什么样的防洪水平和下游风险是围堰可以接受的?

2021年9月23日

在之前的思想领导文章中,HTH华体会App认为 大坝溃坝下游的后果比大坝的规模更能衡量大坝的风险. 例如, 鞍形大坝通常会对下游产生重大影响, 尽管比主坝小. 围堰也是如此.

围堰英雄形象(1)

围堰是一种临时的水坝,在建造永久水坝时,它会使河流改道. 围堰使主坝址在整个施工过程中能够得到排水和保护. 河流通过导流通道在场地周围分流, 管道或通道, 它有一定的泄洪能力超过这个围堰就会溢出来. 围堰的溢出可能会导致这个临时水坝的崩溃, 这种事件的后果取决于围堰后面储存的水量以及下游的后果.

如果施工周期较短,围堰的设计和施工有较大的风险承受范围, 围堰相对较小,下游的影响也很小. 但如果围堰是一个高层结构,对下游有重大影响, 什么水平的防洪是可以接受的?

当在一条大河上修建水坝时,这个问题很常见. 尽管围堰通常比主坝小很多, 而风险暴露期虽然只是永久大坝建设的持续时间, HTH华体会App必须考虑到下游社区的生命安全风险. 如果下游的后果是巨大的, 这些临时围堰的设计和施工需要应用适当的水坝工程原则和标准,以保护下游社区在主坝施工期间免受不可接受的风险.

没有一致性, 有关在施工期间处理洪水风险的适当国际惯例或标准, 可能是在修建新水坝时引水, 或现有水坝补救工程期间的防洪管理. 大坝工程师的总体看法是,在短期建设期间,较高的风险水平是可以接受的, 与完成结构的长期风险相比.

传统上, 围堰和引水工程的防洪能力是基于建设工程的防洪风险,成为一个成本优化问题, 考虑过顶可能造成的时间损失和损失. 然而, 如果下游有一个种群, HTH华体会App谈论的是下游对生命的威胁, 这不再是一个简单的财务问题.

过时的澳大利亚国家大坝委员会(ANCOLD) 大坝洪水设计导则1986 提出围堰施工周期较短的引水洪水风险应与建议设计洪水的安全等级相当,与永久大坝的寿命相关. 对于高后果类大坝,工期为5年, 该指南建议设置500年一遇的河流改道防洪能力.

这类似于巴西在国际大坝委员会(ICOLD)中提出的指导方针。 简报170 -洪水评估和大坝安全 (2018), 施工期间,河道各管理阶段在哪里, 引水工程的防洪能力应根据下游的洪水风险来确定, 考虑到曝光时间. 下表根据巴西的指导方针, 考虑到对下游人类生命的威胁. 如果真的有生命损失的危险,工程和工程进度将会受到重大破坏, 那么围堰的年损坏风险应小于1%.

类别 年度损坏险
对人的生命没有危险
没有对工程或工程进程发生的严重损害作出规定
5% to 20%
对人的生命没有危险
一些对工程或工程进程的重大损害的规定
2% to 5%
对人类生命有危险
为对工程及其进展造成的重大损害作准备
1% to 2%

真正的生命损失的危险

对工程及其进展造成重大损害的款项

<1%

根据巴西大坝委员会为2009年在巴西利亚举行的ICOLD大会准备的“巴西大河改道”文件, 在巴西,主要水坝项目提供的最大河流导流洪水容量是500年一遇的洪水. 这是目前国际上公认的临时围堰标准, 但从下游人群生命风险的角度来看,这是可以接受的?

业主需要考虑在大坝建设期间,大坝对居民造成的风险在多大程度上是可接受和可防御的. 当前ANCOLD 大坝可接受洪水容量选择指南 (2000)表明,目前还没有共识或风险标准专门考虑与大坝长期寿命内的整体风险相关的风险-寿命标准是否同样适用于短期工期. 与历史实践相比,遵守各种生命危险标准通常会导致非常保守的建设洪水规定, 因此,应该只用于协助考虑和决定建设洪水选项. 尽管在建设过程中接受的风险可能比在役竣工大坝所能接受的风险要高, 这种做法在失败导致人员伤亡的情况下是不太可能站得住脚的.

在确定围堰布置引水泄洪能力时, 考虑这些因素:

  1. 考虑下游的后果 上游围堰失效. 如果下游的种群处于危险之中,这一点尤为重要. 为了量化大坝溃坝的影响,可能需要对上游围堰进行溃坝评估.
  2. 采用反映风险的围堰工程标准. 下游的后果越严重, 围堰的设计标准应越严格, 包括引水工程的泄洪能力. 的 设计时应考虑潜在的失效模式 围堰(e.g. 洪水泛滥、内部侵蚀等.), 应采取适当的设计措施,使失败的机会适当降低.
  3. 探索减轻下游社区风险的方法 by:
    1. 优先采用导流容量较大的较低围堰方案
    2. 进行防洪工程,尽量减少暴露时间
    3. 包括应急溢洪道或保险丝塞作为围堰设计的一部分,以控制任何下游洪水
    4. 为重大水浸事件作准备(如下所述).
  4. 确保围堰按照设计建造,并具有高水平的质量保证, 特别是如果围堰被证明是一个高后果类大坝. 现场的质量控制(QC)和质量保证(QA)过程必须反映下游的后果和生命风险. 风险越高, 越高的理由投资适当的质量保证/质量控制围堰建设.
  5. 在施工期间是否有大坝安全应急计划(DSEP). 如果下游人口处于危险之中, 它将是适当的,有一个DSEP围堰期间建设的永久大坝, 同时对围堰进行适当的监测. 在施工过程中有一个DSEP是 对任何高后果大坝来说都是很好的实践. 通过对大坝的监测,可以及早发现大坝安全紧急情况是否正在发生. 及早发现可以尽快采取适当行动, 通过干预或早期预警. 这将有助于降低下游人口的剩余风险, 并使承包商能够在施工现场进行干预. 它还将提供明确的沟通渠道和对责任的理解, 是否有任何潜在的大坝安全紧急情况发生.
  6. 发展和实施良好的洪水预报和预警系统. 如果承包商在洪水发生前有足够的预警, 他们可以采取行动减轻潜在的影响. 例如, 施工人员和设备可从上游和下游围堰之间的区域移走. 充分的预警时间将大大增加大坝溃坝后的生存机会. 设有适当的雨量站及径流站, 洪水预测和洪水预警模型 它能在大洪水发生前提供更多的预见能力吗, 这样就有更多的时间采取先发制人的行动并通知下游社区.
围堰信息图表

点击图片查看完整尺寸.

无论水坝的规模或结构的无常, 总是考虑下游的后果. 即使围堰是临时结构, 它仍然是一个大坝, 它的失败可能会导致严重的下游后果,包括生命危险. 这就是为什么HTH华体会App应该考虑对围堰采用与永久大坝相同的大坝安全措施. 最后, 这一切都是HTH华体会App识别和管理风险和保护下游脆弱的东西.

看看是什么促使理查德写下这篇文章. 

恩图拉参与了许多大型河流大坝建设相关围堰的决策过程. 如果你愿意讨论HTH华体会App如何协助你的计划, 设计和建造更安全的水坝, 请联系 理查德Herweynen, 保罗·索恩科特 or 菲利普Ellerton.

HTH华体会App作者

理查德Herweynen 恩图拉的土木工程首席顾问. 理查德在大坝和水电工程方面有30年的经验, 并在印度-太平洋地区的大坝和水电项目上工作, 涵盖各方面,包括调查, 可行性研究, 详细设计, 施工联络, 对新项目和现有项目进行操作维护和风险评估. 理查德最近参加了一些大型水利项目的专家审查小组. 他参加了混凝土重力坝的ICOLD工作组,并担任水资源项目规划过程中工程活动ICOLD技术委员会的主席. Richard赢得了许多工程卓越奖和创新奖(包括2012年澳大利亚工程师专业工程师奖-塔斯马尼亚分部), 发表大坝工程相关技术论文30余篇.

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