摘要：對水電站大壩事故的反饋分析表明，大多數(shù)事故與設(shè)計階段的失誤、施工過程遺留下的隱患、運行管理中的差錯等因素有關(guān)。應強化設(shè)計、施工、運行全過程的風險意識和安全管理。對運行中的大壩要堅持實施定期檢查，及時維修加固和改造，認真進行安全注冊，嚴密制定汛期和低水位時的防范措施，加大科研力度和開展險情預計，以防止重大事故的突然發(fā)生。
關(guān)鍵詞：水電站大壩；大壩失事；潰壩；大壩安全
我國是世界壩工大國，修建了8萬多座壩，水庫總庫容約4700億m3，這些工程興利除害，為國民經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。我國由電力部門負責管理的130多座水電站大壩，從數(shù)量上看，雖然只占全國筑壩總數(shù)的很小一部分，但在國計民生中卻占有特別重要的地位，這130多座水電站的裝機容量，約占全國水電總裝機的60%。在130多座大壩中大多數(shù)為高壩大庫，總庫容約2000億m3，這些大壩的安全，不僅直接影響到水電站自身發(fā)、供電效益的發(fā)揮，并與下游人民的生命財產(chǎn)、國民經(jīng)濟建設(shè)命脈乃至生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。水電站大壩與世界上所有建筑物一樣，都有一個建成使用、漸趨老化直到消亡的過程，人們奮斗的目標，就是要對這一過程實行有效的控制，延長大壩的正常使用年限，避免大壩潰決失事造成巨大災難。大壩潰決失事是一種突發(fā)性事件，當其發(fā)生時已無法挽回，但引起大壩潰決失事的原因，是有規(guī)律可尋的，多數(shù)大壩的潰決失事，是某些不安全因素由量變發(fā)展到質(zhì)變的結(jié)果。如何從大壩已經(jīng)發(fā)生的一些事故中，總結(jié)出經(jīng)驗教訓，及時采取對策，消除大壩的病害和隱患，防微杜漸，防患于未然，這是擺在廣大壩工建設(shè)和管理人員面前的重大課題。
1 主要事故回顧
我國20世紀70年代河南板橋、石漫灘兩座水庫潰壩，給社會和人民帶來極大災難；20世紀90年代青海溝后水庫潰壩，再次造成巨大損失。這3座水庫潰壩事件，留下了讓人們永遠難忘的深刻教訓。多年來，我國大、中型水電站大壩雖未發(fā)生潰壩失事，但重大工程事故卻多次出現(xiàn)，個別裝機容量較小的大壩，也曾潰決失事?，F(xiàn)將1961至1998年之間，水電站大壩發(fā)生的21起事故。前事不忘，后事之師，認真分析這些事故的原因，從中吸取深刻教訓，無疑是非常必要的。
2 事故原因分析
科學技術(shù)發(fā)展到今天，人們還不能駕馭洪水和地震，無法杜絕自然災害的破壞，做不到確保大壩的絕對安全。但對大壩事故的反饋研究表明，絕大多數(shù)事故與人們的主觀認識不足或工作失誤有關(guān)?，F(xiàn)結(jié)合上述典型事故，按設(shè)計、施工和運行三個階段，對事故原因作概略的分析。
2．1 設(shè)計階段的失誤
在設(shè)計階段，壩址確定、總體布置、壩型選擇、洪水演算等重大問題的決策若有失誤，將會給建成以后的大壩，帶來難以更改的先天不足，甚至鑄成重大事故。實踐證明，黃龍灘、白山等工程的總體布置，對泄洪水霧飄移危害認識不足，廠房和開關(guān)站置于水霧密集區(qū)，又無有效防范措施，這是造成這兩起水淹廠房事故的重要原因。選用單支墩大頭壩型時，對溫度應力的影響程度、上游面裂縫可能產(chǎn)生的危害，和對混凝土強度的要求等問題，分析研究深度不夠，致使已建成的幾座單支墩大頭壩，幾乎都受到大型貫穿裂縫的困擾。梅山連拱壩在勘測選址時，對右岸的地質(zhì)、地貌判斷失當，將右岸壩基置于一個三面臨坡的單薄山脊處，而右壩座基巖被三組裂隙交叉切割，破壞了岸體的整體性，這就為庫水滲入，裂隙揚壓力增加，抗剪強度降低，引起壩體側(cè)向錯動創(chuàng)造了條件；在右岸裂隙發(fā)育區(qū)，未設(shè)置排水孔排水減壓，導致滲壓聚集到十分巨大的程度，最終超過抗滑力而發(fā)生基巖錯動，這一失誤的教訓，對于其它類似大壩都有借鑒作用。紀村壩基紅層以粘土質(zhì)粉砂巖為主，粘土礦物中親水性強、分散性和膨脹性大的蒙脫石含量高，壩基有多條斷層穿過，壩前庫水在低水位時受附近黃鐵礦礦化帶影響呈強酸性，對壩基紅層有強烈侵蝕作用，由于前期勘探工作深度不夠，未能查清這些重要工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題；在設(shè)計中對紅層遭受破壞的機理認識不足，對于一定深度內(nèi)的斷裂構(gòu)造帶的滲漏破壞問題，沒有給予應有的重視，當7號壩段基坑開挖發(fā)現(xiàn)斷層多處夾泥且有泉水出露時，只用深為80cm的常規(guī)混凝土塞處理，運行實踐反饋說明，這一措施沒有見效?？κ惨患壌髩挝挥诟叩卣鹆叶葏^(qū)，而粘土斜墻壩的抗震性能差，原設(shè)計在選擇這種壩型時，未能對其抗震性能作出科學論證，同時又不適當?shù)貙⒎罎B膜放在斜墻下游側(cè)，形成潛在的最薄弱滑裂面，因而在1985年大地震時，使大壩迎水面滑落庫中。
2．2 施工階段遺留下的隱患
施工是實現(xiàn)設(shè)計藍圖的重要階段，從基礎(chǔ)開挖、壩體澆筑、設(shè)備安裝到竣工清理的一道道工序中，某一道工序出現(xiàn)失誤，都可能遺留下產(chǎn)生事故的隱患。湖南鎮(zhèn)大壩12號壩段壩踵部位基礎(chǔ)開挖時，尚有超過20m2的緩傾角裂隙覆蓋層未予撬除就搶澆基礎(chǔ)薄層混凝土，并受到周圍基礎(chǔ)開挖放炮的震動影響；當壩體混凝土澆筑到一定高度后該壩段留作施工導流過水缺口，后在長期間歇的混凝土上快速澆筑上部壩體，一、二期冷卻工序未能跟上，沒有達到穩(wěn)定溫度即進行甲、乙縱縫灌漿，導致縱縫張開0。6～1。0mm，使上游面壩基垂直應力受到損失，這些因素致使12號壩段帷幕前壩基面和淺層基巖成為滲流暢通的薄弱部位，是帷幕在高水頭作用下失穩(wěn)的重要原因。鳳灘大壩溢流面混凝土墩未清理，天橋大壩檢修平臺施工門封堵不嚴，都造成水淹廠房的重大事故。白山大壩基礎(chǔ)帷幕前的鉆孔，在施工時沒有灌漿也未封堵，這一遺忘險些造成重大損失。柘林泄洪放空洞左孔檢修門槽的破壞，主要原因是未按圖紙施工，沒有將護角板(水封座板)與主軌用螺栓穿孔連接起來并整體封焊，而是將護面板切割成槽形插在螺栓處，且未封焊；其次是二期混凝土質(zhì)量差，在長期泄洪水流的沖擊振動和護角板與二期混凝土之間滲壓的作用下，導致護角板翹起破壞。紀村壩基紅層迅速泥化、軟化的一個重要原因，是施工中的失誤和事故，該壩壩基開挖時部分壩段欠挖1m左右，遺留下滲透性大的表層破碎巖石；在接近建基面30～50cm范圍未按要求用人工撬挖，仍放炮松動，造成軟弱紅層表面裂隙增多；澆筑基礎(chǔ)混凝土前，曾用高壓水沖洗建基面；有部分壩段未及時澆筑基礎(chǔ)層混凝土，致使建基面長期暴露經(jīng)受日曬、雨淋、水泡，使紅層遭受一定程度的破壞；7號壩段上游側(cè)固結(jié)灌漿時由于下游側(cè)基礎(chǔ)層混凝土僅厚0。75～1。0m，齡期僅10d，灌漿壓力也未能適當控制，結(jié)果造成下游側(cè)基巖抬動，基礎(chǔ)層混凝土產(chǎn)生大面積X型裂縫，縫長達33。5m，最大縫寬達5mm，未作徹底處理即在其上繼續(xù)澆筑混凝土，這一事故與該部位紅層惡化有著直接關(guān)系。龔嘴大壩尾水部位4。7萬m3施工棄碴未予清除，不僅抬高尾水位降低了發(fā)電廠房的防洪標準，也是形成淘刷兩岸側(cè)墻破壞力的主要因素之一。喀什一級大壩在1982年前施工中，無論是壩體還是防滲斜墻，都未進行碾壓，相對密度低，強震時容易液化和沉陷，是1985年大壩整體破壞的原因之一。
2．3 運行管理中的諸多問題
相對于設(shè)計和施工階段，運行階段是受益階段，但在發(fā)揮工程效益的過程中，一定要貫徹安全第一的方針，否則，從長遠觀點和全局利益考慮，不僅不能獲得效益，反而可能會造成重大災害，或者使大壩遭受嚴重損壞。佛子嶺大壩1969年的漫壩事故，其重要原因就是因為盲目追求灌溉效益，不了解洪水出現(xiàn)的隨機特性，汛期不適當?shù)靥Ц哌\行水位，減少了防洪庫容。陳村大壩1977～1979年下游面大型水平裂縫明顯擴展，壩體嚴重受損的一個重要原因，也是因為片面追求下游的灌溉效益，在這幾年之內(nèi)，當?shù)靥鞖飧珊?，來水量少，大壩長期遭遇低水位與高溫、低溫組合的不利運行荷載，當庫水位已下降至死水位時，仍敞開中孔放水，使庫水位在3年中有720d低于死水位，壩頂向上游的位移量逐步加大，造成下游面水平裂縫不斷擴展。運行管理中的一些疏忽或失誤，往往直接造成事故，帶來重大損失，如佛子嶺大壩1969年汛期提升閘門的關(guān)鍵時刻，閘門開啟2／3時電源中斷，因無備用電源，閘門不能全開，影響了泄洪，是造成洪水漫壩事故的原因之一?；佚埳酱髩我驗闊o可靠電源和閘門操作不規(guī)范，先后兩次造成洪水漫過閘門頂?？κ惨患壌髩?998年泄洪時，在閘門提起過程中因輸電桿倒桿失電，又無備用電源，使閘門開度不足，影響泄洪能力，這是該壩洪水漫壩導致潰壩的一個重要原因。黃龍灘、天橋等大壩泄洪時水淹廠房，與設(shè)計、施工中的一些失誤固然有關(guān)，但運行人員思想麻痹，安全檢查不嚴，防范措施不周，水情預報不準，排水泵運轉(zhuǎn)失靈，備用電源中斷等方面的問題，也是造成事故的一些原因。當大壩已有嚴重缺陷急需補強加固時，管理人員的掉以輕心或者方案長期不定，往往會貽誤時機造成損失，如豐滿大壩施工質(zhì)量差，運行年代長，遭受凍融破壞嚴重，混凝土老化脆弱，需要及時維護和補強加固，電廠曾多次申報，但因方案久議不決，資金來源渠道不暢等原因，未能防范在先，直到溢流面混凝土1986年大面積沖刷破壞后，才被迫承險搶修。大壩加固方案缺乏科學論證，也有可能達不到加固目的，如新豐江大壩1962年地震破壞之前，1960年曾發(fā)生過地震，研制加固方案時，對設(shè)計抗震荷載和抗震措施分析研究得不夠，加固后1962年地震時仍受到破壞，1962年的加固措施也有一些不合理的地方，有待進一步探討和研究。喀什一級大壩1985年被地震嚴重損壞后，為了能在短時段內(nèi)恢復發(fā)電，只對大壩做了修復，受損閘體未做根本處理，給1998年大洪水泄洪時遺留下重大隱患，是造成潰壩的主要原因之一；1998年潰壩后修復設(shè)計方案中，未將壩頂防浪墻與粘土心墻連接起來，1999年特大洪水時水位超過粘土心墻頂0。63m，洪水已經(jīng)漫壩，只是歷時較短，才未再次造成洪水漫壩導致潰壩的嚴重事故。
3 對策
自20世紀80年代以來，我國政府以及壩工界廣大科技人員，為確保水電站大壩的安全，努力探索，勇于實踐，將國外先進經(jīng)驗與我國國情相結(jié)合，采取了一系列重大舉措，取得了顯著的成效。隨著社會的發(fā)展和公共安全觀念的普及，對水電站大壩的安全可靠性，有了更高的要求。本文在總結(jié)10多年來工作的基礎(chǔ)上，參照國際上大壩安全技術(shù)的最新發(fā)展情況，歸納出以下6條安全對策。
3．1 強化風險意識，加強法制建設(shè)
實踐證明，大壩的建設(shè)和管理，必須轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)觀念，強化風險意識。首先，要對大壩的特殊性有充分的認識，水電站大壩是一種特殊建筑物，其特殊性，一方面體現(xiàn)在大壩一旦失事，將給下游造成無可挽回的重大災難；另一方面，與一般建筑物相比較，大壩的體量龐大，邊界約束條件復雜，在勘測設(shè)計中壩體本身及其地基的許多性能和技術(shù)參數(shù)，還難以準確查明和確定，有的壩型如土石壩的設(shè)計還需以經(jīng)驗為主，大壩施工周期一般較長，干擾因素多，難以完全達到設(shè)計藍圖的要求，建成后的大壩，不僅長期承受水壓力、滲壓力等巨大荷載，并不斷遭受到滲流、溶蝕、沖刷、凍融等有害作用，還有可能遭遇特大洪水和地震的破壞，因此，每座大壩實際上都存在一定的失事風險，對于習慣于按確定論思考問題的我們來說，對此要有一個清醒的認識。其次，大壩的安全應在設(shè)計、施工和運行每個環(huán)節(jié)都得到保證，這是強化大壩風險意識的另一個重要問題。如前所述，設(shè)計、施工和運行中的任何失誤和疏忽，都將影響到大壩的風險度，都有可能釀成大禍；這三個階段是一個連貫的整體，必須加強全過程安全管理，相互之間應按照有關(guān)技術(shù)規(guī)程和規(guī)范，加強協(xié)作，有機聯(lián)系，要精心設(shè)計，精心施工，嚴格進行蓄水和竣工安全鑒定，為大壩運行提供安全基礎(chǔ)，運行要主動為設(shè)計、施工反饋信息，共同努力，提高設(shè)計、施工和運行管理水平，確保大壩的安全。
1987年《水電站大壩安全管理暫行辦法》由原水利電力部頒發(fā)，這是我國政府以及壩工界大壩風險意識明顯增強的反映，是在依法管壩道路上邁出的第一步。10多年的實踐充分說明，立法工作是確保大壩安全最重要的一項措施。當前，根據(jù)國家機構(gòu)改革和政府職能調(diào)整的實際情況，要繼續(xù)加強法制建設(shè)，不斷完善法規(guī)體系，尤其是要抓緊以下幾方面的立法工作：由于保證大壩安全不僅僅是一個企業(yè)行為，而且是一個公共安全問題，因此，要通過立法，明確大壩業(yè)主或主管部門的責任，還要明確各級政府應負的責任和具有的權(quán)力；在由計劃經(jīng)濟向社會主義市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)變過程中，對承擔大壩安全檢查、加固等工作的單位，進行資質(zhì)確認，對參加定期檢查專家組的技術(shù)人員進行資格考核，這些都是事關(guān)大壩安全管理工作質(zhì)量的關(guān)鍵，需用立法加以具體規(guī)定。
3．2 堅持實施定期檢查
我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(定檢)，是對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價，至1998年底，按計劃完成了96座水電站大壩的首輪定檢。在首輪定檢中，根據(jù)設(shè)計復核、施工復查、運行總結(jié)和現(xiàn)場檢查的情況，從設(shè)計標準、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能以及近壩庫岸滑坡等方面，對20世紀80年代末以前投入運行的96座大壩安全狀況，作出了評價，被評為險壩的2座，病壩7座，其余87座壩為正常壩。9座險、病壩的缺陷嚴重，亟待加固處理，而其它正常壩一般也都不同程度地存在著一些缺陷。通過首輪定檢，摸清了影響大壩安全的幾個重要問題：①防洪標準偏低是主要問題之一，約有1／3的大壩，原設(shè)計時采用的防洪標準低于現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，或是因上游梯級水庫未建使防洪標準不能滿足要求，個別大壩泄洪設(shè)施存在嚴重缺陷影響泄洪能力；②混凝土壩產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象十分普遍，約有2／3的混凝土壩存在較多的裂縫，有的壩裂縫規(guī)模大，破壞了大壩的整體性，有的壩裂縫已貫穿上下游或與伸縮縫連通，因而滲漏嚴重，個別壩的裂縫已影響到壩體的穩(wěn)定；③混凝土低強、老化和凍融破壞也是一個重要問題，尤其是修建年代較早、位于高寒地區(qū)的大壩，這類問題比較突出，由于這些壩混凝土強度偏低、密實性差、凍融剝蝕嚴重，降低了大壩的安全度；④壩基存在隱患、滲流有異?，F(xiàn)象的大壩約占總數(shù)的1／3，有的大壩斷層和軟弱夾層處理效果不理想，有的壩基防滲帷幕隨著時間的推移，防滲能力明顯降低；⑤大壩監(jiān)測設(shè)施是保證大壩安全運行的耳目，其作用十分重要，但約有80%的大壩，存在監(jiān)測項目不全，監(jiān)測設(shè)施陳舊，監(jiān)測成果精度低，可靠性差等問題，個別壩甚至沒有布設(shè)監(jiān)測設(shè)施．
96座大壩首輪定檢的成果有力地證明，定檢是一項確保大壩安全的行之有效的重要措施，應持續(xù)不斷地定期開展下去。自1997年開始，我國水電站大壩第二輪定檢拉開序幕，計劃到2003年底，完成130座大壩的定檢任務(其中二輪二次定檢的大壩為94座)。截止2000年4月底，已有18座大壩完成了二輪定檢(其中二輪二次定檢的大壩10座)，還有27座大壩正在進行二輪定檢。二輪二次定檢應在首輪定檢的基礎(chǔ)上適當簡化，重點檢查首次定檢后大壩的現(xiàn)狀及運行性態(tài)，將大壩水下檢查、水工金屬結(jié)構(gòu)檢測和大壩觀測資料分析作為檢查工作的重點內(nèi)容。
3．3 及時維修、加固和改造
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國90多座大、中型水電站大壩10多年來共完成規(guī)模較大的維修、加固和改造項目600多項，大致可歸納為以下10個方面：①壩頂、防浪墻頂、防滲心墻頂加高；②壩體裂縫處理；③壩體、壩基預應力錨固；④壩基防滲補強；⑤壩體防滲和壩面保護；⑥溢洪道、泄洪洞、泄洪閘加固或擴建；⑦壩后尾水消能防沖；⑧邊坡防護；⑨監(jiān)測設(shè)施更新改造；⑩水工金屬結(jié)構(gòu)維護或更新。經(jīng)過10多年的不懈努力，我國水電站大壩安全狀況得到全面改善，根據(jù)1986年普查情況，計劃于2000年以前進行除險加固的22座大壩，除個別大壩外已基本完成除險加固任務，在首輪定檢9座缺陷嚴重的險、病壩中，青銅峽大壩已經(jīng)“脫帽”，修文、綠水河、以禮河四級3座大壩已基本具備“脫帽”條件。
大壩維修、加固和改造需要有一定的資金投入，前述600多項工程累計投入的總費用約8億元。但事實表明，多數(shù)大壩是以較小的資金投入獲取明顯的發(fā)電經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。就水電站的發(fā)電而言，能按設(shè)計標準擋水和泄洪的大壩，是保證正常發(fā)電的基本條件。少數(shù)缺陷嚴重曾被迫降低水位運行的大壩，消除缺陷后水庫運行水位恢復到原設(shè)計標準，減少了電能損失，如洪門和南水大壩，加固后每年減少電能損失分別約為4500萬kW·h和205萬kW·h；紀村大壩加固前年發(fā)電量僅為設(shè)計年發(fā)電量的15％～10％，加固過程中運行水位逐步抬高，年發(fā)電量隨之增加，至加固結(jié)束時已達年設(shè)計發(fā)電量的75%。個別大壩加固后可抬高汛限水位，減少棄水增加電能，如大洪河大壩擴建溢洪道后增大了泄洪能力，可將汛限水位抬高2m，每年約可增發(fā)電能1000萬kW·h。在防洪方面，一些缺陷嚴重而又承擔重要防洪任務的大壩，通過加固消除缺陷后，發(fā)揮出巨大的作用。1995年東北松花江發(fā)生大洪水時，經(jīng)過補強加固、安全狀況得到改善的豐滿大壩，與上游白山大壩水庫聯(lián)合調(diào)度，充分發(fā)揮滯洪削峰作用，大大減輕了下游洪水壓力，避免了第二松花江堤防決口，僅吉林省范圍就減少損失達176。8億元。1996年安徽南部發(fā)生100年一遇大洪水，曾因缺陷嚴重被迫長期降低水位運行，加固至1993年底才達到正常壩標準的陳村大壩，兩次發(fā)揮滯洪削峰作用，使下游災情得以最大程度的控制，減災效益達51。6億元。柘溪大壩曾因缺陷嚴重被列為全國重點加固工程，在1996年湖南發(fā)生大洪水時經(jīng)受住了1000年一遇特大洪水的考驗，與五強溪、鳳灘大壩聯(lián)合滯洪削峰，使下游總共952萬人口、597億元固定資產(chǎn)得以安全渡汛。柘林大壩也曾因缺陷嚴重被列為全國重點危險大壩，經(jīng)過多次補強加固，增強擋水能力，在1998年長江大洪水中共攔蓄洪水近60億m3，對降低鄱陽湖水位、減少淹沒損失和保衛(wèi)京九鐵路大動脈的暢通，作出了巨大貢獻。
3．4認真進行大壩安全注冊
1996年原電力工業(yè)部頒發(fā)了《水電站大壩安全注冊規(guī)定》，規(guī)定電力系統(tǒng)水電站大壩均要辦理安全注冊，具體要求是，根據(jù)大壩安全狀況和管理狀況，將大壩分為甲、乙、丙三級，實行百分制分項評分考核，經(jīng)申報和審核合格后，發(fā)給證書，不符合條件者，不予注冊發(fā)證，并限期整改；每年公布注冊名單，若在規(guī)定期限內(nèi)無正當理由不申報注冊登記者，屬違章運行，造成大壩事故的，按有關(guān)法規(guī)追究責任。首批于1998年公布的1997年度審核定級名單中，共有107座壩申報注冊，其中定級為甲級壩97座，乙級壩7座，丙級壩2座，有1座壩不符合條件不予注冊；1998年又有4座壩申報注冊，經(jīng)審核和對原已注冊大壩的復查，在1999年公布的1998年度獲準注冊的110座壩中，定級為甲級壩100座，乙級壩8座，丙級壩2座。
大壩安全注冊是對大壩安全程度和管理水平兩方面的綜合考核。一座符合國家設(shè)計標準、壩體自身性態(tài)完好、能正常發(fā)揮其各項功能并有一定安全儲備的大壩，是保證大壩安全運行的基礎(chǔ)；制定嚴密的規(guī)章制度并得到認真執(zhí)行，具備充足的檢查和加固費用，配備了具有豐富經(jīng)驗和工程知識的人才，是保證大壩安全運行的必要條件。只有上述物質(zhì)基礎(chǔ)和人為因素兩方面的完整結(jié)合，才能使大壩安全得到真正的保障。
大壩安全注冊的一個重要特點，是實行動態(tài)管理。甲級和乙、丙級大壩有不同的注冊有效期，期滿前須申請換證。在有效期內(nèi)，若大壩注冊后新出現(xiàn)的重大缺陷未能按計劃消除，或不按計劃進行定檢，或因人為原因發(fā)生重大事故，則將重新評定注冊級別或取消注冊登記；原來持有乙、丙級注冊登記證，或未取得登記證，或被取消注冊登記的大壩，具備條件時，可隨時申報升級或要求注冊。這樣的規(guī)定，適應了大壩安全狀況的動態(tài)變化規(guī)律，也促使大壩主管單位和水電廠，為改善大壩安全狀況和提高自身管理素質(zhì)而不斷地努力。
3．5 重點抓好汛期和低水位運行的安全管理
我國位于亞歐大陸東南部，地域廣闊，氣候條件十分復雜，不可預見的因素很多，瀕臨海洋的沿海地區(qū)具有明顯的季風氣候特點，內(nèi)陸地區(qū)近年來因全球氣溫變暖現(xiàn)象影響到冰雪融化，也頻繁發(fā)生特大洪水，每年汛期都是對水電站大壩的嚴峻考驗。汛期是大壩事故的多發(fā)時段，對大壩事故的統(tǒng)計表明，1／2以上發(fā)生在汛期。要按照《水電廠防汛管理辦法》的規(guī)定，使防汛工作正規(guī)化、規(guī)范化、制度化。根據(jù)多年防汛工作的實踐情況，以下兩個重要問題應引起高度重視。一個是泄洪閘門啟閉設(shè)備的備用電源問題。1969年佛子嶺洪水漫壩、1976年和1978年回龍山洪水漫過閘門頂、1998年喀什一級大壩潰壩，都與泄洪閘門失去正常啟閉電源而又無備用電源有關(guān)。另一個重要問題是，汛期壩前水位被人為逼高，若再來一定設(shè)計標準的大洪水，就有可能引起洪水漫壩造成巨大災難，面臨這樣的嚴峻局面，在積極向防汛指揮部門反映情況，力爭避免出現(xiàn)這種情況的同時，努力做好洪水預報和高水位時大壩的監(jiān)測工作，顯得更加重要，要及時將雨情、水情和大壩性態(tài)變化資料向有關(guān)領(lǐng)導部門反映，供決策時參考；為了使損失減輕到最小程度，各水電廠都應制定對于超標準洪水的應急措施。
一些大壩的運行實踐表明，低水位運行有可能對大壩結(jié)構(gòu)造成損壞。我國20世紀五六十年代興建的拱壩，一般在設(shè)計時未考慮死水位加溫升的組合情況；我國現(xiàn)行拱壩設(shè)計規(guī)范，從安全和經(jīng)濟綜合協(xié)調(diào)出發(fā)，不把最大溫升或最大溫降作為溫度荷載，也不考慮最大溫升和可能出現(xiàn)的低庫水位進行組合，但并不是這種運行工況不存在。前述陳村拱壩1977～1979年，連續(xù)遭遇低水位高溫、低水位低溫不利荷載組合的作用后，下游壩面水平向裂縫大幅度擴展，使壩體嚴重破損是一個典型事例，類似情況，泉水、豐樂、流溪河、里石門、響洪甸等拱壩也曾不同程度地發(fā)生過。對于拱壩而言，連續(xù)遭受低水位高溫、低水位低溫不利荷載組合后，拱壩上游面也會遭到一定程度的損害，由于此時拱軸伸展，上游壩面水平向呈受拉狀態(tài)，同時又疊加遭受低溫荷載的沖擊，將促使上游壩面產(chǎn)生豎向裂縫或使已有的豎向裂縫進一步擴展，陳村和響洪甸拱壩都曾發(fā)生過這種情況。對于體型單薄的連拱壩來說，低水位低溫荷載組合的影響尤為敏感，它加劇拱筒收縮，促使拱筒上一些結(jié)合比較薄弱的建筑縫受拉而開裂，如佛子嶺連拱壩經(jīng)過1954、1955和1959年冬三個低水位低溫運行期，拱筒下部建筑縫開裂現(xiàn)象逐漸嚴重，部分產(chǎn)生滲水，1965年放空水庫時，建筑縫開裂發(fā)展迅速，已占建筑縫總數(shù)的57。7%。在運行中若出現(xiàn)長期低水位運行情況時，應加強大壩的巡視檢查和觀測資料分析，發(fā)現(xiàn)重大異常要及時上報，盡量防止對壩體形成嚴重損壞，對產(chǎn)生的危害性裂縫要及時進行修補；已經(jīng)歷長期低水位運行并遭受嚴重損害的大壩，要通過設(shè)計復核，推求出最低允許運行水位，以防壩體應力狀態(tài)進一步惡化，避免壩體受損程度加劇。
3．6 大力開展科研攻關(guān)和險情預計工作
大壩安全理論與技術(shù)蘊含內(nèi)容豐富，屬邊緣交叉學科，它不僅涉及到水文、氣象、地質(zhì)、地震、水工建筑、大壩性態(tài)分析技術(shù)、大壩病害診斷技術(shù)、大壩修補材料和施工技術(shù)等諸多學科，還與系統(tǒng)決策學、工程經(jīng)濟學、社會管理學等密切相關(guān)。目前亟待研究的課題較多，其中有3個課題的研究價值尤為突出。第一個是大壩安全狀態(tài)評價方法的研究。我國在20世紀80年代研制了一套水電站大壩安全狀態(tài)評價方法，與國外大壩風險評價方法相比較，該方法評價的范圍，集中在壩體和壩址附近，對大壩失事風險這個極為重要的評價內(nèi)容，只在設(shè)計標準、壩體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)計算中，從工程的重要性即工程等級上，隱含了一些對大壩失事風險的評價，相對而言，國外的大壩風險評價方法，對大壩失事的調(diào)查研究和分析評判比較全面，比較科學，值得我們借鑒學習。第二個是大壩觀測資料分析質(zhì)量和監(jiān)控指標的研究。從觀測資料分析的實踐情況來看，決定分析質(zhì)量的關(guān)鍵，主要不在于分析模型的復雜程度，而是如何將數(shù)學模型分析成果，結(jié)合工程實際，對大壩的一些異常現(xiàn)象，作出科學合理的物理成因解釋；10多年來，有關(guān)壩體變形監(jiān)控指標的理論研究逐步深入，但真正應用到實踐中的比較少，必須理論聯(lián)系實際，使大壩的一些力學參數(shù)反演值更精確，研制出合乎客觀實際情況的變形監(jiān)控指標。第三個是水下修補技術(shù)的研究。一些大壩的重大缺陷，由于水下修補材料和施工技術(shù)不能滿足要求，長期以來得不到解決，要組織力量在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，盡早突破深水下修補這一難關(guān)。
大壩險情預計工作十分重要，但我國至今尚未正式開展這項工作。國外有些國家早在20世紀六七十年代就著手制定相應的法規(guī)或法令，近年來，有的國家已在部分大壩開始實施險情預計方案。為了保證國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會大局的穩(wěn)定，在萬一發(fā)生潰壩事故時將危害減小到最低程度，必須將險情預計工作提上議事日程，逐步對每一座壩可能的失事模式、失事后果包括淹沒范圍和損失程度，以及在險情出現(xiàn)和失事時如何采取應付對策、發(fā)布警報、組織撤退等，都事先進行預計，做到心中有數(shù)。特別是那些下游有重要城鎮(zhèn)的險、病壩，在抓緊除險加固的同時，應從現(xiàn)在開始，為開展險情預計工作做好準備，盡早實施。制定出的險情預計和報警計劃，應作為內(nèi)部文件按規(guī)定報上級主管單位會同地方政府審批后，交由防汛指揮部門掌握使用。
4 結(jié)語
水電站大壩安全責任重于泰山。通過對21起事故的回顧和分析，說明在大壩設(shè)計、施工和運行過程中，任何失誤和疏忽都將影響到大壩的風險度，都有可能鑄成大禍，造成巨大損失，必須加強大壩設(shè)計、施工、運行全過程的安全管理。本文重點針對運行中大壩的安全問題，在總結(jié)10多年工作的基礎(chǔ)上，參照國際上大壩安全技術(shù)最新發(fā)展情況，歸納出6條安全對策，其中有的在實踐中已被證明是確保大壩安全行之有效的重要措施，要堅定不移地繼續(xù)貫徹下去，有的需調(diào)動各方面力量，并與國際上致力于大壩安全的同行們通力合作，共同攻關(guān)。在各級領(lǐng)導的充分重視和大力支持下，通過廣大運行管理和科技人員的不懈努力，我國必將迅速成為壩工建設(shè)和運行管理最先進的國家之一。
關(guān)鍵詞：水電站大壩；大壩失事；潰壩；大壩安全
我國是世界壩工大國，修建了8萬多座壩，水庫總庫容約4700億m3，這些工程興利除害，為國民經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。我國由電力部門負責管理的130多座水電站大壩，從數(shù)量上看，雖然只占全國筑壩總數(shù)的很小一部分，但在國計民生中卻占有特別重要的地位，這130多座水電站的裝機容量，約占全國水電總裝機的60%。在130多座大壩中大多數(shù)為高壩大庫，總庫容約2000億m3，這些大壩的安全，不僅直接影響到水電站自身發(fā)、供電效益的發(fā)揮，并與下游人民的生命財產(chǎn)、國民經(jīng)濟建設(shè)命脈乃至生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。水電站大壩與世界上所有建筑物一樣，都有一個建成使用、漸趨老化直到消亡的過程，人們奮斗的目標，就是要對這一過程實行有效的控制，延長大壩的正常使用年限，避免大壩潰決失事造成巨大災難。大壩潰決失事是一種突發(fā)性事件，當其發(fā)生時已無法挽回，但引起大壩潰決失事的原因，是有規(guī)律可尋的，多數(shù)大壩的潰決失事，是某些不安全因素由量變發(fā)展到質(zhì)變的結(jié)果。如何從大壩已經(jīng)發(fā)生的一些事故中，總結(jié)出經(jīng)驗教訓，及時采取對策，消除大壩的病害和隱患，防微杜漸，防患于未然，這是擺在廣大壩工建設(shè)和管理人員面前的重大課題。
1 主要事故回顧
我國20世紀70年代河南板橋、石漫灘兩座水庫潰壩，給社會和人民帶來極大災難；20世紀90年代青海溝后水庫潰壩，再次造成巨大損失。這3座水庫潰壩事件，留下了讓人們永遠難忘的深刻教訓。多年來，我國大、中型水電站大壩雖未發(fā)生潰壩失事，但重大工程事故卻多次出現(xiàn)，個別裝機容量較小的大壩，也曾潰決失事?，F(xiàn)將1961至1998年之間，水電站大壩發(fā)生的21起事故。前事不忘，后事之師，認真分析這些事故的原因，從中吸取深刻教訓，無疑是非常必要的。
2 事故原因分析
科學技術(shù)發(fā)展到今天，人們還不能駕馭洪水和地震，無法杜絕自然災害的破壞，做不到確保大壩的絕對安全。但對大壩事故的反饋研究表明，絕大多數(shù)事故與人們的主觀認識不足或工作失誤有關(guān)?，F(xiàn)結(jié)合上述典型事故，按設(shè)計、施工和運行三個階段，對事故原因作概略的分析。
2．1 設(shè)計階段的失誤
在設(shè)計階段，壩址確定、總體布置、壩型選擇、洪水演算等重大問題的決策若有失誤，將會給建成以后的大壩，帶來難以更改的先天不足，甚至鑄成重大事故。實踐證明，黃龍灘、白山等工程的總體布置，對泄洪水霧飄移危害認識不足，廠房和開關(guān)站置于水霧密集區(qū)，又無有效防范措施，這是造成這兩起水淹廠房事故的重要原因。選用單支墩大頭壩型時，對溫度應力的影響程度、上游面裂縫可能產(chǎn)生的危害，和對混凝土強度的要求等問題，分析研究深度不夠，致使已建成的幾座單支墩大頭壩，幾乎都受到大型貫穿裂縫的困擾。梅山連拱壩在勘測選址時，對右岸的地質(zhì)、地貌判斷失當，將右岸壩基置于一個三面臨坡的單薄山脊處，而右壩座基巖被三組裂隙交叉切割，破壞了岸體的整體性，這就為庫水滲入，裂隙揚壓力增加，抗剪強度降低，引起壩體側(cè)向錯動創(chuàng)造了條件；在右岸裂隙發(fā)育區(qū)，未設(shè)置排水孔排水減壓，導致滲壓聚集到十分巨大的程度，最終超過抗滑力而發(fā)生基巖錯動，這一失誤的教訓，對于其它類似大壩都有借鑒作用。紀村壩基紅層以粘土質(zhì)粉砂巖為主，粘土礦物中親水性強、分散性和膨脹性大的蒙脫石含量高，壩基有多條斷層穿過，壩前庫水在低水位時受附近黃鐵礦礦化帶影響呈強酸性，對壩基紅層有強烈侵蝕作用，由于前期勘探工作深度不夠，未能查清這些重要工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題；在設(shè)計中對紅層遭受破壞的機理認識不足，對于一定深度內(nèi)的斷裂構(gòu)造帶的滲漏破壞問題，沒有給予應有的重視，當7號壩段基坑開挖發(fā)現(xiàn)斷層多處夾泥且有泉水出露時，只用深為80cm的常規(guī)混凝土塞處理，運行實踐反饋說明，這一措施沒有見效?？κ惨患壌髩挝挥诟叩卣鹆叶葏^(qū)，而粘土斜墻壩的抗震性能差，原設(shè)計在選擇這種壩型時，未能對其抗震性能作出科學論證，同時又不適當?shù)貙⒎罎B膜放在斜墻下游側(cè)，形成潛在的最薄弱滑裂面，因而在1985年大地震時，使大壩迎水面滑落庫中。
2．2 施工階段遺留下的隱患
施工是實現(xiàn)設(shè)計藍圖的重要階段，從基礎(chǔ)開挖、壩體澆筑、設(shè)備安裝到竣工清理的一道道工序中，某一道工序出現(xiàn)失誤，都可能遺留下產(chǎn)生事故的隱患。湖南鎮(zhèn)大壩12號壩段壩踵部位基礎(chǔ)開挖時，尚有超過20m2的緩傾角裂隙覆蓋層未予撬除就搶澆基礎(chǔ)薄層混凝土，并受到周圍基礎(chǔ)開挖放炮的震動影響；當壩體混凝土澆筑到一定高度后該壩段留作施工導流過水缺口，后在長期間歇的混凝土上快速澆筑上部壩體，一、二期冷卻工序未能跟上，沒有達到穩(wěn)定溫度即進行甲、乙縱縫灌漿，導致縱縫張開0。6～1。0mm，使上游面壩基垂直應力受到損失，這些因素致使12號壩段帷幕前壩基面和淺層基巖成為滲流暢通的薄弱部位，是帷幕在高水頭作用下失穩(wěn)的重要原因。鳳灘大壩溢流面混凝土墩未清理，天橋大壩檢修平臺施工門封堵不嚴，都造成水淹廠房的重大事故。白山大壩基礎(chǔ)帷幕前的鉆孔，在施工時沒有灌漿也未封堵，這一遺忘險些造成重大損失。柘林泄洪放空洞左孔檢修門槽的破壞，主要原因是未按圖紙施工，沒有將護角板(水封座板)與主軌用螺栓穿孔連接起來并整體封焊，而是將護面板切割成槽形插在螺栓處，且未封焊；其次是二期混凝土質(zhì)量差，在長期泄洪水流的沖擊振動和護角板與二期混凝土之間滲壓的作用下，導致護角板翹起破壞。紀村壩基紅層迅速泥化、軟化的一個重要原因，是施工中的失誤和事故，該壩壩基開挖時部分壩段欠挖1m左右，遺留下滲透性大的表層破碎巖石；在接近建基面30～50cm范圍未按要求用人工撬挖，仍放炮松動，造成軟弱紅層表面裂隙增多；澆筑基礎(chǔ)混凝土前，曾用高壓水沖洗建基面；有部分壩段未及時澆筑基礎(chǔ)層混凝土，致使建基面長期暴露經(jīng)受日曬、雨淋、水泡，使紅層遭受一定程度的破壞；7號壩段上游側(cè)固結(jié)灌漿時由于下游側(cè)基礎(chǔ)層混凝土僅厚0。75～1。0m，齡期僅10d，灌漿壓力也未能適當控制，結(jié)果造成下游側(cè)基巖抬動，基礎(chǔ)層混凝土產(chǎn)生大面積X型裂縫，縫長達33。5m，最大縫寬達5mm，未作徹底處理即在其上繼續(xù)澆筑混凝土，這一事故與該部位紅層惡化有著直接關(guān)系。龔嘴大壩尾水部位4。7萬m3施工棄碴未予清除，不僅抬高尾水位降低了發(fā)電廠房的防洪標準，也是形成淘刷兩岸側(cè)墻破壞力的主要因素之一。喀什一級大壩在1982年前施工中，無論是壩體還是防滲斜墻，都未進行碾壓，相對密度低，強震時容易液化和沉陷，是1985年大壩整體破壞的原因之一。
2．3 運行管理中的諸多問題
相對于設(shè)計和施工階段，運行階段是受益階段，但在發(fā)揮工程效益的過程中，一定要貫徹安全第一的方針，否則，從長遠觀點和全局利益考慮，不僅不能獲得效益，反而可能會造成重大災害，或者使大壩遭受嚴重損壞。佛子嶺大壩1969年的漫壩事故，其重要原因就是因為盲目追求灌溉效益，不了解洪水出現(xiàn)的隨機特性，汛期不適當?shù)靥Ц哌\行水位，減少了防洪庫容。陳村大壩1977～1979年下游面大型水平裂縫明顯擴展，壩體嚴重受損的一個重要原因，也是因為片面追求下游的灌溉效益，在這幾年之內(nèi)，當?shù)靥鞖飧珊?，來水量少，大壩長期遭遇低水位與高溫、低溫組合的不利運行荷載，當庫水位已下降至死水位時，仍敞開中孔放水，使庫水位在3年中有720d低于死水位，壩頂向上游的位移量逐步加大，造成下游面水平裂縫不斷擴展。運行管理中的一些疏忽或失誤，往往直接造成事故，帶來重大損失，如佛子嶺大壩1969年汛期提升閘門的關(guān)鍵時刻，閘門開啟2／3時電源中斷，因無備用電源，閘門不能全開，影響了泄洪，是造成洪水漫壩事故的原因之一?；佚埳酱髩我驗闊o可靠電源和閘門操作不規(guī)范，先后兩次造成洪水漫過閘門頂?？κ惨患壌髩?998年泄洪時，在閘門提起過程中因輸電桿倒桿失電，又無備用電源，使閘門開度不足，影響泄洪能力，這是該壩洪水漫壩導致潰壩的一個重要原因。黃龍灘、天橋等大壩泄洪時水淹廠房，與設(shè)計、施工中的一些失誤固然有關(guān)，但運行人員思想麻痹，安全檢查不嚴，防范措施不周，水情預報不準，排水泵運轉(zhuǎn)失靈，備用電源中斷等方面的問題，也是造成事故的一些原因。當大壩已有嚴重缺陷急需補強加固時，管理人員的掉以輕心或者方案長期不定，往往會貽誤時機造成損失，如豐滿大壩施工質(zhì)量差，運行年代長，遭受凍融破壞嚴重，混凝土老化脆弱，需要及時維護和補強加固，電廠曾多次申報，但因方案久議不決，資金來源渠道不暢等原因，未能防范在先，直到溢流面混凝土1986年大面積沖刷破壞后，才被迫承險搶修。大壩加固方案缺乏科學論證，也有可能達不到加固目的，如新豐江大壩1962年地震破壞之前，1960年曾發(fā)生過地震，研制加固方案時，對設(shè)計抗震荷載和抗震措施分析研究得不夠，加固后1962年地震時仍受到破壞，1962年的加固措施也有一些不合理的地方，有待進一步探討和研究。喀什一級大壩1985年被地震嚴重損壞后，為了能在短時段內(nèi)恢復發(fā)電，只對大壩做了修復，受損閘體未做根本處理，給1998年大洪水泄洪時遺留下重大隱患，是造成潰壩的主要原因之一；1998年潰壩后修復設(shè)計方案中，未將壩頂防浪墻與粘土心墻連接起來，1999年特大洪水時水位超過粘土心墻頂0。63m，洪水已經(jīng)漫壩，只是歷時較短，才未再次造成洪水漫壩導致潰壩的嚴重事故。
3 對策
自20世紀80年代以來，我國政府以及壩工界廣大科技人員，為確保水電站大壩的安全，努力探索，勇于實踐，將國外先進經(jīng)驗與我國國情相結(jié)合，采取了一系列重大舉措，取得了顯著的成效。隨著社會的發(fā)展和公共安全觀念的普及，對水電站大壩的安全可靠性，有了更高的要求。本文在總結(jié)10多年來工作的基礎(chǔ)上，參照國際上大壩安全技術(shù)的最新發(fā)展情況，歸納出以下6條安全對策。
3．1 強化風險意識，加強法制建設(shè)
實踐證明，大壩的建設(shè)和管理，必須轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)觀念，強化風險意識。首先，要對大壩的特殊性有充分的認識，水電站大壩是一種特殊建筑物，其特殊性，一方面體現(xiàn)在大壩一旦失事，將給下游造成無可挽回的重大災難；另一方面，與一般建筑物相比較，大壩的體量龐大，邊界約束條件復雜，在勘測設(shè)計中壩體本身及其地基的許多性能和技術(shù)參數(shù)，還難以準確查明和確定，有的壩型如土石壩的設(shè)計還需以經(jīng)驗為主，大壩施工周期一般較長，干擾因素多，難以完全達到設(shè)計藍圖的要求，建成后的大壩，不僅長期承受水壓力、滲壓力等巨大荷載，并不斷遭受到滲流、溶蝕、沖刷、凍融等有害作用，還有可能遭遇特大洪水和地震的破壞，因此，每座大壩實際上都存在一定的失事風險，對于習慣于按確定論思考問題的我們來說，對此要有一個清醒的認識。其次，大壩的安全應在設(shè)計、施工和運行每個環(huán)節(jié)都得到保證，這是強化大壩風險意識的另一個重要問題。如前所述，設(shè)計、施工和運行中的任何失誤和疏忽，都將影響到大壩的風險度，都有可能釀成大禍；這三個階段是一個連貫的整體，必須加強全過程安全管理，相互之間應按照有關(guān)技術(shù)規(guī)程和規(guī)范，加強協(xié)作，有機聯(lián)系，要精心設(shè)計，精心施工，嚴格進行蓄水和竣工安全鑒定，為大壩運行提供安全基礎(chǔ)，運行要主動為設(shè)計、施工反饋信息，共同努力，提高設(shè)計、施工和運行管理水平，確保大壩的安全。
1987年《水電站大壩安全管理暫行辦法》由原水利電力部頒發(fā)，這是我國政府以及壩工界大壩風險意識明顯增強的反映，是在依法管壩道路上邁出的第一步。10多年的實踐充分說明，立法工作是確保大壩安全最重要的一項措施。當前，根據(jù)國家機構(gòu)改革和政府職能調(diào)整的實際情況，要繼續(xù)加強法制建設(shè)，不斷完善法規(guī)體系，尤其是要抓緊以下幾方面的立法工作：由于保證大壩安全不僅僅是一個企業(yè)行為，而且是一個公共安全問題，因此，要通過立法，明確大壩業(yè)主或主管部門的責任，還要明確各級政府應負的責任和具有的權(quán)力；在由計劃經(jīng)濟向社會主義市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)變過程中，對承擔大壩安全檢查、加固等工作的單位，進行資質(zhì)確認，對參加定期檢查專家組的技術(shù)人員進行資格考核，這些都是事關(guān)大壩安全管理工作質(zhì)量的關(guān)鍵，需用立法加以具體規(guī)定。
3．2 堅持實施定期檢查
我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(定檢)，是對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價，至1998年底，按計劃完成了96座水電站大壩的首輪定檢。在首輪定檢中，根據(jù)設(shè)計復核、施工復查、運行總結(jié)和現(xiàn)場檢查的情況，從設(shè)計標準、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能以及近壩庫岸滑坡等方面，對20世紀80年代末以前投入運行的96座大壩安全狀況，作出了評價，被評為險壩的2座，病壩7座，其余87座壩為正常壩。9座險、病壩的缺陷嚴重，亟待加固處理，而其它正常壩一般也都不同程度地存在著一些缺陷。通過首輪定檢，摸清了影響大壩安全的幾個重要問題：①防洪標準偏低是主要問題之一，約有1／3的大壩，原設(shè)計時采用的防洪標準低于現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，或是因上游梯級水庫未建使防洪標準不能滿足要求，個別大壩泄洪設(shè)施存在嚴重缺陷影響泄洪能力；②混凝土壩產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象十分普遍，約有2／3的混凝土壩存在較多的裂縫，有的壩裂縫規(guī)模大，破壞了大壩的整體性，有的壩裂縫已貫穿上下游或與伸縮縫連通，因而滲漏嚴重，個別壩的裂縫已影響到壩體的穩(wěn)定；③混凝土低強、老化和凍融破壞也是一個重要問題，尤其是修建年代較早、位于高寒地區(qū)的大壩，這類問題比較突出，由于這些壩混凝土強度偏低、密實性差、凍融剝蝕嚴重，降低了大壩的安全度；④壩基存在隱患、滲流有異?，F(xiàn)象的大壩約占總數(shù)的1／3，有的大壩斷層和軟弱夾層處理效果不理想，有的壩基防滲帷幕隨著時間的推移，防滲能力明顯降低；⑤大壩監(jiān)測設(shè)施是保證大壩安全運行的耳目，其作用十分重要，但約有80%的大壩，存在監(jiān)測項目不全，監(jiān)測設(shè)施陳舊，監(jiān)測成果精度低，可靠性差等問題，個別壩甚至沒有布設(shè)監(jiān)測設(shè)施．
96座大壩首輪定檢的成果有力地證明，定檢是一項確保大壩安全的行之有效的重要措施，應持續(xù)不斷地定期開展下去。自1997年開始，我國水電站大壩第二輪定檢拉開序幕，計劃到2003年底，完成130座大壩的定檢任務(其中二輪二次定檢的大壩為94座)。截止2000年4月底，已有18座大壩完成了二輪定檢(其中二輪二次定檢的大壩10座)，還有27座大壩正在進行二輪定檢。二輪二次定檢應在首輪定檢的基礎(chǔ)上適當簡化，重點檢查首次定檢后大壩的現(xiàn)狀及運行性態(tài)，將大壩水下檢查、水工金屬結(jié)構(gòu)檢測和大壩觀測資料分析作為檢查工作的重點內(nèi)容。
3．3 及時維修、加固和改造
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國90多座大、中型水電站大壩10多年來共完成規(guī)模較大的維修、加固和改造項目600多項，大致可歸納為以下10個方面：①壩頂、防浪墻頂、防滲心墻頂加高；②壩體裂縫處理；③壩體、壩基預應力錨固；④壩基防滲補強；⑤壩體防滲和壩面保護；⑥溢洪道、泄洪洞、泄洪閘加固或擴建；⑦壩后尾水消能防沖；⑧邊坡防護；⑨監(jiān)測設(shè)施更新改造；⑩水工金屬結(jié)構(gòu)維護或更新。經(jīng)過10多年的不懈努力，我國水電站大壩安全狀況得到全面改善，根據(jù)1986年普查情況，計劃于2000年以前進行除險加固的22座大壩，除個別大壩外已基本完成除險加固任務，在首輪定檢9座缺陷嚴重的險、病壩中，青銅峽大壩已經(jīng)“脫帽”，修文、綠水河、以禮河四級3座大壩已基本具備“脫帽”條件。
大壩維修、加固和改造需要有一定的資金投入，前述600多項工程累計投入的總費用約8億元。但事實表明，多數(shù)大壩是以較小的資金投入獲取明顯的發(fā)電經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。就水電站的發(fā)電而言，能按設(shè)計標準擋水和泄洪的大壩，是保證正常發(fā)電的基本條件。少數(shù)缺陷嚴重曾被迫降低水位運行的大壩，消除缺陷后水庫運行水位恢復到原設(shè)計標準，減少了電能損失，如洪門和南水大壩，加固后每年減少電能損失分別約為4500萬kW·h和205萬kW·h；紀村大壩加固前年發(fā)電量僅為設(shè)計年發(fā)電量的15％～10％，加固過程中運行水位逐步抬高，年發(fā)電量隨之增加，至加固結(jié)束時已達年設(shè)計發(fā)電量的75%。個別大壩加固后可抬高汛限水位，減少棄水增加電能，如大洪河大壩擴建溢洪道后增大了泄洪能力，可將汛限水位抬高2m，每年約可增發(fā)電能1000萬kW·h。在防洪方面，一些缺陷嚴重而又承擔重要防洪任務的大壩，通過加固消除缺陷后，發(fā)揮出巨大的作用。1995年東北松花江發(fā)生大洪水時，經(jīng)過補強加固、安全狀況得到改善的豐滿大壩，與上游白山大壩水庫聯(lián)合調(diào)度，充分發(fā)揮滯洪削峰作用，大大減輕了下游洪水壓力，避免了第二松花江堤防決口，僅吉林省范圍就減少損失達176。8億元。1996年安徽南部發(fā)生100年一遇大洪水，曾因缺陷嚴重被迫長期降低水位運行，加固至1993年底才達到正常壩標準的陳村大壩，兩次發(fā)揮滯洪削峰作用，使下游災情得以最大程度的控制，減災效益達51。6億元。柘溪大壩曾因缺陷嚴重被列為全國重點加固工程，在1996年湖南發(fā)生大洪水時經(jīng)受住了1000年一遇特大洪水的考驗，與五強溪、鳳灘大壩聯(lián)合滯洪削峰，使下游總共952萬人口、597億元固定資產(chǎn)得以安全渡汛。柘林大壩也曾因缺陷嚴重被列為全國重點危險大壩，經(jīng)過多次補強加固，增強擋水能力，在1998年長江大洪水中共攔蓄洪水近60億m3，對降低鄱陽湖水位、減少淹沒損失和保衛(wèi)京九鐵路大動脈的暢通，作出了巨大貢獻。
3．4認真進行大壩安全注冊
1996年原電力工業(yè)部頒發(fā)了《水電站大壩安全注冊規(guī)定》，規(guī)定電力系統(tǒng)水電站大壩均要辦理安全注冊，具體要求是，根據(jù)大壩安全狀況和管理狀況，將大壩分為甲、乙、丙三級，實行百分制分項評分考核，經(jīng)申報和審核合格后，發(fā)給證書，不符合條件者，不予注冊發(fā)證，并限期整改；每年公布注冊名單，若在規(guī)定期限內(nèi)無正當理由不申報注冊登記者，屬違章運行，造成大壩事故的，按有關(guān)法規(guī)追究責任。首批于1998年公布的1997年度審核定級名單中，共有107座壩申報注冊，其中定級為甲級壩97座，乙級壩7座，丙級壩2座，有1座壩不符合條件不予注冊；1998年又有4座壩申報注冊，經(jīng)審核和對原已注冊大壩的復查，在1999年公布的1998年度獲準注冊的110座壩中，定級為甲級壩100座，乙級壩8座，丙級壩2座。
大壩安全注冊是對大壩安全程度和管理水平兩方面的綜合考核。一座符合國家設(shè)計標準、壩體自身性態(tài)完好、能正常發(fā)揮其各項功能并有一定安全儲備的大壩，是保證大壩安全運行的基礎(chǔ)；制定嚴密的規(guī)章制度并得到認真執(zhí)行，具備充足的檢查和加固費用，配備了具有豐富經(jīng)驗和工程知識的人才，是保證大壩安全運行的必要條件。只有上述物質(zhì)基礎(chǔ)和人為因素兩方面的完整結(jié)合，才能使大壩安全得到真正的保障。
大壩安全注冊的一個重要特點，是實行動態(tài)管理。甲級和乙、丙級大壩有不同的注冊有效期，期滿前須申請換證。在有效期內(nèi)，若大壩注冊后新出現(xiàn)的重大缺陷未能按計劃消除，或不按計劃進行定檢，或因人為原因發(fā)生重大事故，則將重新評定注冊級別或取消注冊登記；原來持有乙、丙級注冊登記證，或未取得登記證，或被取消注冊登記的大壩，具備條件時，可隨時申報升級或要求注冊。這樣的規(guī)定，適應了大壩安全狀況的動態(tài)變化規(guī)律，也促使大壩主管單位和水電廠，為改善大壩安全狀況和提高自身管理素質(zhì)而不斷地努力。
3．5 重點抓好汛期和低水位運行的安全管理
我國位于亞歐大陸東南部，地域廣闊，氣候條件十分復雜，不可預見的因素很多，瀕臨海洋的沿海地區(qū)具有明顯的季風氣候特點，內(nèi)陸地區(qū)近年來因全球氣溫變暖現(xiàn)象影響到冰雪融化，也頻繁發(fā)生特大洪水，每年汛期都是對水電站大壩的嚴峻考驗。汛期是大壩事故的多發(fā)時段，對大壩事故的統(tǒng)計表明，1／2以上發(fā)生在汛期。要按照《水電廠防汛管理辦法》的規(guī)定，使防汛工作正規(guī)化、規(guī)范化、制度化。根據(jù)多年防汛工作的實踐情況，以下兩個重要問題應引起高度重視。一個是泄洪閘門啟閉設(shè)備的備用電源問題。1969年佛子嶺洪水漫壩、1976年和1978年回龍山洪水漫過閘門頂、1998年喀什一級大壩潰壩，都與泄洪閘門失去正常啟閉電源而又無備用電源有關(guān)。另一個重要問題是，汛期壩前水位被人為逼高，若再來一定設(shè)計標準的大洪水，就有可能引起洪水漫壩造成巨大災難，面臨這樣的嚴峻局面，在積極向防汛指揮部門反映情況，力爭避免出現(xiàn)這種情況的同時，努力做好洪水預報和高水位時大壩的監(jiān)測工作，顯得更加重要，要及時將雨情、水情和大壩性態(tài)變化資料向有關(guān)領(lǐng)導部門反映，供決策時參考；為了使損失減輕到最小程度，各水電廠都應制定對于超標準洪水的應急措施。
一些大壩的運行實踐表明，低水位運行有可能對大壩結(jié)構(gòu)造成損壞。我國20世紀五六十年代興建的拱壩，一般在設(shè)計時未考慮死水位加溫升的組合情況；我國現(xiàn)行拱壩設(shè)計規(guī)范，從安全和經(jīng)濟綜合協(xié)調(diào)出發(fā)，不把最大溫升或最大溫降作為溫度荷載，也不考慮最大溫升和可能出現(xiàn)的低庫水位進行組合，但并不是這種運行工況不存在。前述陳村拱壩1977～1979年，連續(xù)遭遇低水位高溫、低水位低溫不利荷載組合的作用后，下游壩面水平向裂縫大幅度擴展，使壩體嚴重破損是一個典型事例，類似情況，泉水、豐樂、流溪河、里石門、響洪甸等拱壩也曾不同程度地發(fā)生過。對于拱壩而言，連續(xù)遭受低水位高溫、低水位低溫不利荷載組合后，拱壩上游面也會遭到一定程度的損害，由于此時拱軸伸展，上游壩面水平向呈受拉狀態(tài)，同時又疊加遭受低溫荷載的沖擊，將促使上游壩面產(chǎn)生豎向裂縫或使已有的豎向裂縫進一步擴展，陳村和響洪甸拱壩都曾發(fā)生過這種情況。對于體型單薄的連拱壩來說，低水位低溫荷載組合的影響尤為敏感，它加劇拱筒收縮，促使拱筒上一些結(jié)合比較薄弱的建筑縫受拉而開裂，如佛子嶺連拱壩經(jīng)過1954、1955和1959年冬三個低水位低溫運行期，拱筒下部建筑縫開裂現(xiàn)象逐漸嚴重，部分產(chǎn)生滲水，1965年放空水庫時，建筑縫開裂發(fā)展迅速，已占建筑縫總數(shù)的57。7%。在運行中若出現(xiàn)長期低水位運行情況時，應加強大壩的巡視檢查和觀測資料分析，發(fā)現(xiàn)重大異常要及時上報，盡量防止對壩體形成嚴重損壞，對產(chǎn)生的危害性裂縫要及時進行修補；已經(jīng)歷長期低水位運行并遭受嚴重損害的大壩，要通過設(shè)計復核，推求出最低允許運行水位，以防壩體應力狀態(tài)進一步惡化，避免壩體受損程度加劇。
3．6 大力開展科研攻關(guān)和險情預計工作
大壩安全理論與技術(shù)蘊含內(nèi)容豐富，屬邊緣交叉學科，它不僅涉及到水文、氣象、地質(zhì)、地震、水工建筑、大壩性態(tài)分析技術(shù)、大壩病害診斷技術(shù)、大壩修補材料和施工技術(shù)等諸多學科，還與系統(tǒng)決策學、工程經(jīng)濟學、社會管理學等密切相關(guān)。目前亟待研究的課題較多，其中有3個課題的研究價值尤為突出。第一個是大壩安全狀態(tài)評價方法的研究。我國在20世紀80年代研制了一套水電站大壩安全狀態(tài)評價方法，與國外大壩風險評價方法相比較，該方法評價的范圍，集中在壩體和壩址附近，對大壩失事風險這個極為重要的評價內(nèi)容，只在設(shè)計標準、壩體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)計算中，從工程的重要性即工程等級上，隱含了一些對大壩失事風險的評價，相對而言，國外的大壩風險評價方法，對大壩失事的調(diào)查研究和分析評判比較全面，比較科學，值得我們借鑒學習。第二個是大壩觀測資料分析質(zhì)量和監(jiān)控指標的研究。從觀測資料分析的實踐情況來看，決定分析質(zhì)量的關(guān)鍵，主要不在于分析模型的復雜程度，而是如何將數(shù)學模型分析成果，結(jié)合工程實際，對大壩的一些異常現(xiàn)象，作出科學合理的物理成因解釋；10多年來，有關(guān)壩體變形監(jiān)控指標的理論研究逐步深入，但真正應用到實踐中的比較少，必須理論聯(lián)系實際，使大壩的一些力學參數(shù)反演值更精確，研制出合乎客觀實際情況的變形監(jiān)控指標。第三個是水下修補技術(shù)的研究。一些大壩的重大缺陷，由于水下修補材料和施工技術(shù)不能滿足要求，長期以來得不到解決，要組織力量在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，盡早突破深水下修補這一難關(guān)。
大壩險情預計工作十分重要，但我國至今尚未正式開展這項工作。國外有些國家早在20世紀六七十年代就著手制定相應的法規(guī)或法令，近年來，有的國家已在部分大壩開始實施險情預計方案。為了保證國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會大局的穩(wěn)定，在萬一發(fā)生潰壩事故時將危害減小到最低程度，必須將險情預計工作提上議事日程，逐步對每一座壩可能的失事模式、失事后果包括淹沒范圍和損失程度，以及在險情出現(xiàn)和失事時如何采取應付對策、發(fā)布警報、組織撤退等，都事先進行預計，做到心中有數(shù)。特別是那些下游有重要城鎮(zhèn)的險、病壩，在抓緊除險加固的同時，應從現(xiàn)在開始，為開展險情預計工作做好準備，盡早實施。制定出的險情預計和報警計劃，應作為內(nèi)部文件按規(guī)定報上級主管單位會同地方政府審批后，交由防汛指揮部門掌握使用。
4 結(jié)語
水電站大壩安全責任重于泰山。通過對21起事故的回顧和分析，說明在大壩設(shè)計、施工和運行過程中，任何失誤和疏忽都將影響到大壩的風險度，都有可能鑄成大禍，造成巨大損失，必須加強大壩設(shè)計、施工、運行全過程的安全管理。本文重點針對運行中大壩的安全問題，在總結(jié)10多年工作的基礎(chǔ)上，參照國際上大壩安全技術(shù)最新發(fā)展情況，歸納出6條安全對策，其中有的在實踐中已被證明是確保大壩安全行之有效的重要措施，要堅定不移地繼續(xù)貫徹下去，有的需調(diào)動各方面力量，并與國際上致力于大壩安全的同行們通力合作，共同攻關(guān)。在各級領(lǐng)導的充分重視和大力支持下，通過廣大運行管理和科技人員的不懈努力，我國必將迅速成為壩工建設(shè)和運行管理最先進的國家之一。
環(huán)保知識
職業(yè)衛(wèi)生