大坝内部侵蚀问题研究

1 大坝概况

东布兰奇(East Branch)坝位于美国宾夕法尼亚州艾克县境内，坐落于克拉里恩(Clarion)河的东支上，是一座土石坝。该坝于1948年6月开始建设，并于1950年11月开始蓄水，由美国陆军工程师团匹兹堡区负责管理和调度。该坝于1952年6月进入全面运行状态，并于同年10月彻底完工。建造该坝的主要目的是防洪、水源保护、水质保护、增加枯水期水量，以及保护鱼类和野生生物。

东布兰奇坝右坝肩处设有泄水建筑物，左坝肩处设有非常溢洪道。大坝全长526 m，高56 m，坝顶宽6.1 m，坝基处最宽达340 m。最初设计的满库水位为513.6 m，但1972年受艾格尼丝飓风(Hurricane Agnes)影响，6月24日曾最高蓄至513.7 m。此次事件验证了东布兰奇坝的基础是安全的，且在该事件中溢洪道进行了唯一一次泄流。

在历史上，东布兰奇坝也曾发生过与潜在内部侵蚀有关的大坝安全问题，最严重的一次发生在1957年。该年5月，右坝肩附近的坝趾处出现了大量泥水，分3阶段将水库水位降低34 m。勘探钻井发现，由于内部侵蚀作用，土石坝防渗心墙产生了一个空腔。随即，通过钻井和灌浆对空腔及其周边进行了修复，修复工作直到11月份才完成。虽然修复工作的实施完成保证了渗流条件和大坝性能未发生显著变化，但毕竟这些修复工作已经过去50多年。

2 大坝安全等级

2006年，东布兰奇坝成为筛选组合(screening porftolio)风险分析进程的研究对象之一。美国陆军工程师团提出了大坝安全分级系统，为解决大坝安全问题提供了统一的、系统的指导。根据大坝安全风险评估的可能失事模式及可能造成的后果，将大坝安全等级划分为5级。其中，Ⅰ级表示风险最高，Ⅴ级表示大坝安全且符合设计标准。据此，可能造成的后果主要包括生命伤亡、经济损失、环境及其他方面的影响。利用这套风险评估体系，东布兰奇坝的安全性被评定为Ⅱ级，存在潜在的不安全问题，有待进一步研究和分析。

3 大坝安全整改计划

2008年2月，东布兰奇坝开始实行24 h值班制度，同时降低水库水位，并实施临时调度计划。这些措施可以直接、有效地减少风险，并限制了工程的负面影响。但该坝的大范围勘探与分析证明，土石坝坝底和穿过坝体存在渗径，需要开展长期修复工作。

2010年10月，一项关于大坝安全的整改计划圆满完成，并得到美国陆军工程师团总部的认可。为了实现长期减少风险的目标，研究建议在坝体内建造一个全长全深的混凝土防渗墙，并恢复正常的大坝调度。通过估算，该项工程的费用约为2.8亿美元。

美国陆军工程师团的一名项目经理表示，工程规划都在依计划进行，且2012年该项目资金充裕。此外，环境问题也是需要首先考虑的问题之一。为此，针对大坝下泄水流，每两个月进行一次水质分析，并且自2012年5～10月还开展了一次水生态调查工作。此外，施工期的安全问题是关乎工程能否顺利完工的关键。他还指出，美国陆军工程师团正在为确保安全章程和安全通告的落实而积极努力，等相关设备与人员一到位，这项工作将会得到进一步加强。

美国陆军工程师团匹兹堡区的管辖范围共计67 000 km2，包括宾夕法尼亚州西部、西弗吉尼亚州北部、俄亥俄州东部、马里兰州西部，以及纽约州西南部的一部分地区。在其职责范围内，共有528 km的适航水道、23个通航闸坝、16个多目标防洪水库、42个地方防洪工程，以及其他一些水资源、基础设施以及环境保护和治理工程。