皮山县阿依库木水库溃坝原因分析

皮山县阿依库木水库溃坝原因分析

王立功

中工武大设计研究有限公司新疆分公司新疆乌鲁木齐830000

摘要：本次通过对阿依库木水库溃坝分析研究，发现引起水库溃坝的主要原因有地震破坏、地震液化、坝体碾压质量、密实度、动植物影响等，为溃坝后水库的加固提供有力的依据。

关键词：地质构造；水库溃坝；地震

1前言

阿依库木水库为皮山县皮山河流域下游一座拦河式平原水库，为解决科克铁热克乡阿依库木片区春灌用水需求，充分发挥阿依库木水库蓄水调节作用，2015年12月29日该水库开始蓄水，2016年1月11日北京时间7时左右，水库东副坝2+086.6～2+104.6段发生了溃坝，溃坝部位处于土工膜斜墙坝与水力冲填坝的结合部位，溃坝长度18m，造成下游的道路损毁长度190m，由于现场处理得当、抢险组织到位，没有造成大的财产损失，人员伤亡。其发生溃坝是内因和外因[1]共同作用的结果，本文通过对已有资料和现场勘察试验等方法，分析出溃坝的原因，为后续的处理提供意见。

2水库基本概况

阿依库木水库始建于1955年，为“三无”工程，对水库防洪标准、兴利需求、施工组织等未做认真分析[2]，1958年建成并投入运行，坝型为水力冲填均质土坝，坝长3020m，最大坝高6m，Ⅳ等小（1）型水库，设计总库容300万m3，死库容60万m3。该水库控制下游1.0万亩灌溉面积及灌区3069人口，2010年4月完成除险加固工作，只对坝体部分进行了土工膜防渗处理，使坝型变为土工膜斜墙坝+水力冲填均质土坝。

3地质概况

区域地质构造主要分为两个大的一级构造单元：西昆仑山褶皱带和塔里木地台。第四纪以来，新构造运动对区内影响较为显著，在继老构造形迹的基础上，又发育有一些新的构造形迹。该区是我国新构造运动最强烈的地区之一，分布普遍，表现十分显著。新构造运动的特点表现为差异升降运动。第四纪早期，主要表现为地壳升降运动，随着塔里木盆地四周山体持续上升，形成了干旱半干旱内陆盆地的雏形，昆仑山腹地的山岳、山谷冰川因气候变暖发生消融，大量的冰雪消融水汇集形成巨大洪水携带大量的碎屑物质向区内搬运堆积。第四纪以来发生了较强烈的上升运动；第四纪后期主要是长年性河流和季节性沟谷发育，在山前形成众多的冲洪积扇，彼此连接构造了现代冲洪积平原。其后气候更趋干旱，新构造运动相对平缓，水流作用减弱，风成作用显著增加，形成了现代河床、漫滩、季节性洪沟、沙丘等地貌景观。

水库位于塔里木盆地西南边缘，昆仑山北麓，山前冲洪积平原之上，海拔1330～1340m。区内地层较为单一，仅有第四系地层分布，岩性为第四系全新统风积堆积粉土，厚度5～50m，分布范围广，其底部粉土含砂量较高。

4水库溃坝原因

4.1地震影响

区域内曾发生多次地震，震级多为5.2～6.0级，最大一次6.8级，最近一次地震为2015年7月3日的6.5级地震，地震震中处于北纬37.6°、东经78.2°，震源深度10km，位于皮山县城西南方向，距县城约7.3km，具该水库10.2km，这次地震的特点是“震级大、震源浅、灾害严重、但人员伤亡相对较少”。此次地震对水库的破坏较大，导致松散的大坝土体内部出现裂缝，从水库表面上难以发现隐患。坝体土是液化土，地震使坝体产生众多微裂缝，土体的均匀性更差，特别是发生液化的部位形成较大的“空洞”，在蓄水时加速坝体内裂缝的重新分布，可能发生贯通，使坝体有效宽度减小，实际水力比降增大，坝体抵抗渗透变形的能力变差，可能导致坝体的脆弱部位溃坝。

4.2不同坝型的接触部位

坝体土渗透系数6.3×10-4～2.5×10-3cm/s，具中等透水性，在水库蓄水后，不同坝型会产生不同的反应：土工膜斜墙坝由于防渗效果较好，坝体不会产生明显的变化；均质土坝由于透水性偏大，土体饱和程度高，土体变化较大，特别是在两种不同坝型的接触部位，这种变化更为直接和明显，对坝体的稳定性影响也最大，变化超过临界值，可能发生溃坝。

4.3坝体密实度

通过现场标准贯入试验和1级原状样室内试验，钻孔中坝体土体的标贯锤击数5.1～11.0击，土体松散--稍密，坝体填筑质量差，坝体土的干密度1.36～1.47g/cm3，击实试验得最大干密度1.54g/cm3，按压实度0.97计算，控制密度1.49g/cm3，坝体干密度均小于控制密度，坝体碾压质量差，坝体质量不合格，蓄水时易造成土体的饱和状态，稳定性变差，可引起溃坝。

4.4动植物影响

整个坝体都有较多的“鼠洞”存在，平均9.8个/100m，洞深0.3～1.0m，考虑洞体的非直线性，推测最深处超过坝体宽度的一半，在蓄水时可造成实际水力比降的显著增大，当超过临界水力比降时就会造成坝体的破坏。此外，整个坝后坡植被极发育，以芦苇为主，根系深达0.5～2.0m，达到坝体高度的1/3～1/2，植物根系的枯死、腐烂可导致大坝密实度降低、出现随机性空洞。

4.5管理不到位

阿依库木水库由于除险加固经费预算原因没有进行全面加固，没能对坝体进行全方位处理，坝体存在“先天不足”，在以后的运行中会引发诸多不利，可能导致溃坝。

5结论

阿依库木水库溃坝主要原因：7.3地震是坝体产生裂缝；除险加固时未做全面防渗，使坝体土工膜防渗段与未防渗段接触部位土体的饱和程度不一；坝体碾压质量差，坝体质量不合格；动物洞穴或植物根系使坝体水利比降和密实度发生变化。水库溃坝是多方面的，这些因素综合导致了水库溃坝的发生。

参考文献：

[1]刘德峰，宰维东，谢营.小型水库大坝溃坝风险识别研究.水利与建筑工程学报.2010.5。

[2]李超，李天科，郭清华，邓铭江.小型水库群溃坝风险分析方法研究.水利经济.2010.3。