史天如，周月華，葉麗梅，李蘭

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，武漢430077；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢430074)

引 言

2012年8月4—6日，受“蘇拉”臺風(fēng)登陸后形成的倒槽和華北冷空氣的共同影響，湖北多地出現(xiàn)較強(qiáng)降水，降水中心位于鄂西北，造成較為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。據(jù)湖北省民政部門統(tǒng)計(jì)，截至當(dāng)年8月7日10時，此次暴雨洪澇災(zāi)害造成襄陽、十堰、咸寧、宜昌、荊州等地18 個縣(市、區(qū))107.25 萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失23.17 億元(葉麗梅等，2018)。強(qiáng)降水造成河水陡漲、水庫泄洪、局部山體滑坡以及十堰、襄陽多條桿線倒塌和變電站進(jìn)水，當(dāng)年8 月6 日500 kV 十樊一回輸電線路#170 塔發(fā)生倒塌(以下簡稱“8·6”倒塔事故)。倒塔原因是什么，整個災(zāi)害發(fā)生過程涉及哪些重要環(huán)節(jié)，災(zāi)害過程各環(huán)節(jié)能否定量描述，這些問題都需要通過災(zāi)情調(diào)查才能詳細(xì)了解。通常，氣象災(zāi)害調(diào)查方法包括實(shí)地調(diào)查法、衛(wèi)星遙感解譯法、固定視頻觀測提取技術(shù)以及其他多渠道資料調(diào)查方法。其中，實(shí)地調(diào)查法獲取的是離散、不連續(xù)現(xiàn)場信息。其他多渠道的資料調(diào)查，一是來源專業(yè)部門，如民政部門、水利部門、農(nóng)業(yè)部門、電力部門等；二是來源于媒體、公眾信息等，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別、分析，統(tǒng)一管理，并加以應(yīng)用。氣象災(zāi)害論證方法包括機(jī)理分析法、災(zāi)害標(biāo)識物(DI)類比法、基于災(zāi)害鏈的綜合分析法等。其中，機(jī)理分析法主要通過分析氣象災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理，建立或應(yīng)用相應(yīng)的物理模型，計(jì)算模擬災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展過程，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，對模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，給出較合理的分析判斷結(jié)論；DI類比法則是利用調(diào)查的痕跡與DI 進(jìn)行類比，得出相應(yīng)的分析結(jié)論，此法在風(fēng)災(zāi)論證中使用較多(張小玲等，2016；鄭永光等，2016；趙慧霞等，2016；許小峰，2017)；基于災(zāi)害鏈的綜合分析法，主要是分析氣象災(zāi)害鏈各環(huán)節(jié)，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查資料、遙感資料和其他信息資料，對受災(zāi)強(qiáng)度和災(zāi)害損失及成因進(jìn)行綜合分析論證。

本文主要采用現(xiàn)場調(diào)查與資料調(diào)查相結(jié)合的方法對“8·6”倒塔事故及災(zāi)害過程進(jìn)行分析；在此基礎(chǔ)上，將數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、機(jī)理分析法、模擬法等獲得的結(jié)果，與調(diào)查結(jié)果相互補(bǔ)充、印證，以期獲得較全面的災(zāi)害發(fā)生發(fā)展過程場景，確定災(zāi)害特點(diǎn)與致災(zāi)方式等，探討除鐵塔本身結(jié)構(gòu)之外的致災(zāi)因素，為防災(zāi)減災(zāi)及后期鐵塔選址、洪水風(fēng)險管理、制定災(zāi)害響應(yīng)機(jī)制等提供有價值的參考數(shù)據(jù)。

1 災(zāi)害調(diào)查結(jié)果與分析

調(diào)查方法、調(diào)查內(nèi)容的選擇均需依據(jù)調(diào)查目的確定?！?·6”倒塔事故的調(diào)查選擇從災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查入手，分析致災(zāi)的直接原因，再與資料調(diào)查相結(jié)合，追溯事故的發(fā)生發(fā)展過程。

1.1 現(xiàn)場調(diào)查與分析

1.1.1 現(xiàn)場調(diào)查

十堰變—襄樊變500 kV輸電線路#170塔(以下簡稱170 號塔)位于谷城縣北河潭口水庫壩址下游左岸約733 m處，于2012年8月6日凌晨05∶04(北京時，下同)左右被攔腰折倒，折倒部位堵存了大量的樹木(約4 m3，樹干胸徑約800～1 200 mm)，重約數(shù)噸(圖1a)。經(jīng)清理后發(fā)現(xiàn)，該塔最靠近溢洪道的塔腿主材屈服破壞，從而整個鐵塔受力體系遭破壞，最終整塔屈服傾倒(圖1b)。170 號塔傾倒的同時引發(fā)該鐵塔跨河檔靠河流上游側(cè)一根邊導(dǎo)線和一根地線斷裂，相鄰的169號塔兩地線支架被拉彎，同時河流對岸171 號塔旁的田埂被洪水沖跨。在此事故發(fā)生時，河道內(nèi)有大量的漂浮物，水庫下游的谷城縣城關(guān)通往石花鎮(zhèn)的下新店大橋左岸欄桿被卷挾大量漂浮物的洪水沖垮(圖1c)。

圖1 2012年8月7日倒伏的170號塔前堆積物清理前(a)、后(b)的現(xiàn)場，以及新店大橋左岸欄桿被漂浮物沖垮的場景(c)Fig.1 The deposits scene in front of the collapsed tower 170(a)before and(b)after being cleaned up,and(c)the scene of the railing on the left bank of Xindian bridge being washed down by floating objects on 7 August 2012.

此次洪水過程造成北河漫堤，致使谷城縣三分之二區(qū)域被淹，9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)較重。根據(jù)現(xiàn)場踏勘資料繪制“8·6”倒塔事故范圍內(nèi)洪水淹沒區(qū)分布詳見圖2。

1.1.2 結(jié)果分析

圖2 基于現(xiàn)場調(diào)查繪制的2012年8月6日170號塔周圍洪水淹沒區(qū)分布圖Fig.2 Distribution map of the flood inundated areas around the tower 170 based on field investigations on 6 August 2012.

上述傾倒的170 號塔是直線塔，其四角塔基的材料使用Q235(A3F)鋼，抗彎強(qiáng)度為215 N·mm-2。直線塔通?？沙惺艽怪焙奢d，但不耐承受水平荷載。同時170 號塔屬空間桁架結(jié)構(gòu)，常規(guī)下具有較通暢的過水能力。對現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果分析可知，造成倒塔的直接原因是塔前大量的堆積物使170號塔最靠近溢洪道的塔腿主材遭受大量漂流樹木撞擊，且越積越多，增大了鐵塔迎水面積，從而導(dǎo)致洪水沖擊力急劇增大，巨大的洪水沖擊力和大量漂流樹木的撞擊力導(dǎo)致倒塔。為了進(jìn)一步分析倒塔原因，開展以下追溯性調(diào)查： (1)追蹤大量堆積物來源，即分析洪水路徑以及路徑上的地面狀況；(2)追蹤左岸受沖擊力增大的原因；(3)分析洪水異常程度；(4)追蹤異常洪水產(chǎn)生的原因，即觸發(fā)事故的強(qiáng)降水時空變化特征。

1.2 資料調(diào)查與分析

根據(jù)追溯性調(diào)查分析需要，進(jìn)行以下資料調(diào)查與分析。

1.2.1 倒塔位置周圍狀況

調(diào)查了解170 號塔所處的地理位置及其周圍環(huán)境是分析倒塔原因的基礎(chǔ)。調(diào)查內(nèi)容包括倒塔點(diǎn)周圍的地形、河網(wǎng)、植被情況。本次調(diào)查資料范圍包括災(zāi)害發(fā)生區(qū)鄂西北和災(zāi)害發(fā)生地谷城縣域，范圍較大的鄂西北地區(qū)采用1：25 萬DEM 數(shù)據(jù)資料，谷城縣域則采用1：5 萬DEM 數(shù)據(jù)；土地利用柵格數(shù)據(jù)的分辨率為30 m。

谷城縣境內(nèi)除漢水(界河)外，有大小河流100 余條。南河和北河是谷城縣的兩大水系，南河在谷城縣境內(nèi)流程52.5 km，最寬約1 500 m，最狹40 m。北河流域上游位于山區(qū)，河道比降大，地形復(fù)雜，潭口水庫是北河流域唯一的水庫。北河的河源(觀音堂)至潭口水庫的河道比降為3.3‰，潭口水庫至河口(安家崗)為1‰。170號塔所處位置地勢較低，位于上游多條水系的交匯處，故170號塔不僅易受當(dāng)?shù)貜?qiáng)降水影響，還受上游來水影響(圖3a)。

圖3 位于170號塔周圍的谷城外圍水系和DEM(數(shù)字高度模型)示意圖(a)以及谷城縣林地分布圖(b)Fig.3 (a)Water system and digital elevation model(DEM)of Gucheng peripheral areas around the tower 170,and(b)woodland distribution of Gucheng County.

谷城縣土地利用類型以林地為主，林地所處位置海拔高、地形復(fù)雜，多位于高山區(qū)，占全縣國土面積的74%，主要分布在潭口水庫上游地區(qū)(圖3b)。這些樹木可能成為洪水路徑上堆積物的重要來源。

1.2.2 水文情況

“8·6”倒塔事故調(diào)查涉及水文的內(nèi)容包括倒塔災(zāi)害發(fā)生流域(北河流域)與相鄰流域南河的水位、流量情況，水文站位置、歷史資料，水庫基本工況(韓寧夫，1984)等，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行極值推算。

(1)北河與南河流域。北河發(fā)源于湖北省房縣東北的三里溝，境內(nèi)流程42 km，河床平均寬70 m，最寬約1 000 m，最狹30 m，來水總量約4 130×104m3。北河流域左右岸均為混凝土堤防，高6 m。線路(堤防)為30 a 一遇防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(裴海燕等，2012)。北河水文站位于谷城潭口水庫上游約23 km 處，該站建于2001年，集水面積1 160 km2。2012 年8 月6 日08∶18 出現(xiàn)最大流量3 310 m3·s-1，為建站以來最大流量值，致災(zāi)時段8 月6 日05∶30—06∶30 最大流量2 680 m3·s-1。南河流域谷城水文站位于南河河口9 km 處的谷城縣城關(guān)鎮(zhèn)。圖4 給出2012 年8 月3—8 日南河流域白水峪、北河流域沙河區(qū)域氣象站逐時降水量與谷城、北河水文站水位變化。比較南河和北河流域的現(xiàn)峰時刻可知，北河流域早于南河，但均在降水峰值出現(xiàn)10 h后。

圖4 2012年8月3—8日南河流域谷城白水峪站降水量與谷城站水位(a)以及北河流域房縣沙河站降水量與北河站水位(b)變化(降水量單位:mm；水位單位:m)Fig.4 Variation of(a)precipitation(unit:mm)at Baishuiyu station and water level(unit:m)at Gucheng hydrological station in Gucheng County of Nanhe basin and(b)precipitation(unit:mm)at Shahe station and water level(unit:m)at Beihe hydrological station in Fangxian County of the Beihe basin from August 3 to 8 in 2012.

(2)北河水文站最大洪峰流量重現(xiàn)期推算。由于北河流域水文站年最大流量序列資料不足10 a，不能直接計(jì)算最大洪峰流量頻率。故使用南河谷城水文站(集水面積5 781 km2)歷史資料，采用水文比擬法(程遙和郭藝，2018)推算北河站設(shè)計(jì)洪水成果。谷城水文站設(shè)計(jì)洪水成果來自2010漢江新集水電站可研報告，按照面積比的2/3次方(胡輝和陳澤鋒，2019)推算出北河站設(shè)計(jì)洪水成果見表1。北河水文站2012 年8 月6日實(shí)測最大洪峰流量3 310 m3·s-1的重現(xiàn)期大致為500～1 000 a 一遇，“8·6”倒塔事故時段洪峰流量2 680 m3·s-1的重現(xiàn)期大致為200～500 a。

表1 谷城、北河水文站不同洪峰流量頻率下的設(shè)計(jì)洪水流量(單位:m3·s-1)Table 1 Designed flood discharge(unit:m3·s-1)at Gucheng and Beihe hydrological stations under the different peak discharge frequency.

(3)潭口水庫。潭口水庫于1958年4月動工，1964年3月竣工受益，是一座以防洪、灌溉、城鎮(zhèn)供水為主兼顧水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多種經(jīng)營的中型水庫。水庫位于薤山腳下，距谷城縣城30 km。水庫攔截漢江支流的北河中游，控制流域面積608 km2，年均來水量2.35×108m3，水庫總庫容、有效庫容、死庫容分別為5 181×104、2 730×104、190×104m3。水庫正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、核校洪水位分別為139.00、145.07、148.57 m，死水位118 m(夏清炳等，2017)，潭口水庫特征及水位示意圖見圖5，其中底圖來源于中國水利百科全書(徐乾清，2006)。

圖5 潭口水庫特征及水位示意圖Fig.5 Characteristics and water levels diagram for Tankou reservoir.

潭口水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物組成，大壩由主壩和兩座副壩組成。主壩長265 m，最大壩高46.5 m，壩頂高程149 m，防洪墻頂高程149.7 m。溢洪道為開敝式溢洪道，寬約116.8 m，堰頂高程139 m，最大泄洪能力6 240 m3·s-1。調(diào)查顯示，溢洪道原寬度為76 m，為提高溢洪道泄洪能力，2011年對溢洪道進(jìn)行了改造，拆除2 扇弧形閘門且再向左岸山體延伸，共拓寬40.8 m，使溢洪道從原來的76 m寬擴(kuò)至116.8 m。

2012年8月5—6日，潭口水庫水位從5日08時的135.63 m漲至6日06時10分的146.30 m，22 h陡漲超過10 m，超設(shè)計(jì)洪水位1.23 m；最大入庫流量4 589 m3·s-1，約為300 a一遇；最大出庫流量4 050 m3·s-1。

分析上述調(diào)查結(jié)果表明，2011年溢洪道改造增加了溢洪道過水?dāng)嗝?，提高了溢洪道的泄洪能力，但同時增加了庫區(qū)下游的防洪壓力，增加了本線路設(shè)計(jì)170號塔的洪水暴露度。

1.2.3 降水情況

降水資料包括歷史資料和災(zāi)害發(fā)生時段內(nèi)的降水情況。資料范圍包括氣候特征相似的鄂西北整個區(qū)域。

(1)調(diào)查資料。包括：鄂西北范圍內(nèi)256個鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站2012年8月4日20時—8月6日20時逐時雨量；鄂西北14個國家氣象站1961—2012年逐年1、2 d最大降水量以及2012年8月4—6日逐日降水量(20—20時)。

(2)降水重現(xiàn)期推算。2012年8月4—6日(20—20時)鄂西大部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，中心位于丹江口南部、房縣東北部、谷城西南部、?？当辈亢褪叱菂^(qū)東南部，中心最大值(458 mm)出現(xiàn)在丹江口孤山村，次大值(413.2 mm)出現(xiàn)在谷城白水峪(圖6)。

圖6 2012年8月4日20時—6日20時鄂西北全區(qū)(a)以及部分區(qū)域(b)累計(jì)雨量分布(單位:mm)Fig.6 Distribution of cumulative rainfall(unit:mm)in(a)Northwest Hubei Province and(b)some regions from 20:00 BT 4 to 20:00 BT 6 August 2012.

由于區(qū)域自動氣象站資料年代較短，無法直接對降水量頻率進(jìn)行估算，故采用區(qū)域頻率分析法(陳元芳等，2001；2012)，將鄂西北作為一個區(qū)域，以其范圍內(nèi)國家級自動站氣象資料為基礎(chǔ)，建立長年代資料序列。利用耿貝爾極值方法計(jì)算鄂西北國家氣象站降水頻率，得出鄂西北1、2 d 的降水量頻率。將此次過程區(qū)域自動氣象站降水量與之比較，北河流域上游2 d最大降水量出現(xiàn)在房縣站(Q2503)，降水量為287.1 mm，南河流域白水峪站(Q3402)413.2 mm降水量超過百年一遇(葉麗梅等，2018)。潭口水庫附近有3個分布較均勻的區(qū)域自動站(Q3409、Q3410、Q3412)，采用算術(shù)平均法求面雨量，面雨量值為102 mm。

綜上分析表明，“8·6”倒塔事故最初的觸發(fā)因子是2012 年8 月4—6 日谷城潭口水庫庫區(qū)強(qiáng)降水過程(以下簡稱“12·8”暴雨洪澇過程)。由于此次暴雨洪澇過程持續(xù)時間短、強(qiáng)度大、造峰速度快，導(dǎo)致庫區(qū)洪水暴漲。2011年因溢洪道改造，致使本應(yīng)從溢洪道右岸漫壩流出的漂浮物，其出流方式發(fā)生改變，使之向左岸傾泄。

2 對造成倒塔事故的洪澇災(zāi)害過程的反演模擬

2.1 不同情境下的洪澇淹沒模擬

本文應(yīng)用武漢區(qū)域氣候中心與中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)聯(lián)合開發(fā)的暴雨洪澇淹沒模型(章國材，2012)，分別對不考慮和考慮外洪兩種情境對“12·8”暴雨洪澇過程進(jìn)行淹沒區(qū)域論證。該模型為二維水動力模型，自2010年以來廣泛應(yīng)用于洪水演進(jìn)模擬、洪水動態(tài)風(fēng)險評估、洪澇風(fēng)險區(qū)劃等方面的研究，其相關(guān)應(yīng)用結(jié)果表明，該模型適用于湖北省洪澇模擬研究(章國材，2012；李蘭等，2013a；葉麗梅等，2016a，2016b；李蘭等，2017；汪濤和葉麗梅，2018)。

2.1.1 不考慮上游來水影響的暴雨洪澇淹沒

由于“12·8”暴雨洪澇過程雨量超過致災(zāi)臨界氣象條件，僅考慮當(dāng)?shù)亟邓坑绊?，?yīng)用暴雨洪澇淹沒模型，使用谷城范圍內(nèi)區(qū)域氣象站2012年8月5日04時—6日04時逐時降水?dāng)?shù)據(jù)模擬暴雨洪澇過程，其結(jié)果見圖7。從中看到，主要淹沒區(qū)位于河道兩岸的低洼區(qū)，其淹沒水深大部在0.5～3.0 m，而鐵塔的淹沒水深小于5 cm。這表明不考慮外圍洪水，當(dāng)?shù)貜?qiáng)降水對鐵塔造成的淹沒影響較小。

圖7 2012年8月5日04時—6日04時谷城淹沒水深模擬圖(單位:m)Fig.7 Simulation of the submerged depth(unit:m)over Gucheng from 04:00 BT 5 to 04:00 BT 6 August 2012.

2.1.2 考慮上游來水影響的暴雨洪澇淹沒

8 月4—6 日谷城境內(nèi)山洪暴發(fā)，河流、水庫、山塘水位陡漲，位于潭口水庫上游的北河水文站最大洪峰流量的重現(xiàn)期超500 a 一遇，潭口水庫入庫洪峰流量為300 a 一遇。潭口水庫庫區(qū)水位由5 日08∶00 的135.63 m漲至6日06∶10的146.30 m，以潭口水庫最大出庫流量4 050 m3·s-1作為輸入數(shù)據(jù)，利用暴雨洪澇淹沒模型對其漫壩泄洪造成的洪水淹沒演進(jìn)過程進(jìn)行模擬。為了更好地跟蹤洪水淹沒路徑，模型設(shè)置間隔0.6 min輸出一次淹沒水深數(shù)據(jù)，模擬時長共1 h。

(1)洪水淹沒空間分布。從不同時次淹沒的水深空間分布形態(tài)看，淹沒范圍隨時間變化而加大，在淹沒2.4 min前，淹沒水深大多在0.2～2.0 m之間；2.4 min后，淹沒水深大多在2.0 m以上(圖8)。從淹沒演進(jìn)路徑看，洪水從潭口大壩向170號塔及兩側(cè)蔓延，泄洪后4.2 min到達(dá)該鐵塔。與現(xiàn)場調(diào)查淹沒范圍對比分析可知，模擬的淹沒區(qū)域與現(xiàn)場調(diào)查的淹沒區(qū)域(圖1)較為一致。

圖8 模擬的潭口水庫泄洪后不同時間(a.0.6 min；b.1.2 min；c.1.8 min；d.2.4 min；e.3 min；f.18 min)的淹沒水深分布(單位:m)Fig.8 Distribution of the simulated inundation depth(unit:m)at(a)0.6 min,(b)1.2 min,(c)1.8 min,(d)2.4 min,(e)3 min and(f)18 min after Tankou reservoir flood discharge.

(2)洪水淹沒演進(jìn)。為了更好地跟蹤“12·8”暴雨洪澇過程170 號鐵塔的洪水淹沒演變，提取該鐵塔周圍各淹沒時長(時間分辨率為0.6 min，共100 個時次)的淹沒水深值(圖9)。從中看到，洪水在潭口水庫泄洪后4.2 min 到達(dá)鐵塔，此時鐵塔淹沒水深為0.082 m。此后，隨著淹沒時間推移，鐵塔淹沒水深不斷加深，當(dāng)淹沒時長達(dá)到1 h(第100個輸出結(jié)果數(shù)據(jù))，鐵塔淹沒水深高達(dá)5.9 m。

圖9 2012年8月6日谷城170號塔淹沒水深(單位:m)隨淹沒時長(單位:min)的變化Fig.9 Variation of submergence depth(unit:m)of the tower 170 in Gucheng with submergence duration(unit:min)on 6August 2012.

利用GIS 工具，計(jì)算得到“12·8”暴雨洪澇過程不同淹沒時刻的淹沒水深段的面積見表2?？傮w看，隨著淹沒演進(jìn)，各水深段淹沒面積不斷擴(kuò)大，但不同水深段淹沒面積增長速度不一，其中高水位段(≥3 m)淹沒面積增長速度最快?！? m 的淹沒水深段1 h 淹沒面積增大了211.89 hm2而其余水深段淹沒面積增大40.31～81.08 hm2。故當(dāng)洪水暴發(fā)時，高水深段的淹沒范圍擴(kuò)大較快。

表2 2012年8月6日谷城170號塔周圍不同水深段的淹沒面積(單位:hm2)隨時長變化Table 2 Variation of the inundated area(unit:hm2)of different water depth sections around the tower 170 in Gucheng with duration on 6 August 2012.

(3)洪水卷挾物路徑分析。考慮到谷城縣土地利用類型以林地為主，本文利用GIS工具，將“12·8”暴雨洪澇過程林地數(shù)據(jù)和淹沒水深分布數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，得到林地淹沒水深分布圖(圖略)。北河上游至潭口水庫兩岸林地的洪水淹沒水深在3 m 以上，即當(dāng)北河上游地區(qū)發(fā)生山洪，河堤漫壩，洪水沖垮河道兩岸的樹木，洪水?dāng)y帶樹木漂浮物順著洪水路徑向下游飄去，對下游的170號鐵塔有撞擊破壞的作用，導(dǎo)致整塔屈服傾倒。

2.2 致災(zāi)過程動態(tài)變化分析

“12·8”暴雨洪澇災(zāi)害呈現(xiàn)災(zāi)害鏈特征，致災(zāi)因子具有多重性和復(fù)雜性，包括降水、洪水和卷挾物致災(zāi)。應(yīng)用暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險普查、旱澇災(zāi)情土壤飽和閾值法成果(李蘭等，2013b)，結(jié)合170號塔倒塔受災(zāi)時的雨量、流量，繪制出此次災(zāi)害過程調(diào)查結(jié)果的示意圖(圖10)。

圖10 湖北谷城“8.6”倒塔事故與“12·8”暴雨洪澇災(zāi)害調(diào)查結(jié)果示意圖Fig.10 Schematic diagram of investigation results for the"8.6"tower collapse accident and the"12.8"flood disaster induced by rainstorm in Gucheng of Hubei Province.

從圖10 中可見，“8.6”倒塔事故與“12·8”暴雨洪澇災(zāi)害初始致災(zāi)因子均為強(qiáng)降水，當(dāng)強(qiáng)降水發(fā)生到一定的閾值時，地面形成漬澇，鄂西北降水量為75 mm(葉麗梅等，2018)；當(dāng)降水強(qiáng)度持續(xù)增大時，引發(fā)了山洪、中小河流洪水，本案例調(diào)查的降水量和流量閾值分別為185 mm和2 470 m3·s-1；隨著降水量以及流量的逐漸加大，便出現(xiàn)河網(wǎng)漫頂、潰口，水庫開始泄洪，在摧毀洪水路徑上承災(zāi)體的同時，也造成承災(zāi)體隨水流移動，引發(fā)樹木、草皮、建筑構(gòu)件等“承災(zāi)體流”，而這些“承災(zāi)體流”對河道上的泄洪系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅，當(dāng)遇到河道拐彎處、河流交叉處時，這些體積碩大的物質(zhì)產(chǎn)生堆積，并被巨大的水流沖擊到岸上，對沿岸建筑產(chǎn)生破壞。

3 總結(jié)與討論

本文采取現(xiàn)場調(diào)查、資料調(diào)查與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，對2012 年8 月6 日引發(fā)輸電線路上谷城170號鐵塔倒塌事故與暴雨洪澇影響進(jìn)行了調(diào)查與分析論證，其主要結(jié)論如下：

(1)采用從災(zāi)害現(xiàn)場入手的由果及因的調(diào)查分析方法，梳理了170 號鐵塔倒塌的致災(zāi)成因。此次倒塔事故呈現(xiàn)明顯的災(zāi)害鏈?zhǔn)絺鬟f特征，170 號塔受損的直接原因是塔前形成巨大堆積物，而誘發(fā)此次事故的致災(zāi)因子首先是強(qiáng)降水及其引發(fā)的超百年一遇的北河洪水，洪水的巨大沖擊力使行洪路徑上的樹木、房屋、橋梁等承災(zāi)體受損，成為隨洪水一起向下游流動的卷挾物，洪水?dāng)y帶的卷挾物在塔前堆積并遭受其撞擊，最終導(dǎo)致倒塔。

(2) 從可監(jiān)測、可預(yù)報的最初誘發(fā)因子強(qiáng)降水入手，由因及果對災(zāi)害發(fā)生過程進(jìn)行模擬論證表明，淹沒水深大部在0.2～2.0 m之間，北河上游至潭口水庫兩岸林地洪水淹沒水深在3 m以上，洪水在潭口水庫泄洪后4.2 min 到達(dá)鐵塔，1 h 后鐵塔的淹水深達(dá)5.9 m；模擬的淹沒區(qū)域隨時間不斷擴(kuò)大，與現(xiàn)場調(diào)查的淹沒區(qū)域基本一致。

(3)潭口水庫溢洪道左岸被拓寬導(dǎo)致鐵塔相對于洪水風(fēng)險的暴露度發(fā)生變化，加劇了鐵塔受洪水的影響程度。當(dāng)鐵塔等重要輸變電設(shè)備周圍環(huán)境發(fā)生變化時，需要對鐵塔等重要輸變電設(shè)備重新進(jìn)行風(fēng)險評估。

(4)隨洪水而至的卷挾物直接致災(zāi)是本次調(diào)查獲得的一個重要認(rèn)識，而在分析過程中，也看到除類似本案例直接在塔前堆積致災(zāi)外，卷挾物可能堵塞河、庫排洪系統(tǒng)，從而對中小河流、山洪等的流量、峰現(xiàn)時間估算產(chǎn)生影響。因此，定量評估洪水路徑上卷挾物致災(zāi)風(fēng)險，不僅是電網(wǎng)洪澇災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估中產(chǎn)生的新問題，也是開展暴雨災(zāi)害調(diào)查、風(fēng)險評估與預(yù)警不容忽略的問題。