扩大可能最大洪水在《防洪标准》中使用范围的建议
扩大可能最大洪水在《防洪标准》中使用范围的建议

在1975年8月之前,我国的水库防洪标准一直是移用苏联的标准,采用频率分析法计算设计洪水。1975年8月淮河上游发生特大暴雨洪水,导致板桥和石漫滩水库垮坝酿成巨大惨祸之后,我国开始采用美国的规程、规定:失事后对下游将造成较大灾害的大型水库、重要的中型水库以及特别重要的小型水库的大坝,当采用土石坝时,应以可能最大洪水(PMF)作为非常运用洪水标准。但在规范中又人为规定PMF大于等于10000年一遇洪水。按此规定执行的话,全国绝大多数水库都成了病险库,于是,我国规定把PMF只用于土石坝1级和特别重要的2级建筑物,而且把PMF与10000年一遇洪水并列,这一规定从执行情况来看,实际是把PMF边缘化了。
笔者建议在《防洪标准》中扩大PMF使用范围,将其应用到高风险土石坝2级和3级工程设计中,PMF与10000年一遇洪水应同时计算、同时应用。这一修改,对已建水库并无实质性的影响,只是从防洪标准来看,更为科学合理了。
修改方案
把《94标准》第6.2.1条的条文说明的最后一段改为:“表6.2.1中所列土石坝1级建筑物校核防洪标准的上限为PMF或10000年一遇,其含意是这二者是并列的,但二者都应计算,经综合分析:当采用水文气象法求得的PMF较为合理时(不论其相对应的重现期是多少),则采用PMF;当采用频率分析法求得的10000年一遇洪水较为合理时,则采用10000年一遇洪水;当求得的PMF和10000年一遇洪水二者的可靠程度相差不多时,则取其大者。”
把《94标准》第6.2.2条:“土石坝一旦失事将对下游造成特别重大的灾害时,1级建筑物的校核防洪标准应采用可能最大洪水(PMF)或10000年一遇;2~4级建筑物的校核防洪标准可提高1级。”改为“土石坝一旦失事将对下游造成特别重大的灾害时,1级建筑物的校核防洪标准上限,应采用可能最大洪水(PMF)或10000~5000年一遇;2级建筑物的校核防洪标准可提高1级;3级建筑物的校核防洪标准可提高1~2级,4级建筑物的校核防洪标准可提高1级。”这里,提高级别的目的就是要把建筑物的校核防洪标准PMF扩大到高风险的3级建筑物。
修改理由
1.不能忘记惨痛的历史教训
“75·8”洪水垮坝的惨痛教训是“套用苏联的规程”、“在洪水计算上,单纯采用频率计算方法,往往不能正确反映实际,反而给人以虚假的安全感。”因为苏联河流以融雪洪水为主,而中国河流以暴雨洪水为主。
研究表明,板桥水库1956年扩建加固的校核洪水名为1000年一遇的洪峰(4236立方米每秒),实际还达不到1985年复建水库时计算成果的10年一遇值(4990立方米每秒);石漫滩水库1956年扩建加固的校核洪水名为500年一遇的洪峰(1396立方米每秒),实际也低于1986年复建水库时计算成果的10年一遇值(1947立方米每秒)。
总之,板桥、石漫滩两库1956年扩建加固所采用的洪水数据都严重偏小,远未达标!为什么会出现这种情况呢 这是由于频率分析法计算所依据的暴雨、洪水资料(样本)仅立足于工程所在的流域(即设计流域),对外流域发生的暴雨、洪水不管。这样,它所获得的资料样本就相对较少(板桥、石漫滩水库在新中国成立初期设计时水文资料很少),因而频率计算的结果也往往偏小。如果借鉴美国的规程,则设计洪水计算就要采用水文气象法,此法的最大优点是在使用资料上,着眼于一个广阔的地区(气象一致区),也就是本流域和邻近的相似流域内所发生过的大暴雨资料统统都要利用。这种用空间来代替时间的做法使资料样本容量大增,有助于使求得的暴雨、洪水极值较为接近于物理实际。显然,我国在20世纪50年代特别是60年代,如果能对苏联和美国的规程兼容并蓄,则板桥和石漫滩水库垮坝事件完全有可能避免。
以板桥水库为例,如果按美国规程,就要考虑暴雨移置。在1965年那次水文复核时,可移置的特大暴雨有海河1963年8月(简称“63·8”)暴雨和长江1935年7月(简称“35·7”)暴雨。因为这两场暴雨和淮河“75·8”暴雨一样,都是位于京广铁路两侧,属我国大地形第二阶梯到第三阶梯的边坡地带(浅山区),暴雨物理成因有较大的相似性。当时实测资料最多、暴雨量级最大的是海河“63·8”暴雨。该暴雨南部中心——獐么中心地区,相当于板桥流域面积(762平方千米)的最大24小时和最大3天的面平均雨量,比板桥“75·8”暴雨实测的最大24小时和最大3天面平均雨量还大。
换句话说,在1965年复核时,即便是仅把“63·8”暴雨平移过来(因两地的地面平均高程相差不大,地形都是喇叭形,开口朝向东北),不做水汽放大,所算得的PMF也会比1956年板桥水库扩建时所采用的校核洪水大得多,从而就可以发现板桥水库很不安全,亟需除险加高加固。遗憾的是,当时我国的《水工建筑物设计洪水计算规程草案(修正稿)》上还没有水文气象法的地位。
“75·8”洪水垮坝事件距今还不到40年,可是我们的《防洪标准》早把PMF边缘化了。应该说,这是很不妥当的,在国家提出“以人为本”、“构建和谐社会”的今天,我们有必要修订《防洪标准》,把PMF扩大使用到少量高风险的中型水库,适当提高某些重要中型水库的防洪标准。
2.适应国际水利水电工程规划设计的需要
最近一二十年,我国公司在承担外国水利工程的规划设计时,许多国家都明确提出,要采用美国规范,即采用PMF作为水库大坝的防洪标准。因此,我国公司必须进行PMF的分析计算。而我国计算PMF的技术水平在2000年即受到世界气象组织(WMO)的高度重视,在当年11月召开的WMO水文学委员会第十一届会议上,笔者被推选为PMP/PMF专家(PMP是可能最大降水),受邀修订《PMP估算手册》,将中国的经验纳入其中。该手册前两版都由美国专家修编,笔者成为首位修订该手册的中国人。修订本的英文版已于2009年由WMO出版,中文版也于2011年由中国出版。显而易见,国际上已经认可中国PMP/PMF的原理和方法,今后世界一些国家开展PMP/PMF估算工作也要采用中国方法了。中国的水文气象工作者有责任通过足够的实践,总结经验,使PMP/PMF的理论进一步完善提高,力求继续保持国际领先地位。所以,建议我国在修订《防洪标准》时,可考虑适当扩大PMF的使用范围。
修改方案对已建土石坝的影响
1.对已建的土石坝高风险1级建筑物无影响
因为我国的大(1)型土石坝工程大都建于20世纪90年代以前,一般都分析计算了PMF。而且PMF的取值绝大多数都大于10000年一遇洪水,所以这些水库从设计洪水角度看是足够安全的。至于20世纪90年代以后修建的土石坝1级建筑物,虽然大都未采用PMF,但都采用了10000年一遇洪水校核,按目前的经验补算PMF,所得结果未必会超过10000年一遇洪水值。
2.对已建的土石坝高风险2级和3级建筑物也无实质影响
因为我国设计洪水计算是层层加码,许多河流的所谓1000年一遇洪水已超过自然界的可能了,像2级和3级建筑物按现有水平推算的PMF值,也未必比1000年大多少。
总之,按笔者建议修订《防洪标准》,从形式上看会比以往更科学合理,更能体现“以人为本”的理念。
(作者为黄河设计公司教授级高工、世界气象组织水文委员会PMP/PMF专家)