我國水庫病險問題比較復雜，根據病險水庫鑒定成果核查資料，水庫存在的病險主要有防洪標準偏低、大壩滲(漏)水嚴重、泄輸(引)水建筑物存在安全隱患、大壩抗震安全性不滿足規范要求、生物破壞等。11月30日，在國務院新聞辦公室舉行的國務院政策例行吹風會上，水利部副部長葉建春介紹，到2022年年底前，完成小型水庫除險加固項目遺留問題處理;到2025年年底前，完成現有病險水庫除險加固和每年安全鑒定后新增的病險水庫除險加固，完善雨水情測報、安全監測設施，健全水庫運行管護長效機制。為實現“十四五”期間水庫除險加固和運行管護目標任務，5年共需投資近1000億元。 導致水庫出現病險的原因有哪些?科技手段如何助力水庫體檢?一旦發現病險，要如何對水庫進行“醫治”?科技日報記者就此進行了采訪。
“水庫是江河防洪工程體系的重要組成部分，是改善生態環境不可或缺的保障系統，承擔著保障防洪安全、供水安全、糧食安全、能源安全、生態安全等重要功能。”水利部大壩中心總工、正高級工程師盛金保在接受記者采訪時說道。
確保水庫安全運行的重要性不言而喻。據介紹，近些年來，國家加快病險水庫除險加固的步伐，迄今已對7.2萬余座病險水庫實施除險加固，顯著改善了水庫大壩安全狀況。但隨著運行年限增長，加上水毀、震損等不利因素影響，仍有部分水庫陸續進入病險行列，一旦出險乃至潰壩失事，將嚴重威脅下游安全。
導致水庫出現病險的原因有哪些呢?在盛金保看來，主要有以下幾點：
1 我國水庫眾多，工程建設先天不足。我國現有水庫9.8萬多座。其中，大型水庫近800座，中型水庫4100多座，小型水庫近9.4萬座。按壩型分，土石壩9萬多座，占92%。這些水庫的大壩87%以上修建于上世紀50—70年代，限于當時的經濟條件和技術水平，總體建設標準偏低，“先天”工程質量較差。
2 工程老化影響。我國水庫壩齡平均近50年，經過數十年運行，大部分水庫已超過或接近設計使用年限，結構老化、性能劣化和淤積等問題漸趨嚴重，存在防洪標準不足，建筑物異常變形、滲漏，甚至損毀等安全隱患。
3 超標準洪水、強烈地震等自然災害影響。水庫一旦遭遇突發暴雨洪水，超出工程自身防御標準，就可能導致工程嚴重水毀甚至潰壩。今年我國發生了1998年以來最嚴重的汛情，水庫在發揮巨大防洪效益的同時，也面臨很大的安全度汛壓力。據統計，今年的洪澇災害，共導致131座大中型水庫、1991座小型水庫出現不同程度水毀，其中許多被鑒定為病險水庫。
4 部分地方仍存在“以建代管”“重建輕管”現象，日常疏于水庫管理和維修養護，安全監測設施、配套管理設施不完善。其中，面廣量大的小型水庫此類情況更加突出，這也是產生病險的原因之一。
水庫病癥主要有哪些
“我國水庫病險問題比較復雜，根據病險水庫鑒定成果核查資料，水庫存在的病險主要有防洪標準偏低、大壩滲(漏)水嚴重、泄輸(引)水建筑物存在安全隱患、大壩抗震安全性不滿足規范要求、生物破壞等。”盛金保介紹。
據統計，上世紀50—70年代，超過一半的潰壩事故都是由于防洪標準不足、洪水漫頂引起的。近年來，仍然有部分潰壩因洪水漫頂或超標準洪水引起。因此，“高壩小庫”防洪標準偏低的問題尤其值得關注。
防滲體系不完善、筑壩材料控制不嚴、壩體填筑無質量控制等因素，導致早期修建的一些水庫大壩存在“先天”工程質量缺陷。具體來看，土石壩表現為集中滲漏、繞壩滲漏、壩后管涌等現象;漿砌石及混凝土壩則表現為集中滲漏和溶濾破壞。過去，大壩滲(漏)水嚴重導致的潰壩事故僅次于洪水漫頂，約占30%~40%。近年來，滲透破壞已超過洪水漫頂成為導致潰壩的首要原因。
早期修建的水庫很多沒有進行抗震設計，也沒有采取任何抗震措施，因此地震區的部分水庫抗震穩定性不滿足相關規范要求。一旦發生較強地震，會造成當地不少水庫大壩出現震損險情。據統計，“5.12”汶川地震中，全國共有2480座水庫大壩出現不同程度的震損險情。
此外，在淮河以南氣候濕潤地區，土石壩普遍存在白蟻危害。近年來，由于全球氣候變暖，白蟻對土石壩的危害已蔓延到淮河以北的黃河流域。
科技如何助力水庫查險
《水庫大壩安全管理條例》明確，水庫大壩實行定期安全鑒定制度。根據《水庫大壩安全鑒定辦法》，首次安全鑒定應在工程竣工驗收后5年內進行，以后每隔6~10年開展一次全面鑒定，其間，當遭遇特大洪水、強烈地震，或工程出現嚴重險情，或水庫運行條件發生重大改變時，還應組織專門的安全鑒定。
盛金保介紹，定期安全鑒定中用于水庫大壩體檢的常用科學手段主要包括：現場安全檢查和檢測、觀測資料分析、鉆探試驗、隱患探測、復核計算。
通常由不同專業且有經驗的專家組成現場安全檢查專家組，必要時開展混凝土和金屬結構安全檢測，查明大壩、泄輸(引)水建筑物及其附屬設備(閘門、啟閉機、電氣設備)是否存在影響工程安全運行的隱患和缺陷。
通過埋設在大壩表面和內部的監測儀器采集大壩沉降、水平位移、裂縫開度、應力應變以及滲流壓力、滲流量等數據，并分析監測數據與水位、氣溫、降水量等環境量以及時效之間的變化關系，可評估大壩安全性態是否正常。
除了儀器檢測之外還可以進行鉆探試驗，在大壩原體鉆孔壓(注)水和取芯(樣)，通過鉆孔全景成像以及現場和室內試驗，查明大壩填筑和防滲處理質量是否符合規范要求，分析是否存在影響大壩安全運行的工程質量缺陷。
相比于鉆探試驗，大壩無損探測類似于醫學里的B超、核磁共振，具有無損性、連續性、整體性、快速性以及高分辨率等優點，能快速有效地發現大壩結構和防滲體系裂縫、脫空、滲漏、損傷等隱患。目前，常用的無損檢測方法有探地雷達、示蹤法、高密度電阻率法、瞬變電磁法、偽隨機流場擬合法、水體電阻率法、地震波/聲波CT法等。
此外，通過理論計算或數值分析，可評估大壩防洪標準、抗震設防標準、安全加高、結構安全系數、控制應力、容許滲透坡降等是否滿足規范要求。
庫壩隱患無損探測技術
01 探地雷達法
探地雷達方法適用于混凝土內部質量檢測和堤壩內部質量檢測，如壩基的密實度、防滲墻完整性、裂縫陷落等嚴重隱患分布范圍等，具有效率高、不需震源供電電源等優點。
02 高密度電阻率法
通過程控電極轉換裝置和微機工程電測儀快速、自動采集數據，對實測的電阻率剖面進行計算、處理、分析，得到地電斷面分布情況，從而實現劃分地層、圈閉異常、裂隙帶確定、異常發育位置，以及大致深度等功能。與傳統的電阻率法相比，高密度電阻率法成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。
03 瞬變電磁法
瞬變電磁法(Transient electromagnetic methods)屬于時間域人工源電磁探測方法，其利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。通過研究二次感應渦流場與時間的變化關系，可以確定地下導體的電性分布結構及空間形態。相對于其他地球物理方法，瞬變電磁法具有探測深度大、分辨能力強、反映的地電信息豐富等優點。04 地震映像法
地震映像法(又稱高密度地震勘探和地震多波勘探)是基于反射波法中的最佳偏移距技術發展起來的一種常用淺地層勘探方法，既可以利用多種波作為有效波，也可以根據探測目的僅采用一種特定的波作為有效波來進行探測，每一測點的波形記錄都采用相同的偏移距激發和接收，在該偏移距處接收到的有效波具有較好的信噪比和分辨率，能夠反映出地質體沿垂直方向和水平方向的變化。地震映像法的主要特點是數據采集速度較快，雖抗干擾能力弱、勘探深度有限，但在資料處理過程中不需要進行動校正處理，從而避開了動校正對淺層反射波的拉伸、畸變影響，保留了反射波的全部動力學特征。
05 擬流場法
擬流場法是探測堤壩滲漏入口位置的電法探測技術，探測設備主要由建立擬流場的發送機、A極板、B極板、測量擬流場的接收機及探頭組成。發送機是具有一定頻率和功率的電源。探測堤壩滲漏通道入口位置時，將與發送機兩個電極連接的B極板、A極板分別置入堤壩前水域遠方和堤壩后管涌出口水中。開啟發送機電源后，A極板、B極板之間的堤壩及水域就建立起了人為擬流場。接收機置于堤壩前水域的探測船上，探測探頭與接收機連接，當船拖拽的探頭接近滲漏入口時，接收機就可以采集到此處擬流場電場強度異常增大數據，發現堤壩滲漏通道入口位置。
06 水下電視技術
水下電視技術實現大體可分為潛水員水下手持拍攝、纜線控制水下拍攝和無線遙控水下拍攝三種模式，廣泛應用于海底地形測繪、海洋生物研究、海洋石油鉆井平臺的水下檢修、大壩及堤防病害探測、水下武器試驗的監控、深水打撈，以及核反應堆內部構件的檢修等方面。潛水員水下手持拍攝模式最為直接、有效，但對潛水員的潛水技能、攝像技能要求高，且受水深和惡劣環境制約，該方法最為危險，很少被采用;纜線控制水下拍攝(主要體現為鉆孔水下攝像方面)較好地解決了攝像方位判定問題，但水下攝像頭位置變換不夠靈活，存在視角受限等問題;無線遙控水下拍攝模式通過水下機器人搭載攝像裝置實現，水下移動靈活，操控方便，適合于深水作業，但螺旋槳始終處于轉動狀態，干擾水下影像的穩定性且設備價格昂貴，嚴重制約了廣泛應用。“對病險水庫，應綜合應用工程措施和非工程措施，在科學決策后，該加固的加固，該控制運用的控制運用，該降等報廢的降等報廢，及時消除安全隱患和風險。”盛金保指出。
比如，對功能和效益顯著的病險水庫，應針對不同病險采取相應的工程措施進行除險加固，除險加固前應控制水位運用。
而對功能和效益衰減甚至喪失、除險加固經濟技術比較不合理的病險水庫，應依據《水庫降等與報廢管理辦法(試行)》《水庫降等與報廢標準》《水庫降等與報廢評估導則》，經過充分論證后實施降等或報廢處理。
