由 丽 华， 阳 莉
(四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川 成都 610091)
摘 要：以运行中水库大坝为研究对象，就水库大坝面临的风险开展研究，探讨了面向大坝下游保护对象的应急管理工作。选择防洪风险、供水风险、溃坝风险为典型风险，分析了其形成的主要原因和途径，提出了相应的管理策略和应对措施；重点探讨了溃坝风险管控过程中将人的生命保护作为最高目标、规划应急避难场所的主要应对策略；探讨了溃坝洪水风险模拟的主要内容；提出了应急避难所设置的原则；根据紫坪铺水库的应急管理实践，提出了风险防控的措施。其研究成果可为大坝管理同行提供参考。
关键词：水库大坝；风险管理；风险应对；风险模拟；应急避难所；紫坪铺水库
不确定性为风险的本质特征。对于任何一项工程项目，风险总是伴随着该项目整个生命周期的始终。水利水电工程项目具有工程规模大、影响范围宽、风险输入途径多等特点。从风险形成的外力看，超标洪水、地震、恐怖袭击等是造成大坝失事的主要原因；从风险源看，漫坝、泄洪设施失效、水工结构破坏、调度产生的人工洪峰等是风险的主要表现形式。水利水电工程本身既是风险的主体，又是风险的受体。水库安全应急管理的对象既包括工程本身的安全，又应涵盖大坝下游的社会、经济、居民等风险受体。笔者以保护紫坪铺水库重要社会服务功能能够正常发挥为出发点，以水库调度为主要手段，重点探讨了面向大坝下游保护对象的应急管理工作。
2.1 社会概况
紫坪铺工程枢纽位于四川省成都市西北60余km的岷江上游沙金坝河段，是一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪等综合效益的大型水利枢纽工程，也是都江堰灌区的水源调节工程。工程坝址以上控制流域面积22 662 km2；多年平均流量469 m3/s；控制上游暴雨区的90%，上游泥沙来量的98%。大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶长度663.77 m，坝顶高程884 m，趾板建基高程728 m，最大坝高156 m。紫坪铺水利枢纽工程为一等工程，主要建筑物有大坝、溢洪道、2条泄洪排沙隧洞、冲沙放空洞、引水发电系统。工程按千年一遇洪水标准设计(洪峰流量8 300 m3/s)，可能最大洪水校核(洪峰流量12 700 m3/s)。
2.2 坝下流域社会情况
紫坪铺水库库尾与映秀湾电站尾水衔接，是山区与平原的过渡段，长约26 km，平均坡降4.7‰；大坝下游6 km处为都江堰渠首工程，岷江流经鱼嘴后被分为内江和外江(金马河)，金马河是主要的排洪河道。金马河防洪工程的保护区是其左岸的江安河、杨柳河及右岸的黑石河、羊马河之间的地带以及江安河下游属成都市区的青羊区、武侯区。金马河防洪保护区直接保护两市四区一县，29个乡镇，总人口71.198万人，耕地4.05万hm2。
3.1 坝下保护对象面临的主要风险
对下游保护对象造成破坏和影响的风险主要是通过紫坪铺水库下泄的非常洪水。一方面，非正常洪水以淹没、冲毁的方式对坝下流域的工厂、居民区、农田等造成生命财产的重大损失；另一方面，因紫坪铺水库下泄洪水与坝下区间支流白沙河汇入的高浊度洪水叠加，对下游城市的生活供水产生巨大的压力。因此，笔者将面向保护对象的紫坪铺水库的主要风险归纳为：(1) 汛期洪水形成的防洪风险；(2) 高浊度浑水导致的供水风险；(3) 溃坝洪水风险。
3.2 风险形成的主要原因
3.2.1 防洪风险
由于汛期突发事件(包括暴雨、洪水、突发性洪涝灾害、泥石流、山体滑坡等地质灾害以及由此引起的次生灾害)对下游防洪设施、城市其它公共设施、机关单位、企业、居民小区等生命财产造成重大威胁，对其必须予以特别重视。此类风险产生的预警信号及形成原因归结为：(1)枢纽上游岷江流域发生重现期五年一遇以上的洪水；(2)气象部门发布流域内气象预警信号；(3)水情自动测预报系统监测近坝区单站降雨量1小时50 mm以上或3小时100 mm以上且降雨仍持续、有险情发展趋势；(4)威州及以上流域单站累计降雨量40 mm且降雨仍持续；(5)坝区附近发生洪涝灾害及山体滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害；(6)金马河或内江六干渠堤防出现险情；(7)枢纽建筑物或设施设备发生险情等。
3.2.2 供水风险
紫坪铺水库面临的供水风险主要是汛期高浊度洪水引起的自来水厂处理能力超限风险，其危害是降低水厂的产水能力，导致居民生活用水困难。造成该风险的主要原因是紫坪铺水库上游来水异常而不得不开闸泄洪，同时，白沙河发生高浊度洪水，在叠加效应下引发供水风险。以2013年为例，坝区附近的强降雨导致二十年一遇的高浊度洪水入库，同时，下游白沙河发生浊度超过10 000 NTU的高浊度洪水，导致下游水厂制水能力严重不足，进而影响到成都市中心城区及周边部分郊县的自来水正常供应。
3.2.3 溃坝洪水风险
对于经受了“5.12”汶川特大地震检验的紫坪铺水利枢纽工程，其已具备了相当可靠的安全运行能力，溃坝风险趋近于零。但从国家行政主管部门的要求出发，应将可能存在的风险纳入风险管理之中，基于此，笔者从文献资料分析看，溃坝风险形成的主要原因包括：洪水漫坝、泄水设施及其它水工结构失效、地震、恐怖袭击等。
3.3 保护对象
紫坪铺水库风险应急管理工作的保护对象主要为：坝下游成都市管辖的10个区(市)县(表1)。
表1 风险影响区(市)县土地面积、人口数和地区生产总值统计表(2010年)
县(区)幅员面积/km2耕地面积/hm2总人口/人人口密度/人·km-2地区生产总产值/万元合计第一产业第二产业合计建筑第三产业都江堰1208269426095665051435446173592498664176666763190崇州1089387326691506171124613236902478722109695408989温江27614025369934133121626731349541237474103099790245双流106845475919999883471124729314823727283334682045371新津32916152307757933119168411186565960173094420218郫都43721532508633115923034041682961385638147480749470青羊666105678898499490271478710948054740463807122武侯12258294355174014713141133713246452820783387159彭州142149246800261564149214830633072290752451462911大邑12842968451799240392739219575837073277822360902
4.1 防洪风险
防洪专题研究成果表明：经过紫坪铺水库拦洪削峰，将百年一遇的洪水削减为十年一遇下泄，已经大大提高了金马河的防洪标准。同时，由于都江堰渠首工程的精妙分水、泄洪排沙，内江流域受水库下泄洪水的影响较小，风险危害不大，该区域内的防洪压力主要是区间暴雨洪水。因此，紫坪铺水库的防洪风险压力主要来自于外江，即金马河河段。为确保紫坪铺水利枢纽正常运行，加强金马河安全泄流管理，保证金马河5区(市、县)沿江人民生命财产安全，有效降低防洪风险，针对金马河都江堰至新津近80 km河段采取了以下应急管理措施。
(1) 汛期应急调度原则。
起调水位为汛限水位，高程为850 m，来水流量小于1 100 m3/s时4台机组发电；来水流量大于1 100 m3/s或水位不超过防洪高水位861.6 m高程时，冲沙放空洞全开，根据情况开启1条泄洪排沙洞并控制闸门开度使总泄量不超过2 393 m3/s(下游安全控泄流量)；水位超过861.6 m高程时，冲沙洞与1条泄洪排沙洞敞泄，不控制下泄流量；库水位超过高程870 m时开启溢洪道；库水位超过875 m高程，或发生万年一遇的洪水时，经请示省防指同意，开启第二条泄洪排沙洞。
(2) 健全组织机构，明确工作职责。
以实施有效管理为目标，本着统一指挥、共同负责的原则，由省水利厅统一指挥，成都市水务局、紫坪铺开发有限责任公司、都江堰管理局、沿河五区(市、县)水行政主管部门共同参与组成金马河安全泄流管理体系。其职责分工分别为：①省水利厅负责统一指挥和决策；②成都市水务局负责监督、指导和协调5区(市、县)水行政主管部门的安全泄流管理工作；③四川省紫坪铺开发有限责任公司负责水情变化信息的及时通知；④都江堰管理局、沿河五区(市、县)水行政主管部门负责水情信息的接收和处置，同时加强相关法律法规的宣传及执法工作，并具体负责各管辖范围内河道的安全管理工作。
(3) 加强险情预警，强化信息传递。
在风险压力显现时，利用可靠的信息传递技术向四川省紫坪铺有限责任公司防汛领导小组成员及生产运行部门相关人员通报气象台发布的强降雨天气预警、水情系统监测到的强降雨及其他险情通知。四川省紫坪铺有限责任公司每日根据省电力调度中心批复的次日负荷曲线，提前向都江堰管理局、成都市及沿河五区(市、县)水务局发送次日下泄流量变化情况的传真。当下泄流量发生变化、得到都江堰管理局需开启外江闸门的确认后，电话通知以上单位。汛期如需开闸泄洪，则至少提前3 h以传真形式通知下游地方防汛部门。
4.2 供水风险
供水风险的外在驱动力为暴雨洪水叠加，面对安全供水突发事件的增多以及震后地质灾害频发对安全供水的影响，成都市将紫坪铺水库纳入白沙河暴雨山洪自然灾害引起原水浊度超标的应急体系中，为此，四川省紫坪铺有限责任公司专门制定了安全供水应急预案和下游暴雨山洪自然灾害引起成都市原水浊度超标的水库应急调度方案，采取加大清水下泄的方式，加大了出库流量以稀释下游原水浊度。针对高浊度洪水入库时紫坪铺水库泄洪冲沙与下游白沙河洪水叠加引发的供水风险问题，公司与成都市水务局、都江堰管理局、成都市自来水公司、双流县水务局等单位建立了汛期保证供水安全的联动机制，加强了水情信息互通并形成了应急调度方案，即：当发生超过五十年一遇洪水时，水调服从洪调；发生五十年一遇以下洪水时，自洪峰入库三日内以泄洪为主，洪峰入库三日后采取间歇性冲沙，以满足下游自来水生产的需要。建立联动机制以来，公司科学制订洪水调度方案，合理搭配冲沙洞和其它泄洪设施联合运行，并且在每次开启冲沙放空洞泄洪时都提前通知下游做好供水应急准备，加强水质监测。经过各方共同努力，保证了汛期成都市供水安全。
4.3 溃坝洪水风险
受上游超标洪水及地震、恐怖袭击等外力影响，大坝失稳将形成溃坝洪水。针对此类风险的管理工作分为预防管理和事后的应急管理。应急管理除大坝自身结构维护和风险防控工作外，面向坝下保护对象的生命财产保护的应急管理工作也是其重要内容之一。
4.3.1 风险模拟
(1) 模拟情景。
溃坝风险模拟是风险应急管理的基础，用于应急管理工作的溃坝风险模拟宜选取最不利的情景或工况，可最大限度地保证下游区域生命财产的安全。笔者以紫坪铺水库的应急管理工作为例，根据最大可能、最不利、有代表性角度，结合紫坪铺面板堆石坝的工程特性，选择表2中的4种工况进行了溃坝洪水风险模拟。
表2 各情景具体参数表
情景坝前水位高程/m溃决时间/h溃口参数溃口底高程/m溃口底宽/m溃口边坡备 注1883.137961000.5考虑压坡高程的全溃2883.138401000.5大坝建筑结构失效38773804500.5地震或战争、恐怖袭击48773840500.5非溃坝洪水或死水位瞬溃情况
(2) 应急管理的特征参数。
根据水利部《洪水风险图编制导则》(SL483-2010)、《洪水风险图成图技术要求》、《洪水风险图成图技术细则》、《灾情统计与损失评估》方法，通过对紫坪铺水库4个具有代表性工况的溃坝洪水演进进行二维非恒定流计算，以确定不同溃坝情景下的溃坝洪水对下游地区的影响范围和程度，提出溃坝洪水应急管理的特征参数：洪水到达时间、流速、水深。其中，洪水到达时间表征了应急反应约束，应急管理工作要以此时间作为应急准备、应急演练的标准。对于应急反应时间短的区域，要实行常态化管理，减少居民区建设和产业开发，强化通讯预警手段，使散居的居民能及时得到预警信息；流速和水深表征的是溃坝事件的危害程度，是规划设计应急避难场所的依据之一。
4.3.2 应急避难场所的设置
根据国家防汛抗旱总指挥部办公室印发的《水库防汛抢险应急预案编制大纲》及《水库防洪应急预案编制导则》，结合溃坝风险模拟及《紫坪铺水库溃坝洪水风险研究及风险图编制》成果，依据风险图的风险时空变化规律，规划紫坪铺水库溃坝洪水风险影响区的人员应急转移避难场所。规划或预设溃坝洪水避难场所是应急管理工作的重要内容，也是对生命高于一切的体现，该项工作的主体是政府有关部门，作为企业可将此项工作作为调度管理的约束，也可为政府的实施提供参考。避难场所的设置是否科学，对于降低溃坝风险的危害至关重要。
(1)应急避难场所的设置原则。
①应急转移场所的选址应位于《溃坝洪水风险研究及风险图编制》所模拟的淹没范围之外，并考虑最不利的情况。
②应急转移场所的设置是基于安全性、可达性、可容性、熟悉性等原则。应急转移场所的设置首先应考虑位于风险影响范围之外；其次，考虑人员转移能在最少的应急响应时间内到达；应急转移场所有足够的空间容纳转移人员；最后，应急转移场所应为周边居民所熟知，具有显著性的特点。
③通往应急转移场所的路线应为示范路线，且不应为唯一。保护对象根据所在位置可选择通往应急转移场所的其它路线。
(2)应急体系。
应急转移场所的避险程序启动是跟随相应的应急预案的启动而启动；当应急事件发生后，水库大坝的管理主体应首先将风险信息向所在省防指报告，由省防指根据该省防洪预案决定响应等级，并且将风险信息以及应急响应指令下达给相关地、市、州及各县(市、区)防办，各县(市、区)防办根据已经拟定的当地应急预案执行；以镇为基层单位，确定应急避险方案实施的责任人；责任人来源于县(市、区)一级的防洪应急预案中的责任人；每年需要对方案实施责任人进行复核，复核的行政主管部门为县级防办。
(3) 人员转移原则。
当判断水库有可能发生漫顶溃坝后，根据应急体系设置，大坝管理者应将风险信息向省防指报告，省防指根据防洪预案决定响应等级，并将风险信息以及应急指挥长的指令下达给地、市、州及各县(市、区)防办，各县(市、区)防办根据当地应急预案执行，受影响区人员接到转移通知后，可根据自己所在位置就近向应急转移场所转移。
以紫坪铺溃坝风险模拟为例，当应急预案启动后，保障洪水影响区的人民生命安全将是应急响应的首要任务。根据风险图的时空分布规律，可设置多个应急转移场所，并将其分布于坝下可能受到影响的区域，以县(市、区)为单位，将洪水影响区划分为多个影响区，在每个影响区规划一个或多个应急转移场所。应急转移场所的规划应考虑就近原则，将其设置于淹没范围之外，具有安全性、可达性、可容性、熟悉性等。例如，都江堰市中兴镇及玉堂镇局部受影响人口约为1.3万人，对口接纳的避险场所为上元社区避险所和青城山高级中学避险所，可容纳人数为5万人，当影响区内的居民接到撤离通知后，可在最短时间内向应急转移场所转移。
紫坪铺水库的风险应急管理工作是一个过程控制的管理工作，事前预防、事后控制是必需采取的策略。面向保护对象的风险应急管理是一项事前谋划、事后实施的工作。由于防洪风险、供水风险出现的概率相对较高，这就要求风险控制策略一定要详细，同时要求经常对下游的情况进行调查，将变化情况纳入到动态化管理工作之中，每年要根据实际情况进行修改与调整。溃坝洪水应急管理是一项系统工作，该项工作的主体是政府有关部门。作为企业，可以将此项工作作为调度管理的约束，也可为政府的应急管理提供参考。在企业层面，一定要与政府层面的预案相对接，做好应急规划，由政府统筹实施。笔者以紫坪铺风险应急管理为例，可为同行提供参考。
(责任编辑：李燕辉)
收稿日期：2017-01-06
中图分类号：TV7;TV62+2;TV697
文献标识码：B
文章编号：1001-2184(2017)02-0075-04
作者简介：
由丽华(1964-)，女，山东蓬莱人，副总经理，教授级高级工程师，工程硕士，从事水利水电工程建设和运行管理工作；
阳 莉(1972-)，女，四川彭州人，主任，高级工程师，工程硕士，从事水利水电工程建设管理和水库调度工作.
联系客服
