中国水库大坝失事统计及初步分析

1、可修编.中国水库大坝失事统计与初步分析何晓燕1王兆印1,2黄金池1丁留谦1（1中国水利水电科学研究院,100038,2清华大学,100084）摘要：利用1954-2003年50年的全国溃坝统计资料（除外），得出溃坝事故的时间空间分布规律，采用能谱分析、气候状态图对溃坝事故的周期性、溃坝率差别显著的区域进行了分析研究，结果表明水库溃坝事件遵从24年大周期、12年左右小周期的变化规律；在经历了长时间干旱后的大量降水会增加水库安全事故的发生率。最后对我国垮坝事故原因进行了统计分析，认为导致我国水库失事的主要原因是泄流能力不足和水库质量问题，对于北方水库更是如此。而对于南方水库而言，超标准洪水亦是导致

2、水库发生安全事故的主要原因之一。关键词：水库安全,溃坝事故,统计分析引言水库大坝作为重要的水利基础设施，在水资源管理、防洪减灾中发挥着至关重要的作用。随着我国经济发展对水资源需求的增大，其作用也将愈发明显。水库大坝在发挥重要作用的同时，因其自身安全性所导致的溃坝洪水风险问题，也会给相关地区带来潜在的安全隐忧尽管事故发生的概率非常小，但其失事后果严重，破坏性大，可能造成巨大的生命、财产和环境损失。随着我国经济的持续快速发展，人们在对水库依赖性增强的同时，又增加了对水库大坝安全保障的需求，然而，我国水库工程的安全状况并不乐观。我国一半以上水库建成于20世纪50年代至70年代，大多是在边勘测、边设计

3、、边施工中进行的，工程标准低、施工质量差，经过几十年的运行大多已处于病险状态。据统计，1999年底全国三类水库大坝共有30,413座，其型水库145座，占大型水库总数的42%；中型水库1,118座，占中型水库总数的42%；小型水库29,150座，占小型水库总数的36%。水库大坝的安全问题已经受到人们越来越多的关注。我国对于水库大坝安全问题的研究最早始于50年代末60年代初，是针对三峡工程的安全问题进行研究，但由于技术、经济等多方面条件的限制，目前大坝的溃坝机理还不很清楚。本文从统计的角度，利用19542003年50年中中国的溃坝事故统计资料（缺），研究了溃坝事故发生的时间、空间分布规律，并对水

4、库溃坝事故进行了能谱分析、气候状态和溃坝原因等方面的深入分析。已溃水库统计规律事故数据对于中国溃坝失事的统计先后进行过三次1。本次研究是在第三次统计的基础上，又收集整理了19912003年的溃坝事故，共统计有19542003年50年中的溃坝事故共3481起，其型水库2起，中型水库123起，小型水库3356起。统计的区域涉及全国除以外的31个省市自治区，暂将市的有关数据涵盖在省，未将其单独列出。溃坝数随时间变化图1和图2给出了统计结果，由图可见：（1）溃坝事件的发生具有明显的三次高峰期，分别是19591962年、19711981和19901994年；（2）70年代溃坝数量最多，按溃坝数多少进行排

5、序，排在前三位的依次是1973，1974和1975年，对应溃坝数分别达到556座，396座，291座。在统计区域，除、无溃坝事故发生外，全国几乎所有省市自治区的溃坝数量最多年份都在70年代（见图2）。（3）自1982年之后，溃坝数量明显减少。量数坝溃-111ii1ii1n1iii.H.n.n.H.n.n.111111111i|iniriiniflimriiiiilli|ifli1iiFliFliniriiriin006005o4000300200QUOZ乙tcoJ!oQyl66yl4912QylQ91oozyl6zyl4zyl2zylQzyloofiylC-图bB一05915914591o19

6、542003年历年溃坝数量统计12010080例比6040200Hp|ll|ll|l|lHH1IIIIIIII海南北江南南青海河浙云湖疆新江龙黑西宁川夏林东西建苏南北西肃州蒙徽东西津京广辽四宁吉广陕福江河湖山甘贵内安山江天北图270年代各省市自治区溃坝数占相应区域50年中溃坝数比例溃坝率空间分布本文将溃坝率定义为在某一确定时间已溃水库数占相应已建水库总数的比例。按照统计，全国平均溃坝率为4.09%，超过全国平均水平值的有11个省市，位于前五位的依次是（39.2%）、XX（29.0%）、（28.7%）、蒙（26.0%）、（21.4%）。这表明，北方地区的溃坝率明显高于南方地区。图3为全国各省市已

7、溃水库数量分布图。可以看出，在1954-2003年50年间溃坝数量超过200座的省依次为省（400座、，省（287座、，省（285座、，（233座、，因此单从溃坝绝对数量来看，溃坝事故多发区既有南方省份，又有北方省份。图3全国各省市已溃水库数量分布（XX除外）等雨量绒.图4全国各省市自治区溃坝率分布以溃坝率16%为界，将省市自治区，用粗实线进行区别标注，再将400mm年降水量线用粗虚线标注在同一图上（见图4）。可以看岀，除、之外，400mm年降水量线以北的区域及其附近区域的溃坝率明显高于我国东南部地区。、溃坝率低的主要原因：（1）由于这两个省份已建水库少，按照2003年底统计结果，省已建水库仅

8、有152座，而的已建水库数为16座；（2。溃坝事故本身是低概率事件。水库安全趋势分析3.1能谱分析能谱分析是基于有限的观测数据寻找其频率成分，探询其活动周期的一种数学处理方法，常用于信号分析。本文对溃坝数的能谱进行了探讨，溃坝数N的傅立叶变化公式为：(f)=JN(t)ei2兀ftdtgE(f)=葺丄la(f)|2式中：a(f)为N(t)的傅立叶变换,E(f)为频率f时能量。能谱定义为：G(fx100%EE(f丿式中：G(f)代表频率为f的能量在全部能量中所占的百分比。对19542003年期间全国溃坝数进行快速傅立叶变换(见图5)，溃坝数的主要频率成分为0.04、0.08，对应周期为24年和12

9、年。因此可以认为，溃坝事故的发生具有周期性，图6溃坝数能谱密度分布图3.2气候状态分析气候状态图由HeinrichWalter(1985)提岀，是研究陆地植被分布和气候关系的一个工具,该图包含大量气候信息，如温度和降水的季节变化、干旱和湿润季节的长度和强度等。其作图方法如下：横轴为月份，左纵轴为多年月均气温(C),右纵轴为多年月均降水量(mm)；根据中国的气候特点，左右纵坐标轴刻度按30mm月降水量与10C气温对应；图顶左侧为气象站名，图顶右侧为气象站高程，左上角显示为测站多年平均气温右上角为测站多年平均降水量；月均气温线用实心圆点标识，多年月平均降水量值以空心圆点标识。利用该方法分别作出不同

10、气象站气候状态图，选择溃坝率最高的省与溃坝率相对较低的省进行比较。采用的桑植、石门、南县、沅陵、南岳8个控制气象站和省的河曲、兴县、原平、介休、远城、侯马10个控制气象站的长系列降雨和气温资料，气象资料主要来源于中国气象局气象资料中心。图7、图8为这两省典型水文站的气候状态图。Jmm240180120600-60-20mm300240180120600-60FMAMJJASONDMonth图7JFMAMJJASONDMonthXX8站气候状态-20mm180120600-60JFMAMJJASONDMonth图8XX10站气候状态图根据气候状态图，若降水量曲线位于温度线的上方，表明测区气候偏湿

11、润；若气温高于0C，则测站区域属于温暖湿润地区；若温度低于0C，则测站区域属于寒冷地区。若温度线位于降水量的上方，表明测区气候偏旱。在季风气候区，我国表现为雨热同期，可能出现上述两者气候状态的过渡类型，旱季降雨量少，温度线位于降雨量线上方，气候状态表现为干冷；雨季降雨丰富，降雨量线分布在气温线的上方，气候状态表现为湿热。这种气候类型在我国北方表现得极为典型。比较、两省的气候状态图发现，省大部分地区在汛期来临之前都要经历2个多月的干旱，而省几乎所有区域的全年降雨量线都在气温线的上方，为湿热型气候状态。因此，在长期干旱后降水量突然增加是水库安全的重要影响因素。已溃大中型水库的坝龄分布在195420

12、03年50年中共发生125起大中型水库垮坝事件，图9为已溃大中型水库的溃坝坝龄分布。可以看出：（1）我国已溃大中型水库中超过半数是在施工期发生的。进一步分析其发生年代，绝大部分的施工期溃坝事故发生在“大跃进”时期，这与我国当时特殊的时代背景有关，1980年之后，再未发生过施工期溃坝事故。（2）水库大坝在投入运行10年即发生溃坝事故的比例很高，在10年之后的溃坝率则相对低很多。国际大坝委员会对世界围（中国除外）的溃坝事故进行统计分析，也曾得出有类似的统计结论1。图10施工期已溃大中型水库在不同年代的溃坝率失事原因分析将垮坝失事原因分为漫坝（泄洪能力不足和超标准洪水两种情况）、质量问题、管理不当、

13、其它原因和原因不祥5类。对全国19542003年50年中已溃水库的溃坝原因进行统计统计结果见图11-013。图1170年代各种溃坝原因导致溃坝数占相应溃坝数比例宁疆夏东建南西海肃西东南江徽林州西南苏蒙川北辽新宁山福河广青甘山广云浙安吉贵陕湖江内四湖江龙黑北河图12泄洪能力不足或无溢洪道导致溃坝数占溃坝总数管理不当其他原因图13各种原因导致溃坝数占相应区域溃坝总数比例原因不祥省黑八、超标准洪水泄洪能力不足质量问题由统计数据和分析以上各图易知，水库溃坝具有以下主要原因：统计数字表明，70年代的溃坝数占19542003年50年中总溃坝数的56.4%。对70年代的已溃水库溃坝原因进行分析表明，泄洪能力

14、不足和质量问题是导致溃坝发生的主要原因。由图12图13可以看岀，泄洪能力不足和质量问题是导致北方水库溃坝率高的直接原因。对全国不同省市自治区溃坝原因的分析结果表明，对于部分中原地区和南方地区的水库，超标准洪水亦是导致溃坝事故的主要原因之一。结语通过前面的统计分析，可以得岀以下初步看法：采用能谱分析法，确定岀水库溃坝事件遵从24年大周期、12年左右小周期的变化规律；统计数字表明：沿着400mm年降水量线以北及其附近区域溃坝率明显高于该降水量线以南地区；（3）采用气候状态图对溃坝率最高的省和溃坝率低的省进行比较分析，表明：在经历了长时间干旱后的大量降水会增加水库安全事故的发生率；（4）统计分析表明，我国发生垮坝失事的水库中有96.4%是小型水库，导致我国水库失事的主要原因是泄流能力不足和水库质量问题，对于北方水库更是如此。而对于南方水库而言，超标准洪水亦是导致水库发生安全事故的主要原因之一。致：感原国家防汛抗旱总指挥部办公室黄朝忠巡视员和中国水利水电科学研究院防洪减