由於連續降雨,美國密西根州的兩座水壩接連潰壩,數萬人被迫逃離。再想想美國現在嚴峻的新冠疫情,真有點禍不單行的意思。這次潰壩事故總不能甩鍋給中國了吧。好了,不說風涼話。潰壩一般都會帶來嚴重的洪災。好在美國這次的兩個水壩都不算特別的大,是什麼原因導致的?
資料顯示,兩座大壩均為土石壩,正是潰壩事故最多的一種。什麼叫土石壩。像三峽大壩這種依靠混凝土擋水的叫做混凝土壩。相應的用土和石頭堆砌而成的擋水壩就是土石壩。因為其地形適應性強、造價低等優點在水利工程中被大量的使用。
土石壩之所以潰壩事故比較多,主要是因為它的壩體構成。大家有這樣的生活經驗,拿一根水管對著混凝土的地面衝水,很難將地面衝壞。而如果是對著泥土地面衝水,不一會兒就能衝出一個坑來。當水流衝擊泥土的時候,首先會將泥土裡的細小顆粒帶走,而大顆粒物質就會懸空坍塌,甚至也被水流帶走暴露出來更深層的凸起。然後再次循環這個過程,破壞程度也就隨之不斷加深。土石壩的破壞主要就是這種機理。這種機理的關鍵就在於流動的水。
因此土石壩在阻擋水庫蓄水的時候沒有任何問題,因為它是幾乎靜止的水體。但是只要受到了流水的衝刷,就很容易出現問題。我國有句俗語叫做千裡之堤毀於蟻穴。這裡說的堤就是土堤。白蟻在堤壩內打洞,形成一個貫穿的通道。當漲水的時候,水就會順著蟻穴形成一股水流,就像水管衝擊泥土一樣,水流不斷的帶走堤壩中的土體顆粒,導致通道不斷擴大,衝刷作用也越來越強,最終導致整個大壩潰決。然後水庫所有的水量傾瀉而下,形成洪災。這句俗語絕不僅僅只是一個哲學問題。因為現實中潰於蟻穴的大壩不在少數。從蟻穴潰壩的原理可以看出,只要土石壩有流動的水流衝刷,最終都有可能演變為毀滅性的災難。
這不僅限於壩體內部的水流,壩體表面的水流也有同樣的效果。當洪水流量擴大,水庫洩洪不及時的時候,水流就很有可能蓄滿水庫,從壩頂翻過大壩,這對土石壩來說是致命的。因為大量的水流衝刷,可以在短時間內導致土石壩潰壩。這次美國的A大壩潰壩就是這個原因導致的。由於大壩老舊洩洪能力不足,這次的暴雨流量超過了A大壩的洩洪能力,進而演化為潰壩事故。而B大壩就在A大壩下遊11公裡處,A大壩潰壩產生的洪峰過大又超過了B大壩的洩流能力,導致B大壩也出現了漫壩,最終潰決。
由於土石壩的這種特性,在設計的時候會採取很多方法來對大壩進行保護。比如在上遊設置防撞牆,防止波浪越過壩頂,在壩坡上設置排水溝,用來引導雨水排洩。在壩基設置反濾設施,減少壩體滲流對泥土的攜帶作用等等,甚至連水庫的降水速度都是有嚴格規定的。因為水庫的水位下降時,土石壩部分浸泡過的主體是飽和狀態,降水速度過快,會導致飽和,土體裡的水分迅速滲出,同樣會造成土石壩的破壞。對於很多大型土石壩才常常會預留一個非常洩洪道。平時像一般壩體一樣起防水作用,在主壩即將漫壩的時候非常洩洪道可以用炸藥炸開來輔助洩洪,有點舍小保大的意思。
潰壩事故年年都在發生,中國也不例外。但是大型水庫的潰壩並不常見,就像三峽大壩,其實水流漫壩短時間內也無大礙。大家不必太過擔心。美國這次潰壩的兩個大壩都已服役90多年。由於美國起步早。很多大壩都已經老化,這種大齡水壩是拆掉重建,還是耗費大量的資金來維護,是個非常困難的問題。因此中國在建設中更要穩紮穩打,吸取發達國家的經驗和教訓。