中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系構(gòu)建思考

中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系構(gòu)建思考

Establishing a technical framework for preventing overtopping failure of earth-rock dams in small and medium-sized reservoirs

李宏恩，王芳，王雪冰，張鑄

（1.南京水利科學(xué)研究院，210029，南京；2.水利部水庫(kù)大壩安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，210029，南京）

摘要：近年來(lái)多起中小型水庫(kù)土石壩漫而未潰案例突破了土壩“漫頂即潰”的傳統(tǒng)認(rèn)知。針對(duì)水頭較低、潰壩下游影響較小的中低土石壩，適宜的壩面防護(hù)與泄流技術(shù)可延緩漫頂潰決過程，在提升大壩防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力的同時(shí)也為下游群眾撤離爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間?；诮甑湫退畮?kù)大壩漫頂案例的出險(xiǎn)過程特征，從提升中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決能力角度，梳理了在設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法、工程措施技術(shù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與預(yù)警等方面的研究進(jìn)展，提出了亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)難題，包括變化環(huán)境下超標(biāo)準(zhǔn)洪水內(nèi)涵定義、多要素作用下漫頂沖蝕特性與潰決機(jī)理、壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)、泄洪能力提升改造、應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)與裝備等。為構(gòu)建中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系，圍繞變化環(huán)境下中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與洪水標(biāo)準(zhǔn)確定方法、土石壩漫頂潰決模擬與臨界閾值確定方法、土石壩壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)及泄洪能力提升改造技術(shù)、土石壩防漫潰應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)裝備集成與示范等方面提出對(duì)策建議，旨在為提升中小型水庫(kù)土石壩工程韌性與風(fēng)險(xiǎn)防控能力提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：漫頂潰壩；洪水計(jì)算方法；應(yīng)急搶險(xiǎn)裝備；壩面防護(hù)結(jié)構(gòu)；土石壩

作者簡(jiǎn)介：李宏恩，正高級(jí)工程師，主要從事大壩安全評(píng)估與病險(xiǎn)診斷方面研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2024YFC3210600）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U2443231）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（Y722003、Y723008）。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.06.005

引言

我國(guó)現(xiàn)有各類水庫(kù)94877座，中小型水庫(kù)占比99%，80%以上建于20世紀(jì)50—70年代，土石壩占比91.8%，壩高低于30m的水庫(kù)占比超92%，具有中小型水庫(kù)多、老舊壩多、土壩多、低壩多的工程稟賦特點(diǎn)。中小型水庫(kù)工程建設(shè)先天不足、洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低、泄洪設(shè)施不完備等問題突出，近年來(lái)顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的極端暴雨事件頻發(fā)，疊加城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，打破了水文序列一致性假設(shè)，導(dǎo)致變化環(huán)境和強(qiáng)人類活動(dòng)背景下中小型水庫(kù)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫壩風(fēng)險(xiǎn)驟增。在2018—2024年發(fā)生的6座水庫(kù)潰壩及20余座水庫(kù)出險(xiǎn)事故中，96%與超標(biāo)準(zhǔn)洪水或強(qiáng)降雨有關(guān)，其中30m以下的低壩22座。在2021年河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害中，郭家嘴水庫(kù)漫頂過流7.5h，但所幸漫而未潰。近年多起漫而未潰案例突破了土壩“漫頂即潰”的傳統(tǒng)認(rèn)知。針對(duì)水頭較低、潰壩影響較小的中低壩，適宜的壩面防護(hù)與泄流技術(shù)可延緩漫頂潰決過程，在提升大壩防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力的同時(shí)也為下游群眾撤離爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。因此亟待構(gòu)建中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決關(guān)鍵技術(shù)體系，有效提升中小型水庫(kù)土石壩應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水的工程韌性與應(yīng)急保障能力，降低漫頂潰壩風(fēng)險(xiǎn)

本文分析了近年來(lái)幾例典型極端暴雨洪水導(dǎo)致的水庫(kù)大壩工程出險(xiǎn)案例，從提升中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決能力角度，梳理了目前在水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法、工程措施技術(shù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與預(yù)警等方面取得的進(jìn)展，提出了中小型水庫(kù)防漫頂潰決技術(shù)中亟待突破的關(guān)鍵難題與瓶頸，最后從變化環(huán)境下中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與洪水標(biāo)準(zhǔn)確定方法、土石壩漫頂潰決模擬與臨界閾值確定方法、壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)及泄洪能力提升改造技術(shù)、土石壩防漫潰應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)裝備集成與示范等四方面提出建議。

近年土石壩漫頂潰壩出險(xiǎn)典型案例

1.2018年8月新疆哈密地區(qū)射月溝水庫(kù)漫頂潰壩

2018年8月1日，新疆維吾爾自治區(qū)射月溝水庫(kù)因超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂潰壩。射月溝水庫(kù)總庫(kù)容677.90萬(wàn)m3，為瀝青心墻砂礫石壩，壩高41m，是一座?。?）型水庫(kù)。根據(jù)事故調(diào)查分析，短歷時(shí)極端強(qiáng)降雨引發(fā)遠(yuǎn)超水庫(kù)防洪能力的特大洪水，是造成射月溝水庫(kù)漫頂潰壩的主要原因。該水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，洪水標(biāo)準(zhǔn)采用了相關(guān)規(guī)范規(guī)定的下限標(biāo)準(zhǔn)。2018年7月31日射月溝水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量達(dá)到1335m3/s，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)148.75m3/s，最終導(dǎo)致漫頂潰決。

2.2021年7月內(nèi)蒙古莫力達(dá)瓦旗永安水庫(kù)、新發(fā)水庫(kù)發(fā)生漫頂連潰

2021年7月18日，內(nèi)蒙古自治區(qū)永安水庫(kù)、新發(fā)水庫(kù)兩座梯級(jí)水庫(kù)遭遇暴雨洪水而發(fā)生連潰，潰壩前人員全部安全撤離未造成人員傷亡。根據(jù)事故調(diào)查分析，上游永安水庫(kù)按照山區(qū)丘陵區(qū)小（1）型工程設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇；下游新發(fā)水庫(kù)按照平原濱海中型工程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。盡管兩座水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)均符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，但相同洪水不同防洪標(biāo)準(zhǔn)下因洪峰流量增大較大，且下游新發(fā)水庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)低于上游永安水庫(kù)，梯級(jí)水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)相互不協(xié)調(diào)。事故發(fā)生后，參考2021年7月的水文資料，永安水庫(kù)校核洪峰流量（500年一遇）已由原設(shè)計(jì)的362m3/s加大至1100m3/s，洪峰流量增大204%；新發(fā)水庫(kù)校核洪峰流量（300年一遇）由原設(shè)計(jì)的722m3/s加大至2349m3/s，洪峰流量增大225%，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水發(fā)生了很大的校正變化。水文系列不足和梯級(jí)水庫(kù)洪水標(biāo)準(zhǔn)不協(xié)調(diào)是導(dǎo)致兩座水庫(kù)發(fā)生連潰的重要因素?？紤]變化環(huán)境和人類活動(dòng)背景，部分中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水可能發(fā)生巨大變化，提高高風(fēng)險(xiǎn)中小型水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)洪水復(fù)核基礎(chǔ)上采取有針對(duì)性處理措施并制定應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急預(yù)案，將有助于降低水庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)和減輕災(zāi)害損失。

3.2021年7月河南鄭州郭家嘴水庫(kù)漫壩出險(xiǎn)而未潰

2021年7月20日，河南省遭遇歷史罕見特大暴雨，發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，鄭州市多個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站日降雨量突破有氣象記錄以來(lái)歷史極值，其中鄭州氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降雨量達(dá)201.9mm （2021年7月20日16時(shí)—17時(shí)），突破我國(guó)大陸小時(shí)降雨量歷史極值（198.5mm，河南林莊，1975年8月5日）。在強(qiáng)降雨影響和溢洪道堵塞情況下，鄭州市二七區(qū)郭家嘴水庫(kù)水位迅速上漲并發(fā)生漫壩。險(xiǎn)情發(fā)生后，通過在大壩兩側(cè)開挖行洪通道等措施以及經(jīng)過多方搶險(xiǎn)，郭家嘴水庫(kù)水位逐漸平穩(wěn)回落，險(xiǎn)情最終解除。在此次出險(xiǎn)事件中，水庫(kù)大壩在壩頂瀝青路面等因素影響下遭漫頂過流7.5h而未發(fā)生潰決，突破了土石壩“漫頂即潰”的傳統(tǒng)認(rèn)知。

土石壩防漫頂潰決技術(shù)研究進(jìn)展

全球氣候變化背景下，極端天氣發(fā)生的頻率和強(qiáng)度明顯增加，為提升土石壩工程防漫頂潰決能力，目前已開展了大量基礎(chǔ)研究及工程應(yīng)用工作，在水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、工程措施技術(shù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與預(yù)警等方面已取得一定成果。

1.水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法方面

變化環(huán)境下水庫(kù)洪水標(biāo)準(zhǔn)的合理確定是保障水庫(kù)防洪安全的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外具有代表性的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)包括美國(guó)《水文學(xué)手冊(cè)》、英國(guó)《洪水估算手冊(cè)》和我國(guó)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》等。中小型水庫(kù)大多位于缺資料小流域地區(qū)，利用查算圖表和暴雨資料間接推求設(shè)計(jì)洪水，受極端暴雨事件頻發(fā)和強(qiáng)人類活動(dòng)造成下墊面劇烈改變影響，暴雨系列代表性不足或產(chǎn)匯流參數(shù)顯著變化，導(dǎo)致水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算不確定性增大且易產(chǎn)生較大偏差?？焖俪擎?zhèn)化發(fā)展背景下水庫(kù)下游保護(hù)對(duì)象發(fā)生顯著變化，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定與國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平密切相關(guān)，經(jīng)過不斷修訂完善，目前已經(jīng)形成一整套完整體系，具備較好操作性。然而，變化環(huán)境下中小型水庫(kù)存在水文數(shù)據(jù)一致性假設(shè)失效、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果失真、實(shí)際洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低等突出問題。河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害事件后，部分區(qū)域及時(shí)更新了當(dāng)?shù)乇┯陱搅鞑樗銏D表相關(guān)圖集及參數(shù)。在設(shè)計(jì)暴雨量分析、特大暴雨移用分析、產(chǎn)匯流參數(shù)復(fù)核、設(shè)計(jì)洪水成果的地區(qū)綜合分析方法等方面均取得初步成果。

2.工程措施技術(shù)方面

根據(jù)2024年11月印發(fā)的《全國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固實(shí)施方案（2025—2027年）》，未來(lái)3年仍有近5000座中小型水庫(kù)需實(shí)施除險(xiǎn)加固，重點(diǎn)任務(wù)是確保水庫(kù)防洪安全，其中土石壩防漫潰主要措施包括壩面防護(hù)技術(shù)與泄洪能力提升兩方面。在壩面防護(hù)技術(shù)方面，通過壩坡防護(hù)結(jié)構(gòu)、壩坡材料改性及膠結(jié)料表層加固等途徑對(duì)土石壩壩頂和下游壩坡進(jìn)行永久防護(hù)，以抵抗短時(shí)間漫頂洪水的沖刷，成為提升中小型水庫(kù)防漫頂潰決能力的一種有效方式；在提升泄洪能力方面，主要措施為加大泄洪設(shè)施規(guī)模，如擴(kuò)大原有泄洪設(shè)施規(guī)模、新建泄洪設(shè)施及設(shè)置非常溢洪道等，此外國(guó)內(nèi)學(xué)者在新堰型研究與提升泄洪設(shè)施超泄能力方面開展了相關(guān)探索。

3.應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)方面

出現(xiàn)漫頂險(xiǎn)情時(shí)，快速采取應(yīng)急措施避免潰壩或延遲潰壩發(fā)生時(shí)間對(duì)于減輕潰壩帶來(lái)的損失尤為重要。土石壩漫壩過程與庫(kù)容、壩高、漫頂流量、初始潰口、壩高和筑壩材料等因素均有關(guān)，如何在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)提前預(yù)泄、拓挖臨時(shí)泄洪通道、壩面應(yīng)急防護(hù)等已成為關(guān)注重點(diǎn)。在提前預(yù)泄方面，主要結(jié)合雨水情預(yù)報(bào)綜合分析確定應(yīng)急方案，利用水庫(kù)已有泄水建筑物或通過臨時(shí)增加抽排水設(shè)施實(shí)現(xiàn)提前泄水，最大限度騰出防洪庫(kù)容；在拓挖臨時(shí)泄洪通道方面，借助有利地形開挖應(yīng)急泄洪通道以分流入庫(kù)洪水，已成為近年來(lái)多座水庫(kù)面對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)保壩成功所采用的主要措施；在壩面應(yīng)急防護(hù)方面，相較傳統(tǒng)土料子壩、土袋子壩等傳統(tǒng)應(yīng)急加高措施，防洪管袋式子堤、魚鰭式應(yīng)急防洪屏、組合式防洪墻、吸水膨脹袋等新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料的研發(fā)為大壩應(yīng)急加高提供了更多選擇。

4.風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與預(yù)警方面

提前對(duì)洪水進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)報(bào)是降低土石壩漫潰風(fēng)險(xiǎn)的重要支撐，在洪水災(zāi)害仿真模擬、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控等方面均取得了初步進(jìn)展。針對(duì)洪水災(zāi)害過程模擬，研發(fā)了流域尺度水文水動(dòng)力數(shù)值模擬技術(shù)、城市雨洪過程數(shù)值模擬技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)和水動(dòng)力模型的洪水演進(jìn)快速模擬方法等；針對(duì)洪水災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，研發(fā)了山洪災(zāi)害多階段遞進(jìn)式預(yù)警技術(shù)、考慮下墊面條件的綜合監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)、全球及區(qū)域尺度大氣-陸面耦合預(yù)報(bào)模式等；針對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控，研發(fā)了水旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)、水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度模型、防洪排澇實(shí)時(shí)調(diào)度技術(shù)等；在強(qiáng)化雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)、水旱災(zāi)害“四預(yù)”（預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案）關(guān)鍵模型等研發(fā)方面，現(xiàn)有研究重點(diǎn)在于充分利用衛(wèi)星、雷達(dá)、遙感等現(xiàn)代監(jiān)測(cè)手段，著力解決當(dāng)前洪水預(yù)見期較短、預(yù)報(bào)精度不夠高以及重大水旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防線外推能力不夠強(qiáng)等突出問題。

中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)難題

目前中小型水庫(kù)土石壩防漫潰技術(shù)雖已取得一定成果，但在超標(biāo)準(zhǔn)洪水內(nèi)涵定義、漫頂沖蝕特性與潰決機(jī)理、壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)、防洪能力提升改造、應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)與裝備等方面尚存以下突出難題亟待解決。

1.變化環(huán)境下超標(biāo)準(zhǔn)洪水內(nèi)涵定義亟待明確

近年來(lái)我國(guó)氣候情勢(shì)復(fù)雜多變，水旱災(zāi)害突發(fā)性、異常性、不確定性突出，多發(fā)重發(fā)態(tài)勢(shì)加強(qiáng)，尤其是局地極端暴雨洪水頻率和強(qiáng)度顯著增加，突破水文氣象極值的特大暴雨事件頻發(fā)強(qiáng)發(fā)。然而氣候變化背景下，疊加流域土地利用變化、城市化進(jìn)程加快和水土保持措施實(shí)施等人類活動(dòng)的影響，水文過程及洪水形成機(jī)制發(fā)生改變，同時(shí)超標(biāo)準(zhǔn)洪水的內(nèi)涵定義尚不明確，這都增加了判別超標(biāo)準(zhǔn)洪水的難度。在明確超標(biāo)準(zhǔn)洪水內(nèi)涵定義基礎(chǔ)上，如何合理分析現(xiàn)行水庫(kù)洪水標(biāo)準(zhǔn)體系的適應(yīng)性和指標(biāo)合理性是保障超標(biāo)準(zhǔn)洪水下庫(kù)壩運(yùn)行安全的重要基礎(chǔ)。

2.多要素作用下土石壩漫頂潰決機(jī)理有待揭示

漫頂洪水沖蝕作用下，土石壩沖蝕過程與壩面防護(hù)型式、漫壩水流特征、壩面抗沖蝕特性、壩體填筑料物理力學(xué)特性等密切相關(guān)，如何在合理反映邊界條件下揭示土石壩漫頂沖蝕特性與潰決機(jī)理，有效識(shí)別壩體潰決臨界閾值與關(guān)鍵物理量指標(biāo)變化特征等難題亟待解決。目前土石壩漫頂沖蝕模型對(duì)壩料特性與防護(hù)結(jié)構(gòu)差異考慮不足，且缺乏考慮流固耦合和強(qiáng)非恒定流沖蝕特性的土石壩漫頂潰決數(shù)值模擬方法，如何開展漫頂洪水—防護(hù)結(jié)構(gòu)—筑壩材料相互作用下的土石壩漫頂沖蝕與潰壩機(jī)理研究是一難點(diǎn)。

3.中低土石壩壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)體系尚未構(gòu)建

壩面抗沖蝕防護(hù)能夠有效提升中低土石壩應(yīng)對(duì)漫頂洪水能力。中低土石壩漫而不潰或漫而緩潰設(shè)計(jì)理念突破了傳統(tǒng)認(rèn)知，原有土壩設(shè)計(jì)理論嚴(yán)格防止漫頂，導(dǎo)致專門的漫頂防護(hù)結(jié)構(gòu)稀缺，直接套用工程邊坡治理領(lǐng)域的混凝土護(hù)面、預(yù)制塊、固化劑、土工材料等傳統(tǒng)護(hù)坡型式，存在漫壩水流水力沖蝕特性考慮不足、綜合效能單一、景觀融合性差等問題，尤其是漫頂水流作用下壩頂、坡面沖刷集中區(qū)及壩腳等部位的沖蝕特征顯著不同導(dǎo)致防護(hù)要求各異，相關(guān)研究短板造成防漫潰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直缺少合理依據(jù)，考慮漫頂水流特征開展防漫潰結(jié)構(gòu)研發(fā)的需求迫切。

4.中小型水庫(kù)泄洪能力提升技術(shù)有待研發(fā)

提升現(xiàn)有壩體的泄洪能力是增強(qiáng)已建工程防洪體系效能的關(guān)鍵措施之一。通過新堰型設(shè)計(jì)應(yīng)用及臨時(shí)泄洪設(shè)施，可以有效提升水庫(kù)的超標(biāo)準(zhǔn)洪水泄洪能力。此類技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有廣泛的應(yīng)用實(shí)例。然而，由于新型結(jié)構(gòu)所涉及的幾何參數(shù)和水力特性極為復(fù)雜，其流態(tài)易受紊流邊界層分離、空化空蝕等現(xiàn)象的影響，其泄洪能力的提升效果難以精確評(píng)估。因此，針對(duì)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固、運(yùn)行環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化以及汛期前的預(yù)置防護(hù)等不同應(yīng)用場(chǎng)景，如何科學(xué)地進(jìn)行泄洪能力提升仍亟待深入探究。

5.漫頂應(yīng)急防護(hù)及快速成槽泄流技術(shù)與裝備亟待研發(fā)

漫頂搶險(xiǎn)窗口期稍縱即逝，且存在暴雨持續(xù)、通信中斷、交通受阻、壩面過流等惡劣條件。依賴人工在壩面鋪設(shè)土工布、彩條布等簡(jiǎn)易防護(hù)措施，效率低、定位差且抗沖蝕能力明顯不足；臨時(shí)泄洪通道拓挖多采用挖機(jī)單點(diǎn)開挖，效率不高且無(wú)法涉水施工，還存在設(shè)備噸位大、上壩困難等問題，特別是臨時(shí)泄洪通道過流斷面防護(hù)施工專業(yè)性強(qiáng)，稍有不慎極易導(dǎo)致水流沖蝕，引發(fā)邊坡垮塌危及大壩安全。因此研發(fā)中小型土石壩漫頂應(yīng)急防護(hù)及快速成槽泄流技術(shù)與裝備，是構(gòu)建中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系亟待突破的技術(shù)裝備瓶頸。

構(gòu)建中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系的對(duì)策建議

綜上所述，目前在提升土石壩防漫頂潰決能力方面雖已取得一定成效，但在基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、裝備試制等方面仍存在突出難題亟待解決。建議從以下四方面加強(qiáng)研究，加快構(gòu)建中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系。

1.變化環(huán)境下中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與洪水標(biāo)準(zhǔn)確定方法

針對(duì)變化環(huán)境下中小型水庫(kù)洪水非一致性的問題，明晰超標(biāo)準(zhǔn)洪水多發(fā)區(qū)暴雨洪水要素的時(shí)空演化規(guī)律，提出非一致性條件下中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法。研發(fā)強(qiáng)人類活動(dòng)作用下考慮水庫(kù)下墊面變化的產(chǎn)匯流模型，提出缺資料流域中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水推求方法。明確變化環(huán)境下中小型水庫(kù)洪水標(biāo)準(zhǔn)，形成適應(yīng)水文非一致性的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法技術(shù)體系，編制變化環(huán)境下中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算指南，建立和完善中小型水庫(kù)土石壩漫頂潰決洪水計(jì)算理論體系。

2.土石壩漫頂潰決模擬與臨界閾值確定方法

揭示不同區(qū)域中低土石壩筑壩材料漫頂沖蝕特性的關(guān)鍵影響因素，明確不同筑壩材料及不同防護(hù)型式、不同水頭下壩坡的抗沖蝕性能，解析漫頂水流作用下的壩體潰決過程。構(gòu)建多場(chǎng)景土石壩漫頂潰決數(shù)值模型，開發(fā)用于土石壩漫頂潰決模擬的高效數(shù)值分析軟件，為中低土石壩的安全評(píng)估、防護(hù)加固設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

3.土石壩壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)及泄洪能力提升改造技術(shù)

針對(duì)壩體抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力提升與泄洪能力提升兩方面需求，研發(fā)設(shè)計(jì)土石壩壩面防護(hù)新型結(jié)構(gòu)，研發(fā)漫而不潰一體化空間自鎖塊防護(hù)結(jié)構(gòu)、漫而不潰復(fù)合生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)、漫而緩潰多層卷材型防護(hù)結(jié)構(gòu)。提出土石壩泄洪能力提升改造成套技術(shù)、設(shè)計(jì)方法和使用條件，提出不同泄洪設(shè)施下中低土石壩泄洪能力提升效果評(píng)價(jià)方法，突破土石壩漫壩必潰傳統(tǒng)認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)中低土石壩漫而不潰或漫而緩潰目標(biāo)，構(gòu)建土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系。

4.土石壩防漫潰應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)裝備集成與示范

針對(duì)中小型水庫(kù)土石壩遭遇洪水漫壩險(xiǎn)情時(shí)惡劣施工條件下的應(yīng)急搶險(xiǎn)快速響應(yīng)需求，研發(fā)中小型水庫(kù)土石壩防漫潰應(yīng)急搶險(xiǎn)快速?zèng)Q策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件下應(yīng)急搶險(xiǎn)方案的快速和智能化制定。研發(fā)土石壩防漫潰應(yīng)急搶險(xiǎn)用高韌快硬新材料與施工工藝，研發(fā)防漫潰壩面應(yīng)急防護(hù)與快速成槽泄流技術(shù)與裝備。

Abstract: In recent years, several instances where small and medium-sized reservoirs with earth-rock dams experienced overtopping without subsequent failure have challenged the traditional notion that “overtopping leads to inevitable breaching”. For earth-rock dams with low water heads and minimal downstream impact, appropriate dam surface protection and discharge technologies can delay the overtopping failure process. This not only enhances the dam’s capacity to withstand floods exceeding standard levels but also provides valuable time for downstream evacuations. Based on the characteristics of recent overtopping incidents in typical reservoir dams, this paper reviews advancements in design flood calculation methods, engineering measures, emergency response technologies, and risk monitoring and early warning systems to improve the overtopping failure resistance of small and medium-sized earth-rock dams. Key technical challenges identified include defining the concept of floods exceeding standard levels in changing environments, understanding overtopping erosion characteristics and failure mechanisms under multiple factors, developing new dam surface protection structures, enhancing flood discharge capacity, and improving emergency response technologies and equipment. To establish a technical framework for preventing overtopping failure in small and medium-sized reservoirs with earth-rock dams, this paper proposes strategies focusing on design flood calculation and standard determination methods in changing environments, simulation of overtopping failure and determination of critical thresholds, development of new dam surface protection structures and technologies to enhance flood discharge capacity, and integration and demonstration of emergency response technologies and equipment. The goal is to provide technical support for enhancing the resilience and risk prevention capabilities of small and medium-sized reservoir earth-rock dam projects.

Keywords: overtopping failure; flood calculation methods; emergency response equipment; dam surface protection structures; earth-rock dam

本文引用格式：

李宏恩，王芳，王雪冰，等.中小型水庫(kù)土石壩防漫頂潰決技術(shù)體系構(gòu)建思考[J].中國(guó)水利，2025（6）：43-47+52.

封面攝影鄒云夢(mèng)

責(zé)編李盧祎

校對(duì)呂彩霞

審核王慧

監(jiān)制軒瑋

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