跨流域調(diào)水工程突發(fā)事件及應(yīng)急調(diào)度措施研究

段文剛，黃國(guó)兵，吳 斌，余 俊

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢 430010；2.山西朔州市水務(wù)局，朔州 036000）

跨流域調(diào)水工程突發(fā)事件及應(yīng)急調(diào)度措施研究

段文剛1，黃國(guó)兵1，吳 斌2，余 俊1

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢 430010；2.山西朔州市水務(wù)局，朔州 036000）

跨流域調(diào)水工程規(guī)模大線路長(zhǎng)，沿線可能存在多種復(fù)雜地質(zhì)條件，地理環(huán)境和氣象條件差異較大。當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害、交通事故及其它突發(fā)事件時(shí)，要求緊急截?cái)嗨骰蚨唐趦?nèi)大幅度改變流量，及時(shí)控制突發(fā)事件造成的危害，通過有效的應(yīng)急調(diào)度，保證工程安全、平穩(wěn)和連續(xù)的輸水運(yùn)行。針對(duì)正常供水過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件進(jìn)行歸納分類，分別從水質(zhì)安全、渠道及建筑物結(jié)構(gòu)安全、設(shè)備故障和社會(huì)安全等4個(gè)方面提出相應(yīng)的閘門應(yīng)急調(diào)度措施。同時(shí)，提出應(yīng)急調(diào)度的目標(biāo)原則和技術(shù)思路，可為下一階段深入研究提供技術(shù)鋪墊。

工程減災(zāi)；調(diào)水工程；突發(fā)事件；應(yīng)急調(diào)度；應(yīng)急預(yù)案；節(jié)制閘

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口不斷增長(zhǎng)，城鄉(xiāng)居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境對(duì)水的需求越來越迫切。由于地球上水資源時(shí)空分布不均衡的特點(diǎn)，水資源短缺問題已嚴(yán)重影響缺水地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類的生存環(huán)境，而進(jìn)行大型跨流域調(diào)水則是解決這一問題的有效途徑。目前我國(guó)正在興建的某大型跨流域調(diào)水工程，渠首設(shè)計(jì)引水流量逾300 m3／s，其輸水明渠全線長(zhǎng)超過1 000 km，穿越眾多河流、公路和鐵路。全程自流輸水，沒有在線調(diào)節(jié)水庫(kù)，但沿線布置有眾多節(jié)制閘、分水口門、退水閘等控制工程。要保證這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，做到供水及時(shí)，無棄水或少棄水，并使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其供水調(diào)度相當(dāng)復(fù)雜，而突發(fā)事件條件下的應(yīng)急輸水調(diào)度難度和復(fù)雜性更是不言而喻。沿線存在多種復(fù)雜地形地質(zhì)條件，地理環(huán)境和氣象條件差異較大，當(dāng)由于自然災(zāi)害、交通事故或其它原因，要求某渠段緊急截?cái)嗨骰蚨唐趦?nèi)大幅度改變流量，以便于及時(shí)控制突發(fā)事件造成的危害時(shí)，即應(yīng)采取相應(yīng)的閘門應(yīng)急調(diào)度措施［1-4］。通過有效的應(yīng)急調(diào)度，保證工程安全、平穩(wěn)和連續(xù)的輸水運(yùn)行。本文重點(diǎn)圍繞工程正常供水過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件進(jìn)行歸納分類，分析其可能發(fā)生渠段位置，提出相應(yīng)的閘門應(yīng)急輸水調(diào)度措施，并對(duì)典型事故工況應(yīng)急調(diào)度預(yù)案提出初步設(shè)想和思考。

1 突發(fā)事件分類

根據(jù)突發(fā)事件的性質(zhì)和機(jī)理，結(jié)合輸水明渠供水調(diào)度實(shí)際情況，主要從水質(zhì)安全、渠道及建筑物結(jié)構(gòu)安全、設(shè)備故障和社會(huì)安全等4個(gè)方面進(jìn)行整理分類。

1.1 水質(zhì)安全事件

水質(zhì)安全是工程輸水的前提和基礎(chǔ)，一旦發(fā)生水體污染事件，水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，無法滿足沿線用戶用水需求，即應(yīng)作棄水處理。而沿線周邊的化工廠和交通橋梁都可能是潛在的隱患，主要有以下幾種水質(zhì)安全情況：

（1）沿線周邊化工廠爆炸或滲漏引起的渠道水質(zhì)污染事件；

（2）沿線交通橋梁裝載有毒有害化學(xué)品車輛墜渠誘發(fā)的水質(zhì)污染；

（3）人為惡意投毒事件；

（4）小流量運(yùn)行時(shí)由于流速緩慢引發(fā)的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問題。

1.2 渠道及建筑物結(jié)構(gòu)破壞事件

1.2.1 邊坡失穩(wěn)或泥石流引發(fā)的渠道淤堵（毀）破壞

渠道邊坡穩(wěn)定問題是比較嚴(yán)重的工程地質(zhì)災(zāi)害，渠坡的穩(wěn)定性主要取決于地質(zhì)構(gòu)造及渠坡土（巖）層的性狀，一般由黏性土、巖石組成的渠坡穩(wěn)定性好；而由膨脹土、濕陷性黃土狀土、軟黏土等特殊土組成的渠坡穩(wěn)定性較差。輸水明渠渠坡或渠底分布有膨脹性（巖）土體的渠段共有186段，累計(jì)長(zhǎng)332 km。其中強(qiáng)膨脹（巖）土與其它土、巖體組成的渠段有11段，累計(jì)長(zhǎng)18.5 km。此外，深挖方渠段形成的高邊坡也容易誘發(fā)邊坡失穩(wěn)破壞。

歷史上，輸水明渠全線長(zhǎng)約100 km渠段內(nèi)的河流曾發(fā)生過泥（水）石流，目前這些河流中也有大量的松散砂礫石堆積，暴雨期仍有形成泥石流的可能。

一旦邊坡失穩(wěn)或泥石流造成大量土方滑落渠道，將造成不同程度的渠道淤堵（毀）破壞，進(jìn)而引起渠道水位壅高甚至漫溢（決口）。

1.2.2 渠道管涌、漫溢和潰堤決口破壞

渠道管涌、漫溢和潰堤決口破壞主要發(fā)生在高填方渠段，明渠高填方渠段（填方高度≥8 m）有48段，累計(jì)長(zhǎng)53.3 km。主要分布于河床漫灘、Ⅰ級(jí)階地及古河道，地基土體主要由黏性土、黃土狀土、沙性土組成，局部地段可能存在軟土。此外，閘門控制操作不當(dāng)和渠道淤堵也可能引起渠道漫溢。

1.2.3 地質(zhì)地震、暴雨洪水和爆炸等引起的渠道及交叉建筑物失事

從目前掌握的地質(zhì)情況看，明渠沿線有許多斷陷、斷裂構(gòu)造發(fā)育，但近代中小地震活動(dòng)的頻次和水平均不高，不過仍應(yīng)引起重視，畢竟地震可能對(duì)工程造成毀滅性破壞。

此外，明渠沿線穿越眾多河流，布設(shè)大量河渠交叉和排水建筑物。汛期暴雨可能引發(fā)河流洪水翻越明渠或?qū)⑴潘ㄖ锕芎瓫_垮；同時(shí)，對(duì)于渠道倒虹吸工程，如果其上河流沖刷深度超標(biāo)，也可能引起渠道倒虹吸頂板裸露，進(jìn)而發(fā)生沖毀破壞。

1.3 設(shè)備故障事件

全線參與運(yùn)行調(diào)度的控制設(shè)施包括大量節(jié)制閘、退水閘和分水閘，沿線閘站管理人員眾多，設(shè)備故障出現(xiàn)概率較大。這些控制設(shè)施（設(shè)備）是確保渠道正常運(yùn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，一旦發(fā)生故障，將造成部分閘門操作失靈，輸水調(diào)度一定程度的失控，進(jìn)而引發(fā)渠道水位壅高（或降低），不利渠道正常運(yùn)行輸水控制。主要有以下幾種情況：

（1）附近電網(wǎng)停電；

（2）電氣設(shè)備故障或爆炸破壞；

（3）金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備故障；

（4）人為盜搶工程電纜等設(shè)施；

（5）閘門底板異物造成的閘門不能關(guān)閉到位。

1.4 社會(huì)安全事件

1.4.1 恐怖襲擊

恐怖襲擊事件主要以重要建筑物和控制設(shè)施設(shè)備爆炸破壞或以水體投毒方式出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅工程安全和水質(zhì)安全，將對(duì)工程輸水調(diào)度產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響。該項(xiàng)已分別包含在上述水質(zhì)安全、渠道及建筑物結(jié)構(gòu)安全和設(shè)備故障分類中，在此不贅述。

1.4.2 水事糾紛和群體性事件

水事糾紛和群體性事件對(duì)明渠正常運(yùn)行調(diào)度影響不大，一般不需采取應(yīng)急輸水調(diào)度措施。應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)急組織管理，如及時(shí)報(bào)告當(dāng)?shù)兀ɑ蛏霞?jí)）政府和水行政主管部門進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。

1.4.3 交通橋梁及沿線明渠墜車落人落物事件

明渠沿線布設(shè)眾多公路交通橋梁，根據(jù)同類工程運(yùn)行實(shí)踐情況來看，交通橋梁及沿線明渠墜車落人落物事件出現(xiàn)較多。對(duì)于一般的墜車落人落物事件，不需采取應(yīng)急輸水調(diào)度措施，應(yīng)及時(shí)報(bào)告當(dāng)?shù)卣煌ㄖ鞴懿块T，協(xié)調(diào)進(jìn)行相應(yīng)的打撈搶救工作。如果涉及重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的（或發(fā)生水質(zhì)污染的），則應(yīng)進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度措施。

2 應(yīng)急輸水調(diào)度措施

2.1 水質(zhì)安全

水質(zhì)安全事件應(yīng)急調(diào)度總的來說可分為2種情況：

其一為不影響沿線閘門正常輸水調(diào)度的輕微水污染事件。采用污水渠道內(nèi)凈化處理：一方面利用渠道本身的自凈能力運(yùn)移稀釋；另一方面，配合利用現(xiàn)有水凈化常規(guī)處理和投加粉末活性炭吸附處理技術(shù)工藝去除污染物，保持正常輸水運(yùn)行調(diào)度。若明渠水體受污染程度較輕，水質(zhì)雖不能滿足沿線用戶用水標(biāo)準(zhǔn)，但可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉使用時(shí)，也可啟用附近退水閘將這部分受污水體排至附近河流。

其二為節(jié)制閘和退水閘聯(lián)合調(diào)度的嚴(yán)重水污染事件。采取應(yīng)急輸水調(diào)度措施，即進(jìn)行棄水，污水排放渠外進(jìn)行處理。退水閘棄放污水時(shí)應(yīng)協(xié)調(diào)地方政府主管部門，盡量利用退水區(qū)附近的天然凹地、水塘和廢棄水庫(kù)等地形地貌蓄滯污水，集中處理后再排放至天然河流，防止發(fā)生次生事件或?yàn)?zāi)害。

2.2 渠道及建筑物結(jié)構(gòu)破壞

渠道及建筑物結(jié)構(gòu)破壞事件可引起渠道淤堵、水位壅高、渠道漫溢或潰決甚至交叉建筑物失事等災(zāi)害。若事發(fā)段上游水位壅高，可考慮加大上游分水口門分水量，當(dāng)超過渠道警戒水位時(shí)啟用附近退水閘棄水，一旦水位回落至目標(biāo)水位，則應(yīng)關(guān)閉退水閘，盡量減少棄水。事發(fā)段下游水位降低，可調(diào)整臨近節(jié)制閘開度，并考慮減小下游分水口門引水量甚至關(guān)閉部分分水口。

對(duì)于渠道潰決和交叉建筑物失事等重大險(xiǎn)情，應(yīng)迅速關(guān)閉事發(fā)渠段上游臨近節(jié)制閘，暫不考慮閘前閘后水位變幅的要求，避免渠道水流繼續(xù)宣泄渠外危及周邊公共安全。一旦緊急快速關(guān)閉節(jié)制閘，閘前水位必然壅高，則其上游節(jié)制閘將依次關(guān)閉，越往上游關(guān)閉越慢，渠首相應(yīng)要減少引水量甚至?xí)簳r(shí)中斷引水。為防止閘后水位降落過快，可關(guān)閉下游部分分水口門。

2.3 設(shè)備故障

設(shè)備故障對(duì)于輸水調(diào)度來說，一般將引發(fā)閘門的啟閉操作失靈。應(yīng)當(dāng)指出的是，節(jié)制閘一般均布設(shè)2孔以上，若其中一孔閘門失靈，可通過調(diào)整其余閘孔開度來應(yīng)對(duì)，從而保持閘前常水位供水。

若某節(jié)制閘所有閘孔完全關(guān)閉，不能開啟：則渠道輸水上下游中斷。上游可加大分水口流量，必要時(shí)減少渠首引水量和啟用退水閘退水；下游可利用渠道蓄水量供水，并關(guān)閉部分分水閘。

若閘門不能下行關(guān)閉，則閘前水位降低，臨近上游節(jié)制閘閘下水位降低，為保持過流滿足要求，應(yīng)相應(yīng)減小閘門開度，保證其正常引水流量不變。

2.4 社會(huì)安全

恐怖襲擊事件應(yīng)急輸水調(diào)度措施，已包含在水質(zhì)安全、渠道及建筑物結(jié)構(gòu)破壞和設(shè)備故障分類中，此不贅述。

3 典型事故工況應(yīng)急調(diào)度預(yù)案

3.1 調(diào)度原則

應(yīng)急調(diào)度預(yù)案制定應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)合理性，兼顧社會(huì)效益，并且具有可行性和可操作性?？偟膩碚f，典型事故工況應(yīng)急調(diào)度預(yù)案的編制應(yīng)考慮以下主要調(diào)度原則：

（1）及時(shí)控制災(zāi)害的發(fā)展和蔓延；

（2）盡量避免渠道潰決和交叉建筑物失事等危及周邊公共安全的重大險(xiǎn)情，避免造成周邊重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；

（3）盡量避免棄水；

（4）盡量避免渠道水位變化速率過快，從而引起渠道襯砌破壞等次生事件；

（5）盡量避免長(zhǎng)距離多閘門的聯(lián)合啟閉響應(yīng)，簡(jiǎn)化閘門控制模式和操作過程；

（6）最大限度滿足用戶用水需求，優(yōu)先保證重要分水口門的分水量和供應(yīng)時(shí)間。

應(yīng)急輸水調(diào)度方案是一個(gè)多目標(biāo)的閘門操作過程，不同的閘門響應(yīng)方式和響應(yīng)過程，都會(huì)對(duì)上述調(diào)度原則造成不同的影響。一般來說，每一種調(diào)度方案都很難完全滿足上述所有目標(biāo)。節(jié)制閘關(guān)閉速度越快，關(guān)閉過程時(shí)間越短，對(duì)控制事態(tài)發(fā)展有利，但閘前水位升高越快，閘后水位降落也快，有可能不能滿足渠道對(duì)水位變化速率的要求；且多個(gè)閘門的聯(lián)合響應(yīng)和控制策略較單一閘門響應(yīng)引起的水位波動(dòng)小，但涉及閘站多，閘門操作復(fù)雜。

3.2 編制思路

應(yīng)急調(diào)度預(yù)案編制首先應(yīng)從突發(fā)事件類別、嚴(yán)重程度、發(fā)生的渠段位置和引水條件等4個(gè)方面進(jìn)行事故的識(shí)別，而后提出應(yīng)急調(diào)度預(yù)案。突發(fā)事件類別總體可分為4種，嚴(yán)重程度可分為重大事件和一般事件，發(fā)生的渠段位置定性可分為渠首段、渠中段和渠末端，引水條件可分為加大流量（對(duì)應(yīng)高水位）和較小流量（對(duì)應(yīng)閘前常水位）。

針對(duì)某一特定的典型事故，提出多種不同的閘門應(yīng)急調(diào)度方案，依托開發(fā)的渠道應(yīng)急調(diào)度水力學(xué)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)比研究不同方案的渠道水力響應(yīng)過程（含流量、水位的變化過程，主要是水位的變率控制），從而論證提出一種總體較優(yōu)的閘門應(yīng)急調(diào)度方案。

方案的提出應(yīng)包括：

（1）確定哪些閘門參與應(yīng)急調(diào)度（含節(jié)制閘、退水閘和分水閘）；

（2）閘門啟閉的先后順序；

（3）閘門的啟閉策略和過程。

此外，不同渠段有不同的應(yīng)急調(diào)度目標(biāo)。一般來說，事發(fā)渠段緊鄰閘門應(yīng)快速啟閉，及時(shí)控制災(zāi)害發(fā)展和蔓延為首要目標(biāo)，必要時(shí)啟用退水閘棄水，渠道水位降幅控制在其次；而事發(fā)上游渠段分水口保持正常供水為首要目標(biāo)，必要時(shí)增加部分分水口流量，渠道水位降幅速率和壅高亦應(yīng)控制，避免應(yīng)急調(diào)度閘門操作不當(dāng)誘發(fā)渠道次生災(zāi)害；事發(fā)下游渠段可利用渠道蓄水量供水，優(yōu)先保證重要分水口門，減輕事故造成的社會(huì)影響。

4 結(jié)語與建議

結(jié)合跨流域調(diào)水工程供水調(diào)度實(shí)際情況，分別從水質(zhì)安全、渠道及建筑物結(jié)構(gòu)安全、設(shè)備故障和社會(huì)安全等4個(gè)方面對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行歸納分類，并分別提出相應(yīng)的閘門應(yīng)急調(diào)度措施。同時(shí)，提出典型事故工況應(yīng)急調(diào)度的目標(biāo)原則和技術(shù)思路，可為下一階段深入研究提供技術(shù)鋪墊。

［1］ 賈 超，劉 寧，陳 進(jìn).南水北調(diào)中線工程風(fēng)險(xiǎn)分析的若干工程問題［J］.巖土工程技術(shù)，2003，（3）：180-183.（JIA Chao，LIU Ning，CHEN Jin.Risk analysis of the middle side south-north water transfer project［J］.Geotechnical Engineering Technique，2003，（3）：180-183.（in Chinese））

［2］ 劉 恒，耿雷華，裴源生，等.南水北調(diào)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理關(guān)鍵技術(shù)問題研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2007，5（5）：4-7.（LIU Heng，GENG Lei-hua，PEI Yuansheng，etal.Research on key technology in riskmanagement during operation of South-to-North Water Diversion Project［J］.South-to-North Water Transfers and Water Science＆Technology，2007，5（5）：4-7.（in Chinese））

［3］ 葉煒民，于琪洋.水利突發(fā)公共事件應(yīng)急管理現(xiàn)狀分析［J］.中國(guó)水利，2006，（17）：52-56.（YE Wei-min，YU Qi-yang.Present conditions of emergency management of water accidents［J］.Water Resource of China，2006，（17）：52-56.（in Chinese））

［4］ 張 成，傅旭東，王光謙.南水北調(diào)中線工程總干渠非正常工況下的水力響應(yīng)分析［J］.南水北調(diào)與水利科技，2007，5（6）：8-12.（ZHANG Cheng，F(xiàn)U Xu-dong，WANG Guang-qian.Hydraulic response in abnormal operation modes of the middle route of the South-to-North Water Diversion Project［J］.South-to-North Water Transfers and Water Science＆Technology，2007，5（6）：8-12.（in Chinese） ）

（編輯：王 慰）

Study on Sudden Events and Contingency Regulation M easures of Transbasin Diversion Project

DUANWen-gang1，HUANG Guo-bing1，WU Bin2，YU Jun1
（1.Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Bureau ofWater Resources of Shuozhou，Shuozhou 036000，China）

A transbasin diversion project is always a large-scale and long route engineering，and meanwhile，there existmany complex geological conditions and large differences in geomorphologic settings and meteorologic conditions along the project route.It is urgently required to cut off the flow or decrease it by a widemargin through gates for accident prevention at a short time so as to control the harm due to a sudden event and adopt corresponding measureswhen a sudden event caused by a natural disaster，a communication accident or other security event occurs all at once.This article focuses on categorizing the sudden eventswhich probably happen in the normalwater supply process of the transbasin diversion project and puts forward relevant emergentwater transfer dispatch measures according to four aspectswhich include the safety ofwater quality，the security of the open channel and the hydraulic structure，the fault of the equipment and the safety of the society.We propose the objective and principle of emergent dispatching of a sudden event and the train of thought for further research.

disaster reducing of engineering；transbasin diversion；sudden event；emergent plan；emergentwater transfer dispatch

TV68

A

1001-5485（2010）04-0024-04

2009-04-15

段文剛（1972-），男，河南南召人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水力學(xué)研究，（電話）027-82829863（電子信箱）ckydwg＠163.com。