超标准洪水下中小型水库大坝安全保障与韧性提升对策研究

超标准洪水下中小型水库大坝安全保障与韧性提升对策研究

Safeguarding and enhancing the resilience of small and medium-sized reservoir dams under floods exceeding design standards

景来红¹，李宏恩²

（1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，450003，郑州；2.水利部 交通运输部 国家能源局南京水利科学研究院，210029，南京；3.水利部大坝安全管理中心，210018，南京）

摘要：我国现有各类水库约9.5万座，中小型水库占比超99%，其中有80%以上建于1980年以前，且土石坝占比90.2%，坝高低于30m的占比92%。中小型水库工程建设先天不足、洪水标准偏低、泄洪设施不完备等问题突出。近年来工业化、城镇化进程加快，极端暴雨事件频发，水文序列一致性假设频繁被打破，变化环境和强人类活动背景下中小型水库遭遇超标准洪水漫坝风险骤增。在总结分析我国中小型水库大坝安全管理成效基础上，对当前超标准洪水下中小型水库大坝安全保障与韧性提升的关键科学问题和技术难点进行了梳理，主要包括超标准洪水内涵定义亟待明确、变化环境下设计洪水计算与洪水标准确定方法亟待完善、坝面防护新型结构与泄洪能力提升技术与装备亟待研发等，并从理论体系构建、工程防护优化、应急装备研发、标准体系完善等方面提出了相关对策建议。

关键词：中小型水库；土石坝；超标准洪水；安全保障；韧性提升

作者简介：景来红，正高级工程师，主要从事水利水电工程规划设计工作。

基金项目：国家重点研发计划（2024YFC3210600）。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.15.007

截至2024年年底，我国已建成各类水库大坝约9.5万座，总库容约1万亿，中小型水库占比超99%。中小型水库中80%以上建于1980年以前，土石坝占比90.2%，坝高低于30m的水库占比92%，整体来看，我国水库大坝具有中小型水库多、老旧坝多、土坝多、低坝多的工程禀赋特征。

当前我国气候条件复杂多变，水旱灾害呈现突发异常、难以预测的特点，且发生频率和强度持续上升。极端暴雨事件频发，不仅带来人员伤亡与经济损失，其导致的超标准洪水更对水库大坝安全构成严重威胁。土石坝在面对超标准洪水风险时十分脆弱，风险抵抗能力明显不足，漫坝甚至溃坝出险事故时有发生，国内外均有相关案例。2018年，新疆哈密射月沟水库因短时极端暴雨导致漫顶溃坝，造成人员伤亡；2021年，内蒙古永安、新发两座梯级水库在强降雨中发生连续溃决；2021年，河南郑州“7·20”特大暴雨事件导致郑州市143座水库中有84座出现不同程度险情，其中郭家咀水库出现漫坝险情，影响下游南水北调中线工程安全；2021年湖北襄阳地区普降特大暴雨，5座小（2）型水库出现漫坝险情；2024年，黑龙江绥化双红、前锋、宏胜等3座小型土石坝工程相继发生漫坝险情，所幸处置及时未发生溃坝事故。国际上，2020年5月，持续强降雨导致美国密歇根州伊登维尔（Edenville）大坝和桑福德（Sanford）大坝相继溃决，上万人被迫紧急撤离；2023年飓风“丹尼尔”引发利比亚德尔纳河流域严重洪灾，两座大坝同时溃决，造成众多人员伤亡。国内外案例说明，当前亟须加快开展超标准洪水下中小型水库大坝安全保障与韧性提升对策研究。

进入21世纪后，我国水库的年均溃坝率已降至0.5‱以下，达到国际低溃坝率水平，然而，因超标准洪水造成的溃坝比例却呈现明显增长趋势。据统计，2000—2024年，全国因超标准洪水溃坝45座，占同期溃坝总数的46%。近5年出险的29座水库均为中小型水库，28座与超标准洪水或强降雨有关。其中，土石坝占比约90%，小型水库占比约76%，坝高15m以下的水库17座，坝高15～30m的水库8座。由此可见，当前亟须提高中小型土石坝水库应对超标准洪水的工程韧性和应急保障能力。进一步分析相关案例发现，10余座中小型土石坝（坝高均低于30m）遭遇强降雨发生漫顶或接近漫顶险情，但通过在坝顶应急铺设尼龙彩条布或土工织物、及时拓挖临时溢洪道等措施，实现了“漫而未溃”，突破了土石坝“漫顶即溃”的传统认知。对于水头较低、溃坝影响相对有限的中低型土石坝，通过优化坝面防护措施和改进泄流技术，不仅能有效延缓漫顶溃决进程，还能在增强大坝抵御超标准洪水能力的同时，为下游人员疏散争取关键时间窗口。目前中小型水库中低土石坝防漫溃技术与装备研究工作尚处于起步阶段，多个关键科学与技术问题仍存在瓶颈。

近5年我国水库出险或溃坝情况统计（单位：座）

确保超标准洪水下的库坝安全对保障人民群众生命财产安全和经济社会高质量发展具有重大现实意义，是做好极限状态下水库大坝安全管理的必然要求。本文针对超标准洪水下中小型水库大坝安全保障与韧性提升的关键科学问题与技术难点，在总结分析我国中小型水库大坝安全管理成效的基础上，从理论体系构建、工程防护优化、应急装备研发、标准体系完善等方面提出了相关对策建议。

超标准洪水库坝安全研究进展

1.变化环境下水库设计洪水计算与洪水标准确定方法研究取得初步成果

洪水标准的确定与国家经济社会发展水平密切相关，我国根据经济社会和科学技术发展水平不断对水库洪水标准进行修订和完善，已经形成一整套较为完整的体系，相关配套技术标准齐全，可操作性好。然而在气候变化背景下，中小型水库面临水文序列一致性假设失效、设计洪水计算偏差显著、实际防洪标准不足等关键问题。河南郑州“7·20”特大暴雨灾害事件后，水利部组织开展了水库工程防洪能力提升专项研究，部分省区根据暴雨序列延长、下垫面变化等实际情况对相应辖区的暴雨径流查算图表进行修订，及时更新修正相关图集及参数，在暴雨设计值推求、极端暴雨事件移植分析、产汇流参数校核以及区域洪水综合分析方法研究等方面已取得阶段性进展。在《水库大坝风险等级划分与评估导则》（SL/T 829—2024）中，基于风险理念提出了考虑变化环境及与我国经济社会发展相适应的中小型水库洪水标准确定方法，为提升水库防御超标准洪水能力提供理论方法基础和标准依据。

2.提升水库大坝防洪能力的工程措施技术取得长足发展

为应对超标准洪水冲击，提升水库大坝防洪能力的工程措施主要集中在提升水库泄洪能力和洪水拦蓄能力两个方面。通过加大泄洪设施规模提升泄洪能力，通过加大坝体挡水高度提升拦蓄能力，同时还可通过设置应急放空设施、加固土石坝坝面等方式提高水库在遭遇超标准洪水等极端工况时的应对能力。

在提高泄洪能力方面，不同地区结合工程实际采取的措施主要分为两类：一是扩大原有泄洪设施规模，二是新建泄洪设施。部分地区设置了非常溢洪道，在水库遭遇超标准洪水时启用，如浙江等地新建放空设施兼顾考虑预泄，并结合坝址处的地形地质条件、下游河道条件等因素综合比选确定。

在提升拦蓄能力方面，加高大坝在增加防洪库容的同时，也会导致洪水期库区临时淹没面积的增加，需对临时淹没风险进行评估。大坝坝型不同，其加高方式也有所不同，除大坝整体加高外，部分水库可探索应用在坝顶上游侧增设防浪墙的方式。

在采用新型防漫溃筑坝技术方面，胶结颗粒料坝、堆石混凝土坝等新坝型不断涌现，此类坝型与传统土石坝相比具有一定抗冲刷和抗洪水漫顶能力，可提高坝体抵御超标准洪水漫顶风险的能力，施工工艺和质量也相对容易达到，对于提升中小型水库防洪能力具有较强的适用性。

在新型坝坡防护材料技术方面，利用抗冲蚀材料或土壤改良材料，对土石坝下游坡面实施抗冲刷防护，可有效抵御短时漫溢洪水侵蚀作用，该措施现已成为增强中小型水库防洪效能的重要技术手段。胶结料表层加固、铺设土工织物、铺设尼龙彩条布等抗冲蚀卷材加固方式具有就地取材、抗冲蚀效果显著、适用性强等特点，已在湖北、江西、湖南等地多个工程超标准洪水漫顶过程中应用，证明采取合适坝坡永久或临时防护技术可为实现中小型水库“漫而不溃”目标提供有力支撑。

3.防洪抢险避险应急措施在近年来数次实战中取得显著成效

当土石坝面临超标准洪水时，其溃决风险显著增加。这种情况下迅速实施应急防护以阻止漫顶或延缓溃坝进程，对减轻灾害损失至关重要。相关研究证实，漫顶至溃决的演变过程受多重因素影响，包括水库库容、坝体高度、漫顶流量、初始溃口尺寸及筑坝材料特性等。各地结合上述影响因素从应急泄放腾出防洪库容、增加临时应急泄洪通道、应急加高坝体及坝面防护等方面不断总结提出各类应急措施，切实提升水库在超标准洪水条件下的抗风险能力。

在应急泄放腾出防洪库容方面，根据水情预报结合上下游水库调蓄能力、来水量、险情严重程度等情况综合分析，建议合理利用水库现有泄洪设施进行预泄，必要时增设临时排水设备加大下泄流量，确保充分预留防洪库容。实践证明该措施较容易实现，但由于小型水库库容和泄洪能力有限，遭遇连续短历时大洪量超标准洪水时，很难在二次洪峰形成前再次腾出库容。

在增加临时应急泄洪通道方面，根据中小型水库坝址周边地形地质条件，通过开挖坝址上游两岸天然垭口或利用有利地形构建临时泄洪通道，可有效实现入库洪水分流，该措施已在多个水库抢险案例中得到成功验证。面对超标准洪水，河南郑州郭家咀（漫顶）、山东龙门（滑坡）、湖北彭沟（漫顶）、湖北郭水湾（漫顶）、江西牛坑（滑坡阻塞溢洪道）等水库均采取了开挖临时泄洪通道降低库水位，有效延缓了大坝险情发展，取得较好效果。

在应急加高坝体及坝面防护方面，相较于传统应急加高措施（如砌筑土料/土袋/桩梢子埝、纯土子坝、柳石枕子坝等），近年来发展的防洪管袋式子堤、鱼鳍式防洪屏等新型结构，以及吸水膨胀材料等创新技术的研发应用为大坝应急加高提供了多种可选途径。坝顶、坝坡过流面防护主要采取临时过流面防护材料（土工膜或彩条布）覆盖和坡脚挡护等措施，如湖北龙岗、三桐等水库出现漫顶险情后，及时在坝面铺设彩条布，有效阻止了坝体被冲毁溃决，取得较好效果；2021年郑州郭家咀水库土石坝洪水漫溢持续近7.5h，虽然下游坝坡遭到严重冲刷破坏，但依靠坝顶沥青混凝土路面和下游坡混凝土上坝踏步防护作用，大坝最终未溃决，也验证了只要坝面防护和排水措施得当，适当延长土石坝“漫而不溃”时间是可以做到的

4.水库大坝运行安全风险监控与预警能力不断提升

水库大坝多源信息透彻感知是超标准洪水下水库大坝安全风险防控的重要支撑，目前围绕极端暴雨洪水灾害防控的关键环节已建立了系统的技术体系：①在灾害模拟方面，开发了流域水文-水动力耦合模型、城市雨洪数值模拟系统及融合深度学习的快速洪水演进算法；②在监测预警方面，构建了山洪多级预警体系、下垫面响应评估方法和多尺度气象-水文耦合预报系统；③在风险管控方面，提出了灾害风险评估方法、水库群协同调度模型和防洪实时决策支持技术。此外，随着卫星、雷达、遥感等现代监测手段的快速发展以及大数据、人工智能、云计算等技术的迭代更新，结合现代化水库运行管理矩阵建设，聚焦短期洪水预报精度不足、灾害风险评估能力有限等关键问题，目前研究重点还包括雨水情监测预报“三道防线”建设及预报、预警、预演、预案“四预”关键模型等。

关键科学与技术问题

1.超标准洪水内涵定义亟待明确

在气候变化、大规模城镇化的背景下，洪水成因机制日趋复杂，土地利用结构调整、工程建设等多重人类活动对水文循环产生了深远影响。以往基于时间序列的设计洪水计算分析方法面临严峻挑战，传统假设条件下确定的设计洪水参数与实际存在较大偏差。特别是在中小流域，突发性洪水往往在短时间内形成高强度洪峰，给水库泄洪能力带来了极大考验。然而，在当前流域防洪体系建设过程中，对水库大坝超标准洪水的内涵尚缺乏统一认识，限制了其在防洪标准复核、应急响应预案制定和工程韧性评估等实践环节中的有效应用。因此，在气候变化与人类活动耦合作用背景下，亟须从理论与实践两个层面明确超标准洪水的科学内涵，建立完备的中小型水库防洪标准确定方法，同时应系统评估现行技术规范体系的适应性，厘清其在多类型库坝、不同区域洪水风险背景下的适用条件及合理性，为后续工程防洪标准的调整优化提供技术支撑。

2.变化环境下设计洪水计算与洪水标准确定方法亟待完善

面对气候变化带来的不确定性，如何合理确定水库防洪标准已成为保障工程防洪安全的关键问题。国内外具有代表性的设计洪水计算手册包括美国《水文学手册》、英国《洪水估算手册》和我国的《水利水电工程设计洪水计算规范》等。由于多数中小型水库所在流域缺乏实测水文数据，设计洪水计算主要依赖暴雨等值线图和经验公式。在气候变化和人类活动双重影响下，历史暴雨资料代表性减弱，流域产汇流特性发生明显改变，显著增加了设计洪水计算的不确定性。按照《防洪标准》（GB 50201—2014），已建中小型水库在规划初期常采用标准下限，设计洪水标准重现期仅10~50年，快速城镇化背景下水库下游保护对象发生显著变化，沿用原标准将导致洪水标准明显偏低。

因此，当前中小型水库面临水文数据一致性假设失效、设计洪水推求结果偏离实际、防洪标准适应性不足等突出技术难题，亟须在系统分析我国中小型水库超标准洪水多发区域空间特征演化规律基础上，深入研究不同资料条件下考虑水文数据非一致性设计洪水计算方法，进一步研究考虑变化环境及与我国经济社会发展相适应的中小型水库洪水标准确定方法，为提升中小型水库抗御超标准洪水能力提供理论方法基础和标准依据。

设计洪水是水库、堤坝等防洪工程的重要设计参数，其核心是基于一定的洪水风险概率，推求出相应的洪水量级。一般而言，设计洪水的确定依赖于相对完整的历史水文资料序列、可靠的暴雨参数和合理的计算方法，其成果需在长期运行与实际洪水事件中不断得到验证与修正。然而，在气候变化背景下，原有设计洪水成果的安全裕度正在受到严峻考验，暴露出部分区域洪水计算体系中失真、偏小、滞后等问题。我国大型水库由于其工程等级高、防洪责任重大，设计洪水标准相对较高，往往具备较长时段、较高质量的实测水文序列，历史极值事件记录相对完备，计算成果具备较强的代表性与安全性。然而，多数中小型水库，尤其是丘陵山区、黄土高原及西南山地地区的众多小（1）、小（2）型水库，由于建库时间早、布设分散、资料基础薄弱，其设计洪水标准普遍偏低（多为20年一遇~50年一遇），且缺乏完整的实测水文序列，只能借助区域经验公式、暴雨参数图集等间接方法进行推求。由于资料短缺与代表性不足、设计方法间接推求误差大、水文非一致性现象突出、设计成果缺乏动态复核机制等问题，中小型水库洪水计算成果失真的问题十分突出，设计洪水计算方法必须充分考虑当前水文气候的突变性和未来趋势，建立动态更新机制，提升设计成果的适应性与前瞻性，才能有效保障库坝工程在极端条件下的运行安全。

3.坝面防护新型结构及泄洪能力提升技术与装备亟待研发

依据《全国病险水库除险加固实施方案（2025—2027年）》，计划对约5000座水库进行除险加固，以保障其防洪安全，其中土石坝防漫溃体系建设是确保防洪安全的核心任务。当前技术体系存在两大关键问题：一是在坝面防护方面，现有混凝土、土工材料等护坡型式难以适应漫顶水流对坝顶、坡面冲刷区及坝脚等不同部位的差异性冲蚀特征，亟须建立基于水力特性的防护设计理论；二是泄洪能力提升方面，新型堰体结构的水力性能与几何参数关系复杂，其实际效果评估仍存在技术瓶颈。此外，应急抢险面临时间紧迫、环境恶劣以及施工技术落后等三重挑战。因此，针对超标准洪水下土石坝防漫溃应急抢险工作难点与材料技术装备瓶颈，亟须研发高效、可靠、适应恶劣抢险条件、能力强的专用抢险装备。

超标准洪水下水库大坝安全保障与韧性提升对策建议

1.高度重视极端天气事件下中小型水库安全运行风险

近年来我国气候系统呈现显著变异特征，极端天气事件发生频率和强度明显增加。特别应注意，超越历史水文气象记录极值的特大暴雨事件呈现出高频次、高强度发生态势。2024年江西洪灾、2023年海河“23·7”流域性特大洪水、2021年河南郑州“7·20”特大暴雨、2012年北京“7·21”特大暴雨等突发极端暴雨事件不仅造成了公众伤亡和社会经济损失，还严重威胁着水库运行及下游影响区的公共安全。因此，应针对变化环境和强人类活动作用下水库设计洪水计算与洪水标准确定方法尽早组织开展研究，明确超标准洪水的定义，同时强化极限思维、底线思维，充分考虑极端天气事件下水库大坝抵御超标准洪水的保坝能力，以及水库对下游公共区域的保护能力。在此基础上，还应及时对现有水库，特别是中小型水库的防洪能力进行复核，开展防洪能力评估，并明确其防洪标准与风险等级，同时应通过预报预警等非工程措施、修建临时避险设施等工程措施，不断提升极端天气导致的溃坝洪水风险防范应对能力。

2.及时开展水库遭遇超标准洪水专项风险普查评估与分级管控

随着气候变化和我国快速城市化进程的持续推进，水库遭遇极端天气和超标准洪水事件的风险概率不断加大，因此有必要综合利用卫星遥感、北斗定位、无人机、无人船等手段，尽快摸清并建立我国城市水库和影响重要基础设施“头顶库”清单名录。在已有水库防洪能力提升研究工作基础上，根据水库大坝与下游保护城市、重要基础设施的空间位置关系，全面开展水库大坝风险评估，对被评定为高风险的水库实行分级和动态管控，为应急抢险和防灾减灾提供科学依据和技术支撑，逐步实现基于风险的水库洪水标准确定的制度化与常态化。

3.统筹工程措施与非工程措施，提升水库大坝应对超标准洪水事件的综合韧性

针对自然灾害频发区内的水库工程韧性提升问题，要统筹工程措施和非工程措施。①合理设计和良好施工质量都是确保水库大坝工程长效安全的首要基础，要不断强化对工程规划设计、地质勘察、洪水标准选择、工程施工、检测验收等各环节的监督管理；②针对现行规范中水库洪水标准无明确定量风险指标依据、中小型水库的坝高重要性体现不充分、梯级水库的洪水标准确定机制不明确等问题，应基于现行水库洪水标准，结合风险管理理念，有序推进水库防洪能力提升工作；③水库大坝专业的管理与维护是保障工程安全运行的核心环节，须不断强化对责任制、注册登记、调度运用、维修养护、安全监测、安全鉴定、应急预案等大坝全过程全周期监管；④推进水利、国土、气象等部门水文气象、地理测绘及重大工程信息共享，强化“四预”并研究提出水库监测预警与信息化建设技术，持续推进现代化水库运行管理矩阵建设。同时也需着力提升中小型水库和中低土石坝的加固改造技术以及工程与非工程措施的应急抢险技术水平，加强对防护技术的效果检验和推广，推动我国超标准洪水下水库的安全管理水平与风险防控能力发展，不断提升水库应对突发事件的应急处置能力。

4.加强水库大坝应对极端天气事件挑战的科技支撑

强化技术攻关研究，加大水库大坝适应气候变化影响的科研投入，针对环境变化和剧烈人类活动影响，研究提出适应性对策，提高城市周边小型水库应对超标准洪水的安全管理标准及应急管理能力。总结郭家咀等水库大坝“漫而未溃”经验，开展中小型水库土石坝抵御洪水漫顶的简单、实用、经济、有效的技术研究，以及应急抢险装备、材料和工艺研发。研发极端来水条件下水库应对突发性洪水的应急调度及风险调控技术，揭示多灾害耦合的土石坝溃决灾害链演化机制及超标准洪水条件下土石坝“漫而不溃”机制，研发坝面防护条件下大坝漫顶发展演化过程数值模拟技术，提出水库溃坝洪水过程和溃坝洪水淹没风险快速计算方法，研究超标准洪水条件下新型防洪韧性坝型，评估现有水库遭受超标准洪水时的实际泄洪能力，研制紧急情况下快速降低库水位的泄洪装备和快速构建应急泄洪通道的装备，研发中小型水库漫顶过流坝面快速防护材料，以及新增泄水设施的新型结构方案等。

5.强化示范引领，推动技术应用与标准体系建设

选取具有代表性、高风险水库，通过工程措施与非工程措施结合开展防洪能力提升先行先试工作，逐步形成可复制、可推广的典型样板，为全国范围内的中小型水库土石坝防洪能力提升提供技术指导。建议进一步完善中小型水库土石坝防漫溃技术标准体系，涵盖洪水风险评估、监测预警、应急响应等方面，确保各项技术能够在实际应用中落地生效，不断提升水库大坝应对极端洪水风险的能力和抗灾韧性。

结语

本文系统分析了超标准洪水下我国中小型水库土石坝安全面临的严峻挑战，当前中小型水库在洪水标准适应性、设计洪水计算方法、坝面防护结构及应急抢险装备等方面均存在关键瓶颈。基于此，本文指出应高度重视极端天气事件下中小型水库安全运行风险，及时开展水库遭遇超标准洪水专项风险普查评估与分级管控，统筹工程措施与非工程措施，提升水库大坝应对超标准洪水事件的综合韧性，并加强科技攻关及示范引领，推动标准体系完善。通过构建涵盖理论体系、工程优化、装备研发、运行管理等系统完备的中小型水库土石坝超标准洪水防漫溃技术标准体系，切实提升中小型水库大坝在超标准洪水下的安全保障能力与工程韧性，为守护人民生命财产安全和支撑经济社会高质量发展提供坚实的防洪安全保障。

Abstract: China currently has about 95,000 reservoirs, with small and medium-sized ones accounting for over 99%. More than 80% of these reservoirs were constructed before 1980, 90.2% are earth-rock dams, and 92% have a dam height of less than 30 meters. These reservoirs commonly face challenges such as inherent construction deficiencies, low flood design standards, and inadequate flood discharge facilities. In recent years, with the acceleration of industrialization and urbanization and the increasing frequency of extreme rainfall events, the assumption of hydrological sequence consistency has been frequently violated. Under the influence of changing environmental conditions and intensified human activities, the risk of overtopping due to floods exceeding design standards has sharply increased for small and medium-sized reservoirs. Based on a review of achievements in dam safety management in China, this paper identifies and analyzes the key scientific and technical challenges in ensuring dam safety and enhancing resilience under floods exceeding design standards. These include the need to clarify the definition of floods exceeding design standards, improve the calculation of design floods and the methods for determining flood standards under changing conditions, and develop new dam surface protection structures and technologies to enhance flood discharge capacity. Corresponding countermeasures are proposed in four aspects: building a sound theoretical framework, optimizing engineering protection, developing emergency response equipment, and improving the technical standards system.

Keywordssmall and medium-sized reservoirs; earth-rock dams; floods exceeding design standards; safety safeguarding; resilience enhancement

本文引用格式：

景来红，李宏恩.超标准洪水下中小型水库大坝安全保障与韧性提升对策研究[J].中国水利，2025（15）：46-51.

封面供图广西壮族自治区水利厅

责编刘磊宁

校对董林玥

审核王慧

监制杨轶

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