堤坝的溃坝风险通常包括:①滑坡堵江等形成的堰塞坝不断壅水而产生溃坝风险(图1、图2)。②人工修筑的堤坝在强降雨、洪水、地震等自然灾害作用下发生局部破坏或土石坝即将漫顶而产生溃坝风险。③战时,堤坝受到敌对势力武器打击的威胁,存在溃坝风险。
堤坝溃坝灾害通常包括以下形式:①堰塞坝、土石坝、尾矿坝等在强降雨、洪水等因素作用下产生漫顶破坏。②土石坝、尾矿坝等在强降雨、地震等因素作用下滑坡、垮塌破坏(图3)。③土石坝坝基、防渗体、坝体产生管涌破坏(图4)。④面板堆石坝面板破坏引起的坝体溃决。⑤岸坡、坝基失稳引起的拱坝溃坝。⑥坝体在武器打击下出现局部溃口或整体破坏而产生溃决。
图1 滑坡堵江
图2 滑坡堵江形成的堰塞坝灾害
图3 地震引发的面板堆石坝震损破坏
图4 重力坝遭受武器打击
除特大暴雨、超标准洪水、超高烈度地震等极端自然灾害作用下坝体发生瞬时全部溃决外,绝大部分的堤坝灾害均表现为瞬时局部溃决或坝体逐渐溃决,从溃坝风险的出现至坝体溃决具有一定的发展过程,可以在溃坝风险出现后,采取应急抢修以降低灾害程度。
对于坝体瞬时全部溃决,由于洪水的突发性,现场通常不具备各种机械的施工条件,堤坝灾害应急抢修应以人员应急疏散、救援为主,对洪水进行疏导,使洪水快速退去,进行灾后重建。
针对溃坝风险,应在第一时间进行应急抢修,防止灾害规模的扩大,堤坝灾害应急抢修可分为3个阶段:①应急响应阶段,组织专家开展溃坝洪水分析,确定洪水对库区及下游的危害,确定应急疏散人员的范围。针对梯级水库群,制定水库应急调度方案:下游水库提前泄洪,快速降低水库运行水位;上游水库停止泄洪,减小库区来流,延迟溃坝时间并控制洪水灾害规模。②应急抢修阶段,在探明现场溃坝风险的基础上,根据灾害类型,采用疏堵结合的方式,防止二次溃坝造成的灾害。③应急抢修后,针对堤坝开展应急安全检查和安全鉴定,对堰塞坝进行挖除或改建为永久性水电站,对人工修筑的堤坝进行维修和加固,恢复河道泄流以及堤坝原设计功能。
对于不同类型堤坝灾害,应当采用针对性的应急抢修技术措施。以下是常见的堤坝灾害应急抢修方法。
堰塞坝溃坝风险应急抢修技术措施。①爆破除险技术,对于体积较小的堰塞体可以直接采用爆破拆除;当堰塞体体积较大、不易拆除,若其构成物质以大块石为主,不具备快速水力冲刷的条件时,可采取爆破辅助开挖泄流渠。②引流除险技术,如堰塞湖库容较小、水头较低,可在堰塞坝开挖泄流渠引流,使堰塞坝自然溃决,排除险情。③抽水除险技术,在条件允许的前提下,可以通过水泵强排辅助降低堰塞湖的库水位,减小灾害风险。④开挖泄水洞除险技术,开挖泄水洞除险可将堰塞坝变废为宝,形成水电站,可以实现永久除险。
河堤、土石坝、尾矿坝局部溃决或即将漫顶产生的溃坝风险应急抢修。①封堵缺口,采用石块、沙袋、充水式橡胶子堤封堵缺口,加固、加高堤防,增大堤坝蓄水能力。②疏通洪水,爆破副坝或蓄洪区堤坝,利用副溢洪道、蓄洪区加大泄洪,力保大坝安全。
面板、混凝土坝地震震损溃坝风险应急抢修。①放空干地处理,对震损灾害较轻的坝体可先放空水库,再对裂缝、损伤部位进行加固和防渗处理。②水下修补,对于需要立即处理的震损灾害,要由潜水员用高压水对破损部分进行清理,采用水下摄像机对破损情况及裂缝情况仔细检查,在震损处灌注淤堵料至不能继续吸入为止,完成淤堵料灌注后,沿缝长方向埋设灌浆花管,对裂缝进行嵌缝、找平,进行水下灌浆施工,最后在表面粘贴防渗盖片。
战时武器打击下的溃坝风险应急抢修。由于高坝库坝系统的复杂性,现有的堤坝灾害应急抢修措施尚未经受战火以及洪水灾害的双重考验,武器打击下的坝体溃决灾害应以预防为主。现代战争有征兆可察,在战时,保障基本的发电及下游用水条件下,提前降低坝前水位不仅可以有效提高大坝的抗爆安全性能,同时能够减少大坝失事的风险损失,是公认的最有效的坝体防护手段。