張秀麗，楊 鴿

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，311122）

0 前言

2017年2月7日，美國奧洛維爾（Oroville）水庫主溢洪道泄槽局部發(fā)生破壞，之后5天內(nèi)事態(tài)迅速升級，最終導(dǎo)致18.8萬人緊急撤離，造成了惡劣的社會影響。在簡要介紹事件發(fā)生、發(fā)展以及最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，文章討論了該事件所暴露出的問題，再結(jié)合我國大壩安全管理的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，探討該事件帶來的啟示以及引發(fā)的思考。

1 奧洛維爾事件概況

1.1 工程概況

奧洛維爾水庫位于加利福尼亞州北部菲澤河（Feather River）上游、奧洛維爾市東部，于1968年建成投產(chǎn)。水庫庫容44億m3，正常蓄水位為900 ft，主要用于防洪、灌溉，兼有發(fā)電功能[1]。攔河大壩為心墻堆石壩，最大壩高234.7 m，壩軸線長2 109 m，是美國最高的大壩。

大壩右岸山體上布置有主溢洪道和非常溢洪道（如圖1所示）。其中主溢洪道采用正槽式布置，由進(jìn)水渠段、控制段、泄槽段、消能段組成。泄槽寬54.5 m、長930 m；865 ft高程以上混凝土28 d抗壓強(qiáng)度約為20 MPa，865 ft高程以下混凝土抗壓強(qiáng)度約為27 MPa；泄槽底板最小厚度為38 cm，采用灌漿錨桿錨固于地基上；泄槽底板下布設(shè)有排水網(wǎng)管，排水管直徑約15 cm；施工過程中對溢洪道地基進(jìn)行了清基和開挖[2]。非常溢洪道控制段為開敞式混凝土堰，堰頂高程901 ft；靠近大壩一側(cè)為實用堰，總長283.5 m，高15.24 m；遠(yuǎn)離大壩一側(cè)為寬頂堰，總長244 m。下游為自然山坡，未進(jìn)行開挖和襯護(hù)。

奧洛維爾水庫由加州政府投資修建，加州水務(wù)局（Department of Water Resources，DWR）負(fù)責(zé)運行管理，聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC）以及加州大壩安全部（ California Division of Safety of Dams，DSOD）負(fù)責(zé)監(jiān)管。

1.2 事發(fā)經(jīng)過

2017年1 月中旬起，奧洛維爾水庫水位保持在850 ft左右，即防汛調(diào)度要求的汛限水位[3]（如圖2所示）。2月2～4日，水庫入庫流量增大，為確保庫水位低于汛限水位，主溢洪道增大泄洪流量，至2月6日達(dá)到1 096 m3/s。

圖1 奧洛維爾大壩布置圖Fig.1 Aerial view of Oroville dam and Lake Oroville

圖2 奧洛維爾水庫水位及日平均出入庫流量過程線[8]Fig.2 Reservoir elevation,inflow and outflow of Lake Oroville

2月7日，主溢洪道下泄流態(tài)發(fā)生異常，當(dāng)日最大下泄流量為1 480 m3/s。停止泄洪進(jìn)行檢查時，首次發(fā)現(xiàn)主溢洪道混凝土泄槽出現(xiàn)沖刷破壞[4]，破壞位置距挑坎約300 m，距控制段約600 m。后續(xù)調(diào)查認(rèn)為，泄槽底板破壞最早始于樁號33+50 ft處（如圖3所示），此后，其下部的土體以及中高風(fēng)化巖石直接暴露于高速水流中，受到嚴(yán)重沖蝕，致使泄槽底板的破壞向上下游發(fā)展[5]。

2月8日，主溢洪道泄洪流量為300～566 m3/s，泄槽破壞區(qū)域擴(kuò)張到原區(qū)域的兩倍。

2月9日，主溢洪道的破損向上游發(fā)展約120 m左右后基本保持穩(wěn)定，泄洪流量被提高至990～1 270 m3/s，但此時庫水位已達(dá)890 ft。當(dāng)日晚8時，年度最大暴風(fēng)雨來襲，運行單位隨即提高主溢洪道的泄流量。同時，由于溢洪道破壞殘塊的堆積，海厄特水電站下游消力池的水位被壅高。為了避免水淹廠房，同時考慮到溢洪道破壞部位距離4號輸電鐵塔僅有30 m，DWR開始準(zhǔn)備啟用非常溢洪道輔助泄流[6]。

2月10日，主溢洪道泄洪量增大至1 560～1 840 m3/s。但受到前一日大量來水的影響，庫水位升高至899.4 ft，逼近非常溢洪道堰頂。泄槽沖刷破壞區(qū)域發(fā)展到91.4 m寬、152.4 m長、13.7 m深[7]。

2月11日，庫水位持續(xù)上漲，至早晨8時左右，庫水位超過非常溢洪道堰頂高程，非常溢洪道開始泄洪，最大下泄流量約360 m3/s[4]——這是工程投運49年以來非常溢洪道首次參與泄洪。

2月12日，非常溢洪道下游山體的沖刷逐步向混凝土溢流堰地基發(fā)展，且發(fā)展速度超出了原本預(yù)期。混凝土溢流堰一旦傾倒，將導(dǎo)致10 m深的庫水無控制地下泄。因此，加州政府對比尤特（Butte）、薩特（Sutter）和尤巴（Yuba）縣的居民發(fā)布強(qiáng)制撤離令。為減緩非常溢洪道的沖刷，主溢洪道的下泄流量增大至2 800 m3/s。當(dāng)晚8時，庫水位降至非常溢洪道堰頂以下，非常溢洪道停止泄洪。

2月13日起，開始對非常溢洪道進(jìn)行緊急修復(fù)，主溢洪道則仍持續(xù)泄洪，此時主溢洪道中下部位的左邊墻已經(jīng)沖毀，水流從泄槽左側(cè)分流并沖刷山體（如圖4所示）。

2月14日，庫水位持續(xù)下降，強(qiáng)制撤離令撤銷。至16日，下泄流量保持在2 800 m3/s左右。17日降低至2 100 m3/s。此后至23日，下泄流量保持在1 500～1 700 m3/s之間。24日，庫水位下降至849 ft，此后下泄流量一直保持在1 400 m3/s左右。至27日，庫水位下降至838 ft，主溢洪道下泄流量開始逐漸減小至0 m3/s[6]。

圖4 2月13日主溢洪道泄洪狀況Fig.4 Aerial view of service spillway on February 13,2017

1.3 后續(xù)工作

險情解除后，工程修復(fù)和事故調(diào)查工作隨即展開。

1.3.1 工程修復(fù)

工程修復(fù)工作由加州水資源部門（DWR）組織，聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）和加州大壩安全部（DSOD）負(fù)責(zé)監(jiān)管[9]。DWR召集了來自美國大壩安全官員聯(lián)合會（Association of State Dam Safety Officials，ASDSO）和大壩協(xié)會（United States Society on Dams，USSD）的5名技術(shù)專家組成獨立咨詢委員會（Independent Board of Consultants，BOC）對維修方案進(jìn)行審查[10]，同時邀請美國陸軍工程師兵團(tuán)（US Army Corps of Engineers，USACE）提供技術(shù)咨詢。施工單位通過招投標(biāo)確定，基威特基建公司（Kiewit Infrastructure West Company）以2.75億美金的報價中標(biāo)[11]。DWR提出的修復(fù)設(shè)計方案于6月初獲得BOC批準(zhǔn)[12]。

修復(fù)設(shè)計計劃將主溢洪道的設(shè)計泄流能力提高到7644m3/s（遠(yuǎn)超歷史最大出庫流量4530m3/s），以避免使用非常溢洪道泄流。具體地，主溢洪道方面（如圖5所示），將以符合現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的方式對控制段以下總長約480 m的上部泄槽進(jìn)行重建；對于此段以下的泄槽，首選的長期方案計劃采用混凝土或碾壓混凝土對受沖蝕的地基進(jìn)行填充，在此基礎(chǔ)上重建泄槽；如該方案無法按期（2017年11月1日前）完成，將在上部泄槽的底端采用碾壓混凝土加固，并對其后的沖坑進(jìn)行加固，形成“消力池”，以保證順利度過2017年冬汛期。非常溢洪道方面（如圖6所示），在溢流堰下游修建深入基巖的混凝土截墻以截斷地基沖蝕向上游發(fā)展的趨勢，計劃于2017年11月1日前完成；在現(xiàn)有溢流堰下游側(cè)填筑碾壓混凝土進(jìn)行加固；在溢流堰下游山體上填筑碾壓混凝土形成防沖蝕鋪蓋[13]。

圖5 主溢洪道修復(fù)方案Fig.5 Gated spillway remediation concepts

圖6 非常溢洪道修復(fù)方案Fig.6 Emergency spillway remediation concepts

圖7 非常溢洪道修復(fù)設(shè)計：截墻Fig.7 Emergency spillway remediation concepts:cutoff wall

1.3.2 事故調(diào)查

在FERC的要求下，DWR于3月15日成立了由6名專家組成的獨立調(diào)查小組（Independent Forensic Team，IFT），對事故發(fā)生的原因以及為何未能得到及時遏制進(jìn)行調(diào)查[10]。

IFT于5月5日發(fā)布了首份初步調(diào)查報告，羅列了24項可能造成主溢洪道破壞以及11項可能造成非常溢洪道破壞的因素，為維修計劃的制定提供參考[14]。IFT于9月5日發(fā)布了中期調(diào)查報告，正式發(fā)布了造成主溢洪道和非常溢洪道破壞的物理原因和設(shè)計施工因素，但尚未對人為和管理因素做出最終定論[5]。

2 奧洛維爾事件暴露的問題

本次事件暴露出了奧洛維爾大壩在設(shè)計施工和運行管理中的一系列問題。

首先，主溢洪道和非常溢洪道的設(shè)計缺陷以及施工失誤導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身存在“先天不足”。根據(jù)獨立調(diào)查結(jié)果[5]，主溢洪道設(shè)計存在的問題包括：混凝土底板下部排水管嵌入底板，導(dǎo)致排水管上部的混凝土厚度達(dá)不到要求（如圖8所示）；排水系統(tǒng)未設(shè)反濾且排水能力不足，導(dǎo)致基礎(chǔ)沖蝕和揚壓力增大，加之上部混凝土較薄，使其更易損壞；接縫缺少止水；基巖錨固深度偏淺以及配筋量不足（如圖9所示）；混凝土骨料粒徑相對較大。非常溢洪道的設(shè)計問題包括溢流堰下游消能不充分以及無抗沖刷保護(hù)措施。而在施工中，主溢洪道和非常溢洪道都存在基礎(chǔ)處理不到位、風(fēng)化料和土質(zhì)材料清理不徹底問題。

圖8 排水管嵌入底板，上部混凝土厚度≤17.78 cm（設(shè)計最小值要求為38 cm）Fig.8 Underdrains intrude into chute slab,reducing the thickness of concrete to 7 inches or less(compared to a design minimum thickness of 15 inches elsewhere)

圖9 底板錨固深度不足以及單層配筋Fig.9 Shallow rock anchorage of 5-foot embedment lengthand single top layer of nominal reinforcement bars

在運行管理中，日常巡查未能覺察到本質(zhì)安全問題，監(jiān)管單位的定期檢查未針對溢洪道進(jìn)行全面深入分析，導(dǎo)致缺陷未得到有效的處理。負(fù)責(zé)奧洛維爾水庫運行維護(hù)的DWR雖然一直都對工程例行年度檢查，但是檢查人員只是從遠(yuǎn)處對溢洪道進(jìn)行肉眼觀察，并沒有發(fā)現(xiàn)“可見”的問題[15-16]。而主溢洪道底板此前曾在泄洪中反復(fù)多次發(fā)生破損，但運行單位采取的處理措施僅為“局部修補(bǔ)破損部位”，并沒有深入分析問題的成因。負(fù)責(zé)監(jiān)管的FERC和DSOD雖然也定期對大壩進(jìn)行檢查[17-19]，但I(xiàn)FT的調(diào)查報告中指出：“自建成以來，沒有任何跡象表明曾對奧洛維爾大壩溢洪道泄槽進(jìn)行過全面深入的檢查”[5]。

而在緊急狀況下的水庫應(yīng)急調(diào)度失當(dāng)，直接導(dǎo)致了本次事件的發(fā)生。在本次事件中，運行人員錯誤估計了非常溢洪道的抗沖刷能力，未充分意識到溢流堰存在的傾覆風(fēng)險，錯誤地選擇了啟用非常溢洪道泄洪，從而直接導(dǎo)致了這一影響惡劣的18.8萬人大撤離事件。

此外，安全經(jīng)費投入不足，以致隱患未得到及時排除，也為此次事件埋下了伏筆。2005年，曾有環(huán)保組織向FERC發(fā)起動議，敦促其下令將奧洛維爾水庫的非常溢洪道泄槽改造為混凝土結(jié)構(gòu)。動議指出[20]，“非常溢洪道的巖土質(zhì)未襯砌泄槽不符合現(xiàn)行規(guī)范要求……洪水從非常溢洪道下泄時，會導(dǎo)致非常溢洪道的嚴(yán)重侵蝕，從而危及下游居民安全?！钡@一動議最終以“并無必要”為由被擱置，然而，美國多個媒體指出“沒有組織愿意承擔(dān)高達(dá)一億美元的費用才是改造工程被擱置的真正原因”[21-22]。

3 奧洛維爾事件的啟示

雖然我國大壩安全管理工作水平不斷提升，近年來已鮮有類似奧洛維爾事件這樣大規(guī)模的工程險情，但仍不能盲目樂觀。應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化安全意識、健全法律法規(guī)制度、提高技術(shù)能力，不斷提升大壩日常管理和應(yīng)急管理能力和水平。

3.1 提高日常管理能力和水平

奧洛維爾事件最初源于主溢洪道底板上規(guī)模不大的破損，后逐漸發(fā)展為導(dǎo)致18.8萬人撤離的重大事件，造成了高達(dá)5億美金的經(jīng)濟(jì)損失。這一事件再次敲響警鐘——大壩安全無小事！所有參與大壩設(shè)計、建設(shè)、運行、管理及監(jiān)管的單位和個人都應(yīng)時刻謹(jǐn)記大壩運行安全事關(guān)公眾生命和財產(chǎn)安全，不能有絲毫的懈怠。

作為責(zé)任主體的大壩業(yè)主應(yīng)加強(qiáng)大壩全生命周期安全管理，精心勘測設(shè)計施工，建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，保證大壩本質(zhì)安全；認(rèn)真做好日常檢查、維護(hù)消缺等大壩運行管理基礎(chǔ)工作，保證安全經(jīng)費投入，及時除險加固；大壩安全管理崗位應(yīng)配備懂技術(shù)、會管理的人員，深入了解和掌握大壩特點和薄弱部位、關(guān)鍵事項，有明白人做明白事，不盲目蠻干；應(yīng)編制大壩安全應(yīng)急預(yù)案，提高針對性和可操作性，發(fā)生險情時從容、正確應(yīng)對；應(yīng)高度重視泄洪消能設(shè)施安全，必須嚴(yán)格按照汛期調(diào)度運用計劃科學(xué)調(diào)度水庫，堅決杜絕為提高發(fā)電量無視調(diào)度方案的行為。

3.2 提高應(yīng)急管理能力和水平

奧洛維爾事件中，18.8萬人在24 h內(nèi)有序轉(zhuǎn)移和安置，展現(xiàn)了高效的應(yīng)急管理能力和極強(qiáng)的公眾危機(jī)應(yīng)對意識。反思國內(nèi)對類似突發(fā)事件的應(yīng)對，險情處置主要以地方政府屬地行政管理為主，但可能尚存在政府與相關(guān)企業(yè)職責(zé)和分工不清、聯(lián)動機(jī)制不完善的問題，同時缺少全面的宣傳教育和有效應(yīng)對機(jī)制，公眾應(yīng)對危機(jī)險情的處置意識淡薄。

因此，應(yīng)進(jìn)一步完善大壩應(yīng)急管理法規(guī)及規(guī)范體系，明晰政府與企業(yè)職責(zé)和分工，細(xì)化明確相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)的職責(zé)分工，構(gòu)建信息、物資、技術(shù)和人力資源等的共享機(jī)制等，為大壩業(yè)主應(yīng)急工作的組織和實施提供依據(jù)和指導(dǎo)。同時，應(yīng)強(qiáng)化對公眾安全風(fēng)險的宣傳教育，加強(qiáng)有效應(yīng)對機(jī)制的建設(shè)。

4 奧洛維爾事件引發(fā)的思考

隨著水電水利快速發(fā)展，新投運大壩越來越多。截至2017年9月底，國家能源局注冊登記（備案）大壩總數(shù)達(dá)到572座（占全國大壩總量的0.58%），裝機(jī)容量241 586 MW（占全國水電裝機(jī)總量75.6%），水庫庫容4 549億m3（占全國庫容總量53.0%），其中包括三峽、龍灘、水布埡、小灣、錦屏一級、糯扎渡等一批新投運的特大型水電站。雖然數(shù)量占比不大，但大多為高壩大庫，裝機(jī)規(guī)模大，是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

注冊登記（備案）大壩中，有建于20世紀(jì)50年代的，也有新投運的，中間經(jīng)歷過大躍進(jìn)、文革等歷史階段，建造質(zhì)量和運行性態(tài)差異大；投資主體多元化，除了傳統(tǒng)的七大發(fā)電和電網(wǎng)公司外，還有新建的股份制企業(yè)和民營企業(yè)；水電站大多遠(yuǎn)離城市，交通不便，技術(shù)和管理人才難留，工程建設(shè)質(zhì)量和大壩運行安全管理水平參差不齊；由于行業(yè)歸口、行政隸屬和利益關(guān)系等復(fù)雜原因，流域梯級水庫水電站群大壩運行安全信息共享機(jī)制缺乏，突發(fā)事件風(fēng)險預(yù)控、應(yīng)急處置更為復(fù)雜。

盡管大壩壩齡和工程質(zhì)量不同，大壩運行安全管理水平參差不齊，但一旦擋水就長期持續(xù)承載，并須經(jīng)受洪水、地震、地質(zhì)災(zāi)害、極端天氣等自然災(zāi)害的考驗，不可預(yù)見因素多。隨著國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，大壩運行安全事關(guān)人民生命財產(chǎn)安全、電網(wǎng)安全和環(huán)境生態(tài)安全，大壩運行安全的重要性日益凸顯，必須保證大壩全生命周期內(nèi)不發(fā)生潰壩、漫壩、水淹廠房等惡性事故。

多年的探索和實踐證明，目前我國水電站大壩安全管理的“現(xiàn)場檢查與遠(yuǎn)程管理相結(jié)合”的管理格局是行之有效的辦法。在國家大力提倡“互聯(lián)網(wǎng)+”的新形勢下，賦予了遠(yuǎn)程管理新的內(nèi)涵。無論是電力企業(yè)的日常管理，還是大壩中心的技術(shù)監(jiān)督管理，都可以實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)測成果的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控。所謂“在線監(jiān)控”是指對大壩監(jiān)測系統(tǒng)的在線管理、大壩運行性態(tài)的在線分析、發(fā)現(xiàn)問題或隱患的在線反饋，在此基礎(chǔ)上通過管理措施或工程措施，控制大壩安全隱患的發(fā)展。通過大壩安全日常巡查、年度詳查、定期檢查，加上在線監(jiān)控的手段，可大幅提高大壩運行安全管理的時效性和保障安全能力。

為了開拓“互聯(lián)網(wǎng)+大壩安全”的新局面，大壩中心正在努力推進(jìn)打造大壩運行安全監(jiān)督管理平臺，旨在實現(xiàn)：（1）國家能源局系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)管各方互動、電力企業(yè)主體責(zé)任與能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)監(jiān)管責(zé)任落實的互動；（2）建成大壩安全在線監(jiān)控平臺，形成有效的大壩安全風(fēng)險管控格局；（3）采用遠(yuǎn)程傳輸、現(xiàn)場監(jiān)視、無人機(jī)航拍等技術(shù)手段，加上災(zāi)害快速評估和分析能力的建設(shè)，建成大壩安全應(yīng)急技術(shù)支持平臺；（4）通過與水利部、國家防汛抗旱指揮部、國土資源部、國家地震局、國家氣象局等信息互通，獲取應(yīng)急管理實時數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)共享平臺。

5 結(jié)語

奧洛維爾水庫溢洪道破損事件最終導(dǎo)致下游18.8萬人緊急撤離，造成經(jīng)濟(jì)損失5億美金，社會影響惡劣。奧洛維爾事件暴露出該工程在設(shè)計施工中的問題導(dǎo)致其存在先天缺陷；在運行維護(hù)中，未對出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入全面檢查分析，且安全經(jīng)費投入不足，使得隱患未得到及時排除；在緊急狀況下，應(yīng)急調(diào)度失當(dāng)則直接導(dǎo)致了本次事件的發(fā)生。

雖然我國大壩安全管理工作水平不斷提升，鮮有類似奧洛維爾事件這樣大規(guī)模的工程險情，但仍不能盲目樂觀。同時，隨著一批超大型水電工程陸續(xù)投入運行、舊工程逐步老化以及外部自然、社會環(huán)境的變化，我國大壩安全管理仍不斷迎來新的挑戰(zhàn)。因此，在進(jìn)一步強(qiáng)化大壩安全意識的同時，應(yīng)響應(yīng)國家“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展理念，探索大壩安全在線監(jiān)控技術(shù)手段，豐富“現(xiàn)場檢查與遠(yuǎn)程管理相結(jié)合”的管理格局，積極利用科學(xué)技術(shù)提升管理能力和水平，應(yīng)對不斷涌現(xiàn)的新挑戰(zhàn)、新問題，切實保障大壩運行安全，防止類似奧洛維爾事件以及潰壩、漫壩、水淹廠房等惡性事故的發(fā)生。

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