大壩內(nèi)部侵蝕問題研究

1 大壩概況

東布蘭奇(East Branch)壩位于美國(guó)賓夕法尼亞州艾克縣境內(nèi)，坐落于克拉里恩(Clarion)河的東支上，是一座土石壩。該壩于1948年6月開始建設(shè)，并于1950年11月開始蓄水，由美國(guó)陸軍工程師團(tuán)匹茲堡區(qū)負(fù)責(zé)管理和調(diào)度。該壩于1952年6月進(jìn)入全面運(yùn)行狀態(tài)，并于同年10月徹底完工。建造該壩的主要目的是防洪、水源保護(hù)、水質(zhì)保護(hù)、增加枯水期水量，以及保護(hù)魚類和野生生物。

東布蘭奇壩右壩肩處設(shè)有泄水建筑物，左壩肩處設(shè)有非常溢洪道。大壩全長(zhǎng)526 m，高56 m，壩頂寬6.1 m，壩基處最寬達(dá)340 m。最初設(shè)計(jì)的滿庫水位為513.6 m，但1972年受艾格尼絲颶風(fēng)(Hurricane Agnes)影響，6月24日曾最高蓄至513.7 m。此次事件驗(yàn)證了東布蘭奇壩的基礎(chǔ)是安全的，且在該事件中溢洪道進(jìn)行了唯一一次泄流。

在歷史上，東布蘭奇壩也曾發(fā)生過與潛在內(nèi)部侵蝕有關(guān)的大壩安全問題，最嚴(yán)重的一次發(fā)生在1957年。該年5月，右壩肩附近的壩趾處出現(xiàn)了大量泥水，分3階段將水庫水位降低34 m?？碧姐@井發(fā)現(xiàn)，由于內(nèi)部侵蝕作用，土石壩防滲心墻產(chǎn)生了一個(gè)空腔。隨即，通過鉆井和灌漿對(duì)空腔及其周邊進(jìn)行了修復(fù)，修復(fù)工作直到11月份才完成。雖然修復(fù)工作的實(shí)施完成保證了滲流條件和大壩性能未發(fā)生顯著變化，但畢竟這些修復(fù)工作已經(jīng)過去50多年。

2 大壩安全等級(jí)

2006年，東布蘭奇壩成為篩選組合(screening porftolio)風(fēng)險(xiǎn)分析進(jìn)程的研究對(duì)象之一。美國(guó)陸軍工程師團(tuán)提出了大壩安全分級(jí)系統(tǒng)，為解決大壩安全問題提供了統(tǒng)一的、系統(tǒng)的指導(dǎo)。根據(jù)大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可能失事模式及可能造成的后果，將大壩安全等級(jí)劃分為5級(jí)。其中，Ⅰ級(jí)表示風(fēng)險(xiǎn)最高，Ⅴ級(jí)表示大壩安全且符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此，可能造成的后果主要包括生命傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境及其他方面的影響。利用這套風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，東布蘭奇壩的安全性被評(píng)定為Ⅱ級(jí)，存在潛在的不安全問題，有待進(jìn)一步研究和分析。

3 大壩安全整改計(jì)劃

2008年2月，東布蘭奇壩開始實(shí)行24 h值班制度，同時(shí)降低水庫水位，并實(shí)施臨時(shí)調(diào)度計(jì)劃。這些措施可以直接、有效地減少風(fēng)險(xiǎn)，并限制了工程的負(fù)面影響。但該壩的大范圍勘探與分析證明，土石壩壩底和穿過壩體存在滲徑，需要開展長(zhǎng)期修復(fù)工作。

2010年10月，一項(xiàng)關(guān)于大壩安全的整改計(jì)劃圓滿完成，并得到美國(guó)陸軍工程師團(tuán)總部的認(rèn)可。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期減少風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)，研究建議在壩體內(nèi)建造一個(gè)全長(zhǎng)全深的混凝土防滲墻，并恢復(fù)正常的大壩調(diào)度。通過估算，該項(xiàng)工程的費(fèi)用約為2.8億美元。

美國(guó)陸軍工程師團(tuán)的一名項(xiàng)目經(jīng)理表示，工程規(guī)劃都在依計(jì)劃進(jìn)行，且2012年該項(xiàng)目資金充裕。此外，環(huán)境問題也是需要首先考慮的問題之一。為此，針對(duì)大壩下泄水流，每?jī)蓚€(gè)月進(jìn)行一次水質(zhì)分析，并且自2012年5～10月還開展了一次水生態(tài)調(diào)查工作。此外，施工期的安全問題是關(guān)乎工程能否順利完工的關(guān)鍵。他還指出，美國(guó)陸軍工程師團(tuán)正在為確保安全章程和安全通告的落實(shí)而積極努力，等相關(guān)設(shè)備與人員一到位，這項(xiàng)工作將會(huì)得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

美國(guó)陸軍工程師團(tuán)匹茲堡區(qū)的管轄范圍共計(jì)67 000 km2，包括賓夕法尼亞州西部、西弗吉尼亞州北部、俄亥俄州東部、馬里蘭州西部，以及紐約州西南部的一部分地區(qū)。在其職責(zé)范圍內(nèi)，共有528 km的適航水道、23個(gè)通航閘壩、16個(gè)多目標(biāo)防洪水庫、42個(gè)地方防洪工程，以及其他一些水資源、基礎(chǔ)設(shè)施以及環(huán)境保護(hù)和治理工程。