力估计不足,再加上技术水平有限和没有意识到后果的严重性,许多水库都是边设计边施工而建成的。在所有漫顶而溃决的水库中,处于施工期破坏的占18%,处于停建状态破坏的占10.1%。这是我国水库溃坝率偏高的另一个原因。

致谢:在本文溃坝数据收集过程中,得　

到了许多单位和专家的无私帮助,在此一并表示感谢。

2质量问题

表6　各个时期不同溃坝原因导致溃坝比例

时　　间1954～1980年底

1981～1990年底1991～2006年底

漫顶51.537.365

质量问题38.535.929

管理不当4.215.52.7

其它

原因4.611.33.5

原因

不详1.2——

%

合计100100100

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有两个溃坝高峰期:1959～1961年,1973年前后。

(2)从水库规模上看,小(2)型坝占绝大部分,占总溃坝数的76.9%。从坝高看,坝高低于15m的超过58%,而国际大坝委员会仅把15m以上的坝登记注册,这是我国溃坝率感觉偏高的主要原因之一。

(3)已溃坝中土坝所占的比例超过90%,而均质土坝溃坝占总数的85%以上。(4)全国水库溃坝率为4.11%,正常运行水库溃坝率为2.81%。溃坝率超过20%的省份(自治区)有5个,分别是山西、内蒙、甘肃、宁夏和新疆。从地域上来看,这几个省份(自治区)都是雨水相对较少的区域,且至2005年已建成坝数都不超过1000座。建成坝数超过1000座的省份,溃坝率最小的是江西省,溃坝率为1.81%。

(责任编辑　林雁庆)

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