崔弘毅編譯

（國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州310014）

Taum Sauk抽水蓄能電站上庫面板堆石壩因發(fā)生漫頂導(dǎo)致潰決事件后，立即啟動了應(yīng)急管理系統(tǒng)，挽救了下游的小鎮(zhèn)。其應(yīng)急管理體系非常完善，技術(shù)非常先進、成熟，值得國內(nèi)電站借鑒。但潰壩事故對當(dāng)?shù)氐纳鐣?、?jīng)濟、環(huán)境等還是造成了很大的影響，損失慘重。新水庫重建后，在未來的運行管理中，應(yīng)積極吸取教訓(xùn)，避免重蹈覆轍。

1 應(yīng)急預(yù)案

Taum Sauk電站失事前，其應(yīng)急預(yù)案的最新版為2003年1月版，最近的一次年度更新于2005年8月24日提交完成。

1.1 告知流程圖

應(yīng)急預(yù)案中包括兩個告知流程圖：上水庫失事的告知流程圖和下水庫失事的告知流程圖。上水庫失事預(yù)案要求失事后立即通知Johnson's Shut-Ins公園的管理者，并立即讓電站的工作人員分頭通知在下水庫劃船的游客和露營者。之后，應(yīng)馬上電話通知當(dāng)?shù)氐南啦块T、當(dāng)?shù)卣I(lǐng)導(dǎo)人、業(yè)主Ameren UE、聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）和國家天氣服務(wù)中心（National Weather Service，NWS）。下游失事的通知流程和上游相似，但不用通知公園的管理者，因為公園在上游，下水庫失事對公園沒有影響。

應(yīng)急預(yù)案中包括水庫下游每一位失事時需要安排疏散的居民的名字、地址和電話等。當(dāng)?shù)叵啦块T會分成3個小組，分別去通知這些居民。具體見圖1。

1.2 險情發(fā)現(xiàn)

應(yīng)急預(yù)案還包括險情發(fā)現(xiàn)和評估。險情發(fā)現(xiàn)：（1）由電站人員和保安人員直接發(fā)現(xiàn)；（2）由Taum Sauk電站安裝的儀器系統(tǒng)和位于遠端Osage電站的控制儀器報警發(fā)現(xiàn)險情（Osage電站和Taum Sauk抽水蓄能電站都屬于Ameren UE，Osage電站通過微波系統(tǒng)遠程控制Taum Sauk電站的運行），或由負荷分配辦公室發(fā)現(xiàn)；（3）由從媒體獲得的即時天氣情況及天氣預(yù)報推測。電站工作人員和保安人員工作時間為7∶00～18∶30，有電站管理人員住在現(xiàn)場。同時，通過Shut-Ins公園觀察到的高速水流和泥石流可以推斷異常滲漏和失事征兆。

1.3 淹沒圖

上水庫和下水庫都有各自的失事流程圖，制作于1988年。

（1）上水庫淹沒圖

圖1 EAP通知流程圖Fig.1 EAP notification flow chart

假設(shè)上庫西段壩坡失事，以此確定淹沒區(qū)域。假定大壩失事由滲漏量增大而引起，始于擋水墻潰決，啟動應(yīng)急預(yù)案。滲漏開始0.5 h后，擋水墻潰決，泄水量達127.35 m3/s，15 min后，泄水到達北高速公路和Shut-Ins公園之間的河灘。隨后0.5 h內(nèi)，第一塊面板潰決，泄水量達396.2 m3/s。2 h后，另外的面板也出現(xiàn)潰決，水庫放空，最大泄水量達849 m3/s。最終的決口底寬18.29 m，頂寬73.15 m，決口與底邊成45°角，見圖2。最大泄水量849 m3/s和1986年Black河的洪水流量相當(dāng)。下水庫應(yīng)該能容納大部分泄水。

圖2 預(yù)計決口示意圖Fig.2 Sketch drawing of the dam breach

從決口開始，泄水路徑分為4段：（1）泄水從大壩下泄2743.2 m，經(jīng)過長滿小樹林的山坡，到達Brown河的東支流；（2）泄水經(jīng)過高程1524 m的北高速公路和Shut-Ins公園間的河灘；（3）泄水經(jīng)過Shut-Ins公園的野營地和狹窄的峽谷；（4）泄水經(jīng)過213.36 m長的支流，進入下庫。

上水庫的淹沒圖不包括泄水的到達時間和最大泄洪量的出現(xiàn)時間。

應(yīng)急預(yù)案也沒有考慮上水庫北面或東面壩坡潰決的泄水路線，因此淹沒圖中沒有相應(yīng)的淹沒區(qū)域范圍。若上水庫北面或東面潰決，泄水將經(jīng)過Black河最終流入下水庫，對在下水庫娛樂休閑的人們構(gòu)成威脅。

（2）下水庫淹沒圖

假設(shè)下庫大壩忽然發(fā)生潰決，潰決部分為從高程228.6 m的壩頂至高程219.456 m的廊道底部，潰壩最大泄水量為1415 m3/s。下游河道很寬，在距大壩457.2 m處，河道寬度達304.8 m，在其下游到Lesterville鎮(zhèn)的4.73 km中，河道寬度不斷變大。Lesterville鎮(zhèn)下游，河道受到公路填方和鋼筋橋的限制。在鋼筋橋下游1.61 km處，東支流和Black河的中段支流匯合，最終，河水流向美國工程兵團的凈水庫，距下水庫約16.1 km。

下庫潰壩15 min后，將有建筑物受到影響。泄水將在1 h內(nèi)到達Lesterville鎮(zhèn)，到達鎮(zhèn)中的鋼筋橋之前，洪水將對約25座建筑物造成影響。橋下游0.4 km處是夏季休養(yǎng)營地。

1.4 培訓(xùn)和練習(xí)

水庫運營人員每年都接受應(yīng)急預(yù)案的相關(guān)培訓(xùn)?；诖髩螡Q的假設(shè)，電站監(jiān)管者每年都會進行應(yīng)急預(yù)案演習(xí)，同樣，通知流程中Ameren UE的員工和應(yīng)急響應(yīng)人員（如Reynolds郡的治安官、Les?terville鎮(zhèn)消防部門、NWS等）也會參與演習(xí)。演習(xí)開始前，會預(yù)先通知參與者這只是演習(xí)。演習(xí)目的是保證Osage和Taum Sauk電站的運營操作人員清楚警報并能遵守其內(nèi)部流程，以及Taum Sauk電站的監(jiān)管者和被指定人員能根據(jù)險情推進告知流程。演習(xí)之后，電站監(jiān)管人會電話通知所有參與者，對流程進行評估。

Ameren UE讓Osage和Taum Sauk電站交替進行功能演練。Taum Sauk電站最后一次功能演練是在1998年5月。Osage電站上次功能演練是在2003年，Taum Sauk下次功能演練計劃在2008年。（注：功能演練是指針對某項應(yīng)急響應(yīng)功能或其中某些應(yīng)急響應(yīng)行動舉行的演練活動，主要目的是針對應(yīng)急響應(yīng)功能，檢驗應(yīng)急人員以及應(yīng)急體系的策劃和響應(yīng)能力。年度演習(xí)往往用來檢測一種特別的操作或某機構(gòu)的功能，提供操作、使用新裝備的訓(xùn)練等，這是大多數(shù)部門比較熟悉的方式。）

2 應(yīng)急響應(yīng)

2.1 Ameren UE關(guān)于2005年12月14日應(yīng)急預(yù)案啟動和協(xié)調(diào)的論述

Ameren UE提供了當(dāng)時險情發(fā)現(xiàn)、應(yīng)急預(yù)案啟動和協(xié)調(diào)的詳細資料，見表1。

表1 Ameren UE的應(yīng)急響應(yīng)Table 1:Emergency actions of Ameren UE

Ameren UE聲明，應(yīng)急預(yù)案實施過程中沒有重大問題。

2.2 Reynolds郡的應(yīng)急響應(yīng)

早上5∶41，Reynolds郡911調(diào)度員接到一個騎摩托車的路人的電話，說在北高速公路發(fā)現(xiàn)高速水流，調(diào)度員馬上電話Lesterville鎮(zhèn)消防部門和Reyn?olds郡治安官，告知他們這一情況。諷刺的是，Taum Sauk電站的年度演習(xí)定在這一天，調(diào)度員詢問郡治安官這是否是演習(xí)的一部分，郡治安官回復(fù)說不會在這個時候開始演習(xí)并建議調(diào)度員準備一份應(yīng)急預(yù)案，隨時備用。

Reynolds郡人員開始緊急聯(lián)系。Lesterville鎮(zhèn)消防部門聯(lián)系了Taum Sauk電站的監(jiān)管人員。

7∶00，決定關(guān)閉Lesterville學(xué)校用來作為避難所，美國紅十字人員和救世軍（基督教的一種傳教組織，編制仿部隊形式）到現(xiàn)場提供救助服務(wù)。Ameren UE還租了一個當(dāng)?shù)氐穆灭^作為另一個避難所。隨著NWS宣布下水庫下游可能出現(xiàn)洪水，應(yīng)急響應(yīng)人員開始挨家挨戶疏散居民。Reynolds郡治安官說，疏散不是強制性的。

中午，直升機到場巡視受災(zāi)區(qū)域，搜尋是否還有其他需要援助的潰壩受害者。

因洪水毀壞，關(guān)閉北高速公路。K高速公路和49高速公路受到洪水威脅，部分關(guān)閉。Shut-Ins公園的露營地、游樂場和浴室都被嚴重損壞。

圖3 Shut-Ins公園一片狼藉Fig.3 Turbidity at Johnson’s Shut-Ins

Reynolds郡治安官肯定了Ameren UE人員在應(yīng)急響應(yīng)前和行動中給予的合作：“他與Taum Sauk電站監(jiān)管人員進行了面談，并參加了年度演習(xí)以熟悉在應(yīng)急響應(yīng)行動中的角色。他很清楚淹沒圖的內(nèi)容，并認為其很有用。在前一次演習(xí)中，他提出讓Taum Sauk電站和郡治安辦公室保持無線電通訊暢通會大大提高緊急情況中的溝通效率，Ameren UE很快就照此準備了一套。”

圖4 Shut-Ins公園下游河道兩岸沖刷嚴重Fig.4 Scour and loss of riparian habitat below the Johnson’s Shut-Ins

圖5 下水庫大壩泥濘不堪Fig.5 Turbidity at lower dam

郡治安官也指出了應(yīng)急響應(yīng)中的一些問題：有2條911線路被淹沒在數(shù)百電話之中，接線員無法處理所有的打入電話。他估計當(dāng)天有600～800個打入電話。應(yīng)急行動中，因為人們無法第一時間聯(lián)系上當(dāng)?shù)鼐用?，他的辦公室接到大量報告人口失蹤的電話。隨著時間推移，失蹤人數(shù)慢慢減少，最后全部找到。

郡治安官也提到了NWS發(fā)出的基于下水庫潰壩假設(shè)的洪水警報：“事故發(fā)生不久后就能確定下水庫沒有潰壩危險，但洪水警報過了很久才被撤回。為響應(yīng)這洪水警報，應(yīng)急人員被派去挨家挨戶疏散下水庫下游的居民?！?/p>

郡治安官也提出了在處理相似緊急情況時可考慮的改進措施：建議采取某些早期預(yù)警系統(tǒng)，保證下游居民能及時收到通知，比如自動召集系統(tǒng)或警報，這在氣候溫暖的月份特別重要，因為那時Shut-Ins公園到處都是露營者。他同時指出，緊急情況發(fā)生時，應(yīng)和媒體保持單點聯(lián)系，這樣可避免記者接到群眾傳去的非專業(yè)信息。

2.3 NWS應(yīng)急響應(yīng)

NWS的應(yīng)急響應(yīng)情況見表2。

2006年1月12日，NWS內(nèi)部討論了這次事故和其應(yīng)急響應(yīng)。

他們指出，NWS在潰決發(fā)生1 h后才接到通知，這讓他們無法在第一時間向下游居民發(fā)出警報。

在參與了2003年Osage電站舉行的功能演練和2004年的年度演習(xí)后，他們與Taum Sauk電站監(jiān)管者的配合更加密切。

事故發(fā)生早期，很難接到Ameren UE的消息，他們只能做出發(fā)生了最壞情況的假設(shè)，即下水庫大壩也發(fā)生了潰決。后來，當(dāng)他們得到了更多信息，確定下水庫大壩沒有潰決危險時，他們降低了下游洪水位的預(yù)測值。

表2 NWS的應(yīng)急響應(yīng)情況Table 2:Emergency actions of NWS

3 事故對居民造成的人身傷害

清晨5∶15，上庫大壩發(fā)生潰決，此時大多數(shù)居民正在睡覺。洪水將公園監(jiān)管者的房子夷為平地，他和家人都在房子里。公園監(jiān)管者迅速爬到一棵樹上，但他的妻子和3個幼小的孩子（分別為5歲，3歲和7個月）則被沖到了離家400 m外的地方，援救人員花了1.5 h才找到他們。他們被掩埋在泥漿里，遭受了不同程度的挫傷。孩子們被送往圣路易斯的醫(yī)院接受治療，曾因體溫過低和呼吸問題被列為病危，但幾星期后，恢復(fù)狀態(tài)良好，順利出院。

北高速公路上一輛裝滿了鋅的卡車被洪水淹沒，司機爬上車頂避難，另一輛卡車和一輛轎車也被水淹沒了，司機都爬上了車頂避難。一間活動房、幾輛小轎車和一輛拖車則被水沖走。

另一戶居民的住宅則被洪水包圍，因為他們的住宅在一座小山上，所以住宅沒有進水，但附近的農(nóng)場則損失嚴重，有的柵欄被沖毀，到處都是泥漿和碎片。

圖6 公園監(jiān)管者的房子被洪水沖走Fig.6 State park superintendent’s former home

圖7 農(nóng)場到處都是泥漿和碎物Fig.7 Farmland with debris

由于應(yīng)急預(yù)案啟動及時，應(yīng)急人員反應(yīng)迅速，流程科學(xué)合理，此次潰壩沒有造成一例人員死亡，傷者也不是太多，值得欣慰。

4 事故對經(jīng)濟、環(huán)境等造成的影響

4.1 對地形地貌的影響

大壩潰決后，上下水庫之間約1.28 km2的區(qū)域直接受到泄水影響。泄水將Proffit山下182.88 m寬范圍內(nèi)的表層土壤全部沖至基巖。在Proffit山腳支流匯入East Fork Black河地區(qū)，山坡存在斷裂，大部分沉積物和來自潰壩的土石料沉積在此，形成沖積壩。此處的沉積物有大到直徑上米的漂石，也有小的細沙和粉土。來自上水庫的混凝土、鋼筋和土工膜襯砌也在沉積物中。據(jù)估計，水土流失和來自Proffit山坡及沉積物的原料轉(zhuǎn)移還將持續(xù)一段時間。Ameren UE擬建一系列臨時沉積物截留建筑，以阻止沉積物的轉(zhuǎn)移，直至其穩(wěn)定下來。下水庫上游建有倉壁式壩，原作用為攔截溪流中的碎石，此次潰壩事故中，許多沉積物也被其攔截下來。

4.2 對水質(zhì)的影響

數(shù)據(jù)顯示，濁流對水質(zhì)影響巨大。潰壩發(fā)生后，大的沉積物多數(shù)都留在了Shut-Ins公園區(qū)域內(nèi)，小的粘土粒子則懸浮在空中，種種跡象表明，這些懸浮粒子至少兩周后才會沉淀下來。如粘土粒子類的小粒子，粒子本身帶電，粒子之間相互排斥，為懸浮提供了條件。為減少下水庫的渾濁，2006年1月25～27日，Ameren UE使用了主成分為明礬的絮凝劑（主要用于飲用水處理）來去除粒子所帶電荷，以幫助其沉淀下來。若不使用絮凝劑，其懸浮時間將大大增加。另外，河道下游的懸浮粘土粒子很可能會漂浮到更下游的地區(qū)去。

4.3 對魚類的影響

由于潰壩事故，許多魚類都喪生了，幸免于難的魚群，大部分被沖入了下游的河灘。沉積物和碎石土改變了河道的結(jié)構(gòu)，摧毀了魚類的生息地。根據(jù)事故后的勘察推斷，大部分魚類被沖到了下水庫，幸存的魚類很可能不適應(yīng)新環(huán)境，環(huán)境將對其造成一定的影響。隨著水質(zhì)轉(zhuǎn)好，生息環(huán)境和食物源的改善，魚群會逐漸回游到受潰壩影響的河段?；蛟S需要幾年時間，魚類的多樣性才能逐漸恢復(fù)。

4.4 對森林的影響

潰壩事故發(fā)生前，Proffit山植被茂密。潰壩事故發(fā)生后，從上水庫潰決處到谷底平地以及Shut-Ins公園內(nèi)，超過101.17萬m2的植被遭到破壞。植被遭到破壞的另外一個原因是表層土被水沖走，因此，該區(qū)域若希望恢復(fù)到之前的森林覆蓋率，存在較大難度。除了植被遭到破壞的山區(qū)，公園內(nèi)的沼澤地區(qū)被沉積物覆蓋，最厚的沉積物覆蓋層超過1 m。

4.5 對野生動物的影響

Proffit山的闊葉樹林為許多野生動物提供了棲息地。山區(qū)的普通哺乳動物包括白尾鹿、叢林狼、山貓、赤狐、灰狐、浣熊、老鼠、兔子、臭鼬及松鼠等。2005年的調(diào)查顯示，Reynolds縣有125種鳥類，其中約29種棲息在山區(qū)。潰壩事故發(fā)生后，對受影響區(qū)域進行的環(huán)境調(diào)查顯示，有1只烏龜因洪水喪生，沒有關(guān)于其它陸地生物的報道，但是，對于轉(zhuǎn)移速度緩慢的動物，幾乎不可能逃出洪水的影響，大部分都被沖走或在激流中喪生。因為潰壩洪水，一部分陸生動物和鳥類失去了棲息地，由于樹木和水生植物遭到破壞，許多動物因此失去了食物源。

另外，由于激流沖刷，Proffit山形成了一條從大壩潰決處延伸至谷底的狹長地區(qū)，阻止了動物的正?；顒印Ｈ鐚︿叫?、松鼠、老鼠等動物來說，穿過這些只有基巖暴露在外的地區(qū)無疑是非常危險的，因此，這一地帶成了許多動物正?；顒愚D(zhuǎn)移的屏障。

因為潰壩事故，11種植物、7種鳥類、2種兩棲動物、2種昆蟲、2種哺乳動物和2種魚類受到嚴重威脅，被列入重點關(guān)注范圍。

4.6 對休閑娛樂業(yè)的影響

Taum Sauk工程位于郊區(qū)，其附近坐落有3個國家公園：Shut-Ins、Elephant Rocks和Taum Sauk山公園。每個公園都為游人提供了各式的休閑娛樂項目，如Shut-Ins公園提供了如露營、徒步、游泳等休閑項目，Elephant Rocks公園提供了徒步和參觀地質(zhì)奇觀等項目，Taum Sauk山公園內(nèi)可進行徒步和探險項目等。Taum Sauk工程范圍內(nèi)的其它休閑娛樂項目還包括在下水庫釣魚、野炊、露營、參觀上水庫、參觀博物館等。

潰壩事故發(fā)生后，Shut-Ins公園遭到嚴重損壞，河流發(fā)生變道、沉積物堆積、硬件設(shè)施被損毀，公園被迫關(guān)閉。類似的，通往上水庫、游客中心和博物館參觀的公路也被關(guān)閉；因為要監(jiān)測水質(zhì)和控制沉積物，下水庫也不能使用。Shut-Ins之前是最受歡迎的公園之一，每年吸引大約25萬游客。潰壩事故后，立即開始對公園的清理工作，希望2006年夏季之前完成。冬季，釣魚和露營活動最少，但春季和夏季會逐漸增多，如果到時候不能及時開放公園和下水庫等，則會對休閑娛樂業(yè)造成不利影響。

4.7 對交通的影響

潰壩洪水中攜帶的大量的污泥、碎石以及樹木堆積在北高速公路上，交通部門的員工及時到達現(xiàn)場并著手清理道路。橋梁部員工也到達洪水影響區(qū)域監(jiān)測橋梁情況。潰壩事故當(dāng)天，沒有路橋受損的報道。

5 結(jié)語

綜上所述，Taum Sauk上水庫潰壩事故對當(dāng)?shù)丨h(huán)境、經(jīng)濟等造成了巨大的損失，其中教訓(xùn)發(fā)人深思，應(yīng)引起警惕。待新水庫重建完成，在未來的運行管理中，應(yīng)注意加強以下環(huán)節(jié)：

（1）重視和加強大壩安全各責(zé)任部門間和部門內(nèi)部的溝通；

（2）原工程中，土石壩上的擋水墻是相對高危建筑，其風(fēng)險比其它環(huán)節(jié)高出很多，潰壩也是從擋水墻的潰決開始的。在今后的運行管理中，應(yīng)對風(fēng)險較高的環(huán)節(jié)給予更多的重視，確保其安全穩(wěn)定；

（3）運行中應(yīng)對儀器進行定期檢查、維護和保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題及時排除，避免儀器失效對電站構(gòu)成風(fēng)險。同時，應(yīng)注意避免過分依賴儀器或人工數(shù)據(jù)的風(fēng)險，應(yīng)更有效地應(yīng)用儀器和人工比對數(shù)據(jù)，為電站的安全運行服務(wù)?！?/p>

[1]Kevin S.Richards,P.E.,P.G.Lessons learned from the fail?ure of the Taum Sauk dam[C].USSD(United States Society on Dams)Annual Conference;2007.

[2]FERC Taum Sauk Investigation Team.Report of Findings on the Overtopping and Embankment Breach of the Upper Dam-Taum Sauk Pumped Storage Project,FERC No.2277[R].2006.

[3]FERC Independent Panel of Consultants(IPOC).Taum Sauk Upper Dam Breach FERC No.P-2277,Technical Reasons for the Breach of December 14,2005[R].2006.