追踪丨老挝桑南内水库溃坝淹没分析及相关思考

老挝南部地区的桑片-桑南内（Xe Pian-Xe Namnoy）水电站桑南内水库（库容10.43亿m3）D副坝溃坝产生约6亿m3溃坝洪水。截至7月30日，已有27人死亡，123人失踪，16,000人受到影响，搜救行动仍在进行中。东盟人道主义求援中心（ASEAN Coordinating Centre for Humanitarian Assistance）7月30日报道称：根据对Sanamxay地区的最新卫星观测，约42.36km2仍然被洪水淹没，其中农田面积32.53km2；洪水淹没区域范围内，共有302座建筑物和31.5km道路仍浸没在洪水中。根据被淹没建筑物高度分析，淹没区域水深约为5-10米（如图1）。根据天气预报，8月上旬该地区仍有大范围降雨（如图2），洪水难以如期望那样快速消退。

（来源：微信公众号“大坝新闻”  大坝学会）

（中国水利水电科学研究院、中国大坝工程学会秘书处郑璀莹供稿）

图1  不同区域洪水淹没深度和抵达时间

图2  7月30日-8月8日10天累计降雨量（ECMWF高分辨率预报）

1、溃坝淹没分析初步结果

通过对比分析卫星图像可以大体了解淹没范围，但是很难获得溃坝洪水演进的确切时间和淹没深度。欧盟联合研究中心(European Commission Joint Research Centre)组织开展了溃坝分析，研究溃坝洪水淹没深度、流量和演进时间等。由于缺少工程所在地区的高精度的地形图，计算分析根据能获取的地形进行。计算所用的模型是基于STRM-30数字高程模型建立的，为了尽快分析出结果，采用了50m的单元网格，来模拟从溃坝发生到洪水演进80h的情景。计算采用HyFlux计算机代码，在20核的计算机上持续计算了16个小时。

下图为从溃坝开始，不同时间后洪水演进的计算分析结果。

图3 溃坝洪水演进分析结果示意图

分析表明，溃坝发生后，初期由于坡降大，洪水演进速度非常快；到达平坦地区后，演进速度大大降低。溃坝洪水到达的第一个重要位置（即Hinlath）的历时约为8小时，淹没水深为12米；18小时后达到Thabok，水深6.8米。下表给出了受影响最大的区域的洪水到达时间和最大淹没水深，以及根据计算得出的洪水消落速率。

根据BBC新闻（https://www.bbc.com/news/world-asia-44947185），“至7月24日01:30，副坝附近的一个村庄被淹， 到09:30，下游7个村庄被淹。”大体说明了大坝附近的一个村庄（不清楚具体位置）淹没时间与7个村庄被洪水淹没（不清楚具体哪些村庄）之间的时间相距大约8小时。

图4 不同地点淹没水深随时间变化过程

根据分析结果，早期被淹没的Hinlath水位很快消落了；而南部地区被淹没后，在短期内出现了水位上升，并且之后长时间保持在一定水位，到溃坝发生的80h时，这些地区的水位以平均每天0.1-0.2米的速度下降，这意味着，如果没有进一步降雨，需要10到20天才能完全消落。

受影响最大的区域的淹没水深分布如图5，一些区域的淹没水深为5-10米，也有一些区域的淹没水深超过10米。溃坝洪水到达时间（如图6）分析表明，溃坝洪水大约7-8小时内到达Sanamxay地区的Hinlath，约50小时后穿过该地区。

图5 淹没水深分布图

图6 溃坝洪水达到时间

2、与卫星图片的对比

联合国运营卫星应用项目（UNOSAT）和其他相关组织公布了与该地区被淹没区域的有关图像，因此可以将计算结果与RADARSAT-2卫星雷达图像（分辨率3m）的淹没范围进行比较。

淹没范围分析与卫星雷达图像的对比存在一定困难。图7（a）为7月24日卫星雷达给出的淹没分布图像，之前7月10日的类似图像表明，由于降雨，该区域范围存在大面积的积水。从雷达图像中，无法区分是由于降雨还是溃坝洪水导致的积水分布。借助光学图像可能会有所帮助，但该时段为阴天，云层妨碍了光学传感器的使用。

对比分析表明，淹没范围的分布大体相似；北部地区有一个区域（Samongtay标志以下的区域）被低估了。然而7月17日的卫星雷达图像上该区域也存在积水，因此无法判断是否是溃坝洪水引起的淹没。

(a) 7月24日卫星雷达图像           (b)分析所得7月26日的淹没区分布

（c）

图7 卫星雷达图像与分析图像对比

溃决前（7月13日）和溃后（7月25日）的Xe Namnoy水库库水面积对比见图8。无论是从卫星图像还是溃坝分析来看，很显然，溃坝导致水库面积快速减小。

图8 Xe Namnoy水库卫星雷达图像与分析图像对比

3、相关思考

Xe Namnoy水库溃决事故导致了众多人员伤亡，给下游带来了巨大的灾难。一方面，项目业主PNPC未能对发现的D副坝坝顶结构缺陷进行及时处置，导致最终未能避免溃坝事故；另一方面，在情况危急，需要下游紧急疏散撤离时，当地组织不当，根据上文分析，从当地政府下令下游村民撤离到溃坝事故发生、溃坝洪水淹没第一个村庄，分别历经了8个和15个小时，应该有充分的时间通知、组织撤离以最大可能避免人员伤亡。

水库大坝安全涉及社会公共安全，具有极端的重要性。大坝在建设和运行过程中，业主和管理部门要充分考虑极端气象事件、地震等突发事件一旦发生的应对措施。其中，风险管理是科学有效提高大坝安全管理水平、降低下游风险损失的重要手段。

欧美国家自上世纪90年代以来，基于研究以及在水库大坝工程的实践，逐步完善了制度和法规建设，在大坝安全管理中，明确了风险评价准则和风险等级划分，制定了降低风险的工程和非工程措施，提出了应急管理的具体要求。以瑞士为例，瑞士《水工程法案》（Water Retaining Facility Actor）的“大坝应急管理”一节，对紧急情况下的预警、人员撤离和应对措施等都做了具体规定。业主和州政府为应急管理主体责任单位，联邦能源署（SFOE）、联邦公众保护署（FOCP）、联邦应急中心（NEC）分工明确、共同协作。大坝工程的应急预案由业主负责完成，内容主要包含：洪水淹没图、可能影响应急处置的风险因素分析、应急处置方案、应急组织（包括应急处置人员的应急行为要求、预警程序等）和运行程序等。撤离应急预案由州政府负责完成，其中，应急撤离图是撤离应急预案编制的重点，包括溃坝洪水淹没区域和救援点信息、洪水预警和综合预警系统信息以及相关说明。应急撤离图要求向公众公开，可从各社区网站下载。瑞士境内共安装洪水警报和综合警报系统4700套，移动警报2800套。在溃坝洪水影响范围内，必须安装综合警报系统；对于2小时内溃决洪水能够到达的地区，当大坝库容大于200万m3，或库容小于200万m3但有1000人处于高洪水强度（v.h≥2.0m2/s）或深水区（h>2m）时，必须安装洪水警报。洪水警报由业主直接发布，公众收到警报需按照撤离图立即撤离；综合警报由州政府警察局负责通过电台发布无线公告发布，要求公众收到警报后，根据收音机中应急指南进行撤离。

我国水库大坝风险分析与管理起步较晚，风险分析和风险管理技术与理论在大坝安全管理中的研究和应用尚处于起步阶段。如何在水利水电工程，尤其是在流域管理中，实现基于风险或风险指引的安全管理，仍需基于实践继续探索。