周興波，周建平，杜效鵠

（1. 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120；2. 中國(guó)電力建設(shè)股份有限公司，北京 100048）

1 研究背景

2017年2月7—14日，受融雪、持續(xù)降水和暴風(fēng)雨等因素影響，位于加利福尼亞州菲澤河（Feather River）上的美國(guó)最高大壩——奧羅維爾壩（Oroville Dam）主溢洪道泄洪時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。由于奧羅維爾水庫(kù)水位急劇上升，工作人員停止泄洪并查明損壞部位和損壞情況后，再次啟用主溢洪道繼續(xù)泄洪，雖已控制下泄流量，但也使得沖刷破壞進(jìn)一步擴(kuò)大［1-3］。因?yàn)槿霂?kù)流量大，庫(kù)水位于2月11日8∶00達(dá)到應(yīng)急溢洪道堰頂高程，奧羅維爾壩建成以來(lái)應(yīng)急溢洪道首次自流漫頂。加利福尼亞州水資源部（Department of Water Resources，DWR）和比尤特縣（Butte County）治安官均通過(guò)官方媒體發(fā)布緊急疏散令，大壩下游區(qū)域約18.8萬(wàn)人緊急轉(zhuǎn)移［4］。這一重大事件再一次喚醒世界各國(guó)政府管理機(jī)構(gòu)、專家學(xué)者和工程師等相關(guān)人員對(duì)大壩安全管理的重視。隨著運(yùn)行齡期增長(zhǎng)，高壩大庫(kù)及泄水建筑物的安全問題至關(guān)重要。

截至2017年底，我國(guó)已建成各類水庫(kù)98 795座，大壩數(shù)量位居世界第一，其中大中型水庫(kù)4666座［5］。目前，全球已建在建200 m 及以上特高壩77座，我國(guó)占有23座；250 m 以上特高壩22座，我國(guó)占有10座。建設(shè)高壩大庫(kù)，增強(qiáng)河川徑流調(diào)節(jié)能力，提高河流水資源利用率，可在防洪抗旱、水力發(fā)電和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮更大的作用［6-9］。與此同時(shí)，奧羅維爾壩溢洪道事故也使得人們更清醒地認(rèn)識(shí)到，極端氣候、超強(qiáng)降水、破壞性地震、不良地質(zhì)災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)頻發(fā)，加之受限于人類的認(rèn)知水平導(dǎo)致設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量先天不足和運(yùn)行維護(hù)管理疏忽等，使得水庫(kù)大壩尤其是高壩大庫(kù)的安全管理面臨更大的挑戰(zhàn)。因此，系統(tǒng)研究奧羅維爾壩溢洪道事故過(guò)程，深入分析事故原因，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)我國(guó)水庫(kù)大壩安全管理和風(fēng)險(xiǎn)防控具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 奧羅維爾水電站概況

2.1 樞紐工程概況奧羅維爾壩于1967年建成，1968年投入使用。壩址以上流域面積9360 km2，多年平均降雨量1778 mm，年平均徑流量43 億m3，實(shí)測(cè)最大洪峰流量7530 m3/s。大壩按450 年一遇洪水設(shè)計(jì)，相應(yīng)流量12 460 m3/s，最大可能洪水PMF相應(yīng)流量20 388 m3/s。奧羅維爾壩建成之前曾有3次特大洪水記錄［10］：1907年由于異常高溫天氣導(dǎo)致的積雪融化和強(qiáng)降雨，奧羅維爾壩址洪峰流量達(dá)6513 m3/s；1955年12月，同樣的原因?qū)е潞榉辶髁窟_(dá)5750 m3/s，此次洪水造成了嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡；1964 年12 月，奧羅維爾地區(qū)出現(xiàn)高強(qiáng)度暴風(fēng)雨，連續(xù)超強(qiáng)降雨近60 d，最大降雨量達(dá)330 mm，最大洪峰達(dá)7080 m3/s。

樞紐工程包括大壩、主溢洪道、應(yīng)急溢洪道、左岸地下廠房（Hyatt廠房）及菲澤河孵魚場(chǎng)等，樞紐布置見圖1［11］。水庫(kù)總庫(kù)容43.6億m3，防洪庫(kù)容34.3億m3，死庫(kù)容0.365億m3。大壩為黏土心墻堆石壩，最大壩高234.7 m，壩頂長(zhǎng)2110 m，壩頂寬15.4 m，上游壩坡2.6∶1 ～2.75∶1，下游壩坡2∶1，壩體體積約593.44萬(wàn)m3，壩體斷面示意圖見圖2［13］。壩頂高程281 m，最高運(yùn)行水位274.32 m，防洪高水位（Min Flood Control Elevation）258.62 m，死水位103.63 m。電站裝機(jī)容量84.1萬(wàn)kW，年發(fā)電量1490 GWh。泄洪設(shè)施包括主溢洪道和應(yīng)急溢洪道，最大泄洪能力17 700 m3/s。主溢洪道位于右壩肩山體上，為裝有8扇5.4 m×10.1 m弧形閘門的泄洪閘，后接長(zhǎng)約930 m的襯砌式泄槽，泄槽末端設(shè)置挑流鼻坎，主溢洪道堰頂高程為248.0 m，設(shè)計(jì)流量7843.77 m3/s；應(yīng)急溢洪道位于主溢洪道右側(cè)，為無(wú)閘門混凝土溢流堰，堰頂高程274.62 m，比最高運(yùn)行水位（高程274.32 m）高0.3 m，堰頂寬570 m，設(shè)計(jì)流量9910.90 m3/s［11-14］。

大壩坐落在變質(zhì)火山巖層上，壩基巖體主要為角閃巖，并含有大量方解石、石英、綠簾石、石棉及黃鐵礦巖脈，巖性堅(jiān)硬致密，但也存在由中到大的裂隙。在大壩設(shè)計(jì)中，壩址附近未發(fā)現(xiàn)有活動(dòng)斷裂，根據(jù)當(dāng)時(shí)地震危險(xiǎn)性分析資料開展了大壩地震模型試驗(yàn)，研究采取了下列抗震措施：（1）清除覆蓋層（厚度18 m）以防止地基發(fā)生液化；（2）壩殼和心墻之間的過(guò)渡區(qū)采用級(jí)配良好的砂礫石；（3）心墻材料有一定的可塑性以防止產(chǎn)生裂縫；（4）增加壩頂超高［15］。

圖1 奧羅維爾樞紐工程布置［11］

圖2 奧羅維爾壩斷面［13］

2.2 大壩建成后的歷次重大事件

2.2.1 1975年地震 1975年8月1日，距離奧羅維爾壩西南方向12 km處發(fā)生5.7級(jí)地震，除Hyatt電廠停止運(yùn)行45 min外，奧羅維爾壩未受太大影響，一些設(shè)施受到局部或微小破壞，但都得到及時(shí)修復(fù)［16］。地震中，奧羅維爾壩地震加速計(jì)測(cè)得垂直于河流方向的峰值加速度為0.09g，順河流方向的峰值加速度為0.13g。在經(jīng)受5.7級(jí)地震后，大壩按6.5級(jí)地震重新進(jìn)行了安全評(píng)估。

2.2.2 1986年洪水 1986年2月中旬，加州冬季出現(xiàn)持久而強(qiáng)烈的暖濕氣流，并伴隨較大范圍的強(qiáng)降雨。據(jù)加州DWR記錄，共有187個(gè)水文站報(bào)告了10 d內(nèi)有記錄以來(lái)的最大降水量，其中有10個(gè)水文站2月17日24 h的降水量超過(guò)254 mm，Brush Creek水文站2月16—18日3日累計(jì)降水達(dá)458.47 mm。這次降水導(dǎo)致菲澤河出現(xiàn)奧羅維爾壩建成以來(lái)的最大洪水記錄，主溢洪道泄流量首次達(dá)到4250 m3/s，最大入庫(kù)流量達(dá)7545 m3/s，2月19日3∶00庫(kù)水位達(dá)到269.01 m，庫(kù)水位變化過(guò)程見圖3［17］。

圖3 1986年2月12日至3月16日庫(kù)水位變化過(guò)程

2.2.3 1997年洪水 1996年12月至1997年1月，暴風(fēng)雨現(xiàn)象再次引發(fā)降水過(guò)程［18］。USC00041159水文站和BRS 水文站兩周降水量分別達(dá)到541.1 和965 mm，這是菲澤河流域有記錄以來(lái)的最大降水量，再疊加積雪融化的洪水，奧羅維爾水庫(kù)遭受極大威脅。據(jù)加州DWR 資料［19］，此次洪水過(guò)程于1997年1月1日達(dá)最大入庫(kù)流量7766 m3/s，1月2日達(dá)最大出庫(kù)流量3660 m3/s，入庫(kù)和出庫(kù)流量過(guò)程見圖4。1996年12月31日5∶00庫(kù)水位超過(guò)防洪高水位，1月3日庫(kù)水位上漲至最高水位270.42 m，超過(guò)1986年的最高水位269.01 m，刷新了奧羅維爾水庫(kù)的運(yùn)行最高水位記錄，水庫(kù)庫(kù)容達(dá)到41.2億m3；1月11日庫(kù)水位回落至防洪高水位，庫(kù)水位變化過(guò)程見圖5。

圖4 1996年12月26日至1997年1月16日入庫(kù)出庫(kù)流量變化過(guò)程

圖5 1996年12月30日至1997年1月18日庫(kù)水位變化過(guò)程

2.2.4 2005 年FERC 的再次許可 經(jīng)美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC）批準(zhǔn)，自2003 年起，加州DWR對(duì)大型水利水電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級(jí)加固，奧羅維爾水電工程在列。在完成此項(xiàng)工作的同時(shí)，還開展了環(huán)境影響評(píng)價(jià)、水質(zhì)認(rèn)證和洪水管理等大量的技術(shù)研究，最重要的是采用HEC-RAS模型反演了1986和1997年的洪水過(guò)程，劃定了泛洪區(qū)，研究改進(jìn)了應(yīng)急行動(dòng)計(jì)劃，更新了奧羅維爾水庫(kù)的可能最大洪水［20］。2005年1月26日，加州DWR正式向FERC重新申請(qǐng)?jiān)S可，2007年2月1日，F(xiàn)ERC授權(quán)加州DWR繼續(xù)運(yùn)行奧羅維爾工程至2008年1月31日［21］，但再次授權(quán)許可并未獲得全票通過(guò)。2005年10月17日，河流之友（the Friends of the River）、南尤巴河流公民聯(lián)盟（the South Yuba River Citizens League）和塞拉俱樂部（the Sierra Club）三個(gè)獨(dú)立民間組織認(rèn)為，應(yīng)急溢洪道不能滿足1970洪水控制手冊(cè)中設(shè)計(jì)泄洪流量的要求，并于2006年12月18日向FERC書面報(bào)告，提出應(yīng)急溢洪道下游山坡沒有任何防護(hù)設(shè)施，這與FERC《工程導(dǎo)則》（Engineering Guidelines）中關(guān)于輔助性溢洪道建設(shè)的相關(guān)規(guī)定不一致［22］，存在缺陷和安全隱患。

2.2.5 溢洪道檢查情況 根據(jù)要求，F(xiàn)ERC 每5 年必須組織對(duì)奧羅維爾壩及其相關(guān)設(shè)施進(jìn)行獨(dú)立核查，分析其潛在的失事模式（the Potential Failure Mode Analysis，PFMA）。2009 年的PFMA 報(bào)告中［23］，明確指出應(yīng)急溢洪道存在大量植被，幾棵大樹樹根已伸入泄槽區(qū)域，如遇暴風(fēng)雨將可能連根拔起，引發(fā)泥石流，影響溢洪道正常運(yùn)行。2014年P(guān)FMA報(bào)告指出［24］，加州DWR對(duì)主溢洪道泄槽進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固和修復(fù)。此外，加州DWR大壩安全司也分別于2013年1月、2013年7月、2015年8月和2016年8月對(duì)溢洪道進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查。以上幾次檢查報(bào)告均表示主溢洪道和應(yīng)急溢洪道安全性較好，未發(fā)現(xiàn)突出的安全隱患。

3 2017年溢洪道事故過(guò)程

3.1 暴風(fēng)雨過(guò)程及水庫(kù)水量變化2017年1月初，奧羅維爾發(fā)生兩場(chǎng)小范圍暴風(fēng)雨。根據(jù)加州DWR Brush Creek水文站記錄，第一場(chǎng)降雨從1月1—4日，1月3日達(dá)最大降水量90 mm。第二場(chǎng)暴風(fēng)雨從1月7—12日，1月10日達(dá)最大降水量136 mm。這兩場(chǎng)降水導(dǎo)致奧羅維爾湖水位上漲，1月8日21∶00和1月10日22∶00入庫(kù)洪峰流量分別為4839和3097 m3/s，出入庫(kù)洪水和庫(kù)水位變化過(guò)程分別見圖6和圖7。

由圖7可知，1月12日17∶00奧羅維爾水庫(kù)水位首次超過(guò)防洪高水位258.62 m。為確保水庫(kù)水位不再急劇上漲，此時(shí)奧羅維爾壩主溢洪道泄洪流量逐漸增大，使得出庫(kù)流量大于入庫(kù)流量。出入庫(kù)流量過(guò)程和庫(kù)水位變化過(guò)程分別見圖8和圖9。由圖9可知，2月3日17∶00奧羅維爾庫(kù)水位再次降低至防洪高水位258.62 m，這也為即將到來(lái)的2月暴風(fēng)雨預(yù)留了一定安全裕度。

圖6 2017年1月1—20日奧羅維爾大壩入庫(kù)出庫(kù)流量過(guò)程

圖7 2017年1月1—20日奧羅維爾水庫(kù)水位變化過(guò)程

圖8 2017年1月13日—2月4日奧羅維爾水庫(kù)出入庫(kù)洪水過(guò)程

圖9 2017年1月13日—2月4日奧羅維爾水庫(kù)水位變化過(guò)程

據(jù)加州DWR 報(bào)告，2 月2—11 日菲澤河流域出現(xiàn)一次持續(xù)暴雨，奧羅維爾湖上空暴雨強(qiáng)度最大，BKL水文站2月7日降水量達(dá)136 mm峰值。之后，這場(chǎng)暴風(fēng)向東轉(zhuǎn)移，ANT站在2月9日降水量達(dá)到峰值43 mm，DAV站2月11日降水量達(dá)到峰值為61 mm。此次降水過(guò)程在奧羅維爾湖附近出現(xiàn)峰值，造成短時(shí)間大流量過(guò)程。據(jù)加州DWR的入庫(kù)流量過(guò)程（圖10），2月9日19∶00入庫(kù)流量達(dá)到洪峰5392.52 m3/s，這一數(shù)值低于1986年和1997年的最大洪水記錄，與1955年和1964年的洪水相當(dāng)。在正常情況下，奧羅維爾水庫(kù)完全可以應(yīng)對(duì)這一過(guò)程洪水。

圖10 2017年2月奧羅維爾水庫(kù)出入庫(kù)流量過(guò)程

3.2 主溢洪道泄流槽破壞2月6日13∶00，為應(yīng)對(duì)1500 m3/s的入庫(kù)洪水，奧羅維爾溢洪道開始增大泄流量，出庫(kù)流量由880 m3/s 增加至1400 m3/s（圖10）。然而，2月7日10∶00左右，現(xiàn)場(chǎng)工作人員發(fā)現(xiàn)主溢洪道水流變渾濁，為查明原因，主溢洪道立刻暫停泄流，工作人員現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)在泄槽中上部有一沖坑，主溢洪道已嚴(yán)重?fù)p壞，只要泄洪必將導(dǎo)致混凝土泄槽和下游側(cè)墻沖刷塌陷。而此時(shí)，水庫(kù)水位已超過(guò)防洪高水位，且2月的暴風(fēng)雨產(chǎn)生的洪水也即將入庫(kù)，奧羅維爾水庫(kù)洪水壓力極大。

經(jīng)與各大壩安全機(jī)構(gòu)協(xié)商，為避免漫壩，大壩運(yùn)行單位決定嘗試主溢洪道泄洪，并監(jiān)測(cè)其沖刷破壞發(fā)展情況。2月8日，泄流量從300 m3/s 逐漸增至900 m3/s。2月9日，已形成的沖坑進(jìn)一步被沖刷擴(kuò)大，主溢洪道泄槽發(fā)展為貫穿性破壞，與最初發(fā)現(xiàn)時(shí)的破壞情況的對(duì)比見圖11。最讓人擔(dān)心的是，已破壞的溢洪道繼續(xù)掏蝕沖刷向上發(fā)展，即典型的溯源侵蝕，見圖12。由于水庫(kù)庫(kù)水位上漲速度快，根本沒有時(shí)間修復(fù)主溢洪道。此外，由于2月7日曾使用發(fā)電進(jìn)水系統(tǒng)泄流，已造成部分控制部件淹沒損壞，所以庫(kù)水又不能通過(guò)Hyatt電站泄流，位于應(yīng)急溢洪道下游山坡上的輸電線和線塔受到直接威脅。

圖11 2月7日（左）和2月9日（右）主溢洪道沖刷破壞對(duì)比（來(lái)源：Kelly M Grow，DWR）

圖12 典型的水頭跌落沖刷

因此，大壩運(yùn)行單位進(jìn)退兩難。既不能使用已破壞的主溢洪道繼續(xù)泄流，也不能使用存在風(fēng)險(xiǎn)且未經(jīng)檢驗(yàn)的應(yīng)急溢洪道。但應(yīng)急溢洪道沒有閘門，水庫(kù)水位一旦超過(guò)堰頂高程274.62 m，將自動(dòng)漫頂過(guò)流。為避免應(yīng)急溢洪道漫頂沖刷，工作人員對(duì)其泄槽區(qū)域進(jìn)行了緊急清理，并對(duì)堰體底部進(jìn)行了加固，見圖13。此時(shí)水庫(kù)入庫(kù)流量已達(dá)峰值5392 m3/s。

3.3 應(yīng)急溢洪道漫頂過(guò)流2月11日8∶00，水庫(kù)水位上漲至應(yīng)急溢洪道堰頂高程274.62 m，溢流堰首次過(guò)流（圖14）。據(jù)加州DWR報(bào)告，水流漫過(guò)應(yīng)急溢洪道堰頂時(shí)長(zhǎng)超過(guò)37 h，直至2月12日21∶00，水庫(kù)水位才再次降低至堰頂高程274.62 m，其變化過(guò)程見圖15。

圖13 2月10日應(yīng)急溢洪道下游壩坡清理及壩趾加固（來(lái)源：Brian Baer，DWR）

圖14 2017年2月11日應(yīng)急溢洪道首次過(guò)流（來(lái)源：Zack Cuningham，DWR）

圖15 2017年2月1—27日奧羅維爾水庫(kù)水位變化過(guò)程

應(yīng)急溢洪道漫頂過(guò)流后，對(duì)下游沖刷破壞極為嚴(yán)重，導(dǎo)致進(jìn)場(chǎng)公路被沖毀，靠近右岸建筑物處出現(xiàn)一沖刷口（圖16），應(yīng)急溢洪道寬度527.3 m，估計(jì)沖刷口距右岸建筑物約20 m，若沖刷侵蝕繼續(xù)，將很可能進(jìn)一步擴(kuò)展，造成應(yīng)急溢洪道失事，后果將不堪設(shè)想。

圖16 2017年2月13日應(yīng)急溢洪道過(guò)流后出現(xiàn)小缺口（來(lái)源：Randy Pench，Sacramento Bee）

3.4 后果預(yù)測(cè)及緊急搶修由于無(wú)法確定后續(xù)應(yīng)急泄洪的破壞程度，地方政府考慮失事后果的嚴(yán)重性，于2月12日17∶00左右向大壩下游3個(gè)區(qū)縣居民發(fā)布緊急撤離令，比尤特、尤巴、馬里維爾等區(qū)域約18.8萬(wàn)人開始緊急撤離。同時(shí)，加州DWR采取泄洪措施，將主溢洪道的泄洪流量增加至2830 m3/s，雖水庫(kù)水位迅速降低至應(yīng)急溢洪道堰頂高程以下，但卻使得主溢洪道的破壞程度更嚴(yán)重。所幸的是在增大流量泄洪過(guò)程中，主溢洪道的破壞部位并未進(jìn)一步向上游擴(kuò)展。

2月13日，應(yīng)急溢洪道停止漫頂過(guò)流后，由于進(jìn)壩公路被沖毀，為避免洪水再次漫頂沖刷下游，在應(yīng)急溢洪道的下游部位采用直升飛機(jī)吊入大量袋裝石塊，以加固補(bǔ)強(qiáng)（圖17）。位于壩上的工人們對(duì)輔助性建筑物上的洞和裂縫進(jìn)行了快速修補(bǔ)，并用混凝土加固。所幸的是，之后洪水沒有再次漫頂過(guò)流。

2月27日，主溢洪道基本停止泄流，被沖刷破壞后的主溢洪道如圖18所示。接下來(lái)的修復(fù)工作包括對(duì)主溢洪道的上部進(jìn)行噴混凝土加固，以避免小流量過(guò)流時(shí)進(jìn)一步的沖刷侵蝕破壞；采用爆破快速拆除主溢洪道泄洪槽下部，以盡快開展修復(fù)重建工程。

圖17 直升飛機(jī)吊入袋裝石塊

圖18 被沖刷后的主溢洪道［25］

4 事故原因分析與主要問題

事故發(fā)生后，F(xiàn)ERC 要求加州DWR 成立了獨(dú)立調(diào)查組（Independent Forensic Team）［25］，包括巖土工程、水工結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、水力學(xué)和大壩安全等領(lǐng)域6名專家。加州DWR提供基礎(chǔ)資料，并負(fù)責(zé)相關(guān)協(xié)調(diào)工作。調(diào)查結(jié)果表明，此次溢洪道事故是由于長(zhǎng)期以來(lái)的制度不完善、管理不到位、行業(yè)慣用做法不科學(xué)、溢洪道設(shè)計(jì)與施工不足、主溢洪道泄流槽老化和地基條件差等問題未能及時(shí)妥善處理等多種原因所致?？傮w來(lái)說(shuō)，事故原因與反映的主要問題可分為工程問題和非工程問題。

4.1 工程問題工程問題主要有：（1）設(shè)計(jì)存在缺陷。一是設(shè)計(jì)者認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)不足。獨(dú)立調(diào)查組認(rèn)為，主溢洪道的主要設(shè)計(jì)者工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)少，僅僅是在大學(xué)課程設(shè)計(jì)中接受過(guò)指導(dǎo)培訓(xùn)；加州DWR也未重視設(shè)計(jì)方案咨詢和審查；在設(shè)計(jì)中，未總結(jié)對(duì)比已建的其他大型泄槽式溢洪道。二是地質(zhì)工程師未能與設(shè)計(jì)者進(jìn)行充分技術(shù)交底。此外，溢洪道設(shè)計(jì)者僅對(duì)泄槽底部地質(zhì)缺陷區(qū)進(jìn)行了不充分地開挖回填，其他均假定泄槽位于完好的基巖上，這與實(shí)際情況并不相符。（2）施工建設(shè)存在不足。施工過(guò)程中，一是基礎(chǔ)處理不到位，在主溢洪道泄槽底部仍發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域中等風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化的巖體，甚至在一些區(qū)域出現(xiàn)壓實(shí)的黏土層。二是泄槽底板混凝土厚度不足，排水管的直徑由4英寸被調(diào)整增加至6英寸，增加了排水溝附近區(qū)域的裂縫，加之混凝土底板下部排水管嵌入底板，使得排水管上部的混凝土厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。三是錨桿長(zhǎng)度缺乏適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在主溢洪道泄槽下巖體風(fēng)化嚴(yán)重的區(qū)域，錨桿的長(zhǎng)度和開挖回填深度均未有調(diào)整。

以上設(shè)計(jì)缺陷和施工建設(shè)不足，導(dǎo)致主溢洪道建成后就存在“先天性缺陷”。大壩剛建成之后，排水管上方及沿線的混凝土泄槽底板就開始出現(xiàn)裂縫，在底板下方形成大流量排水。起初，底板裂縫及排水被認(rèn)為是不正?，F(xiàn)象，但很快就被認(rèn)定為“正常現(xiàn)象”，只是需要持續(xù)的修補(bǔ)，這成為本次溢洪道事故的先天性誘因。

4.2 非工程問題事故中，有多次機(jī)會(huì)人工干預(yù)可阻止事態(tài)進(jìn)一步惡化，但由于多種誘導(dǎo)因素相互影響、共同作用，使得出現(xiàn)緊急事故時(shí)錯(cuò)過(guò)遏制事故發(fā)展的最佳時(shí)機(jī)。從非工程問題的角度分析，主要暴露出以下問題：（1）運(yùn)行管理與緊急決策能力不足。盡管加州DWR及美國(guó)相關(guān)部門建立了完善的大壩安全核查與評(píng)估機(jī)制，但在運(yùn)行調(diào)度與管理，尤其是緊急情況的運(yùn)行調(diào)度方案制定與決策方面仍顯得相對(duì)不成熟，過(guò)度的依賴監(jiān)管人員及監(jiān)管程序，導(dǎo)致緊急情況下未能在最佳時(shí)機(jī)快速做出最有效決策；（2）大壩安全核查與評(píng)估未能觸及本質(zhì)問題。盡管美國(guó)能源監(jiān)管委員會(huì)、加州水資源部等部門建立了完善的大壩安全核查與評(píng)估機(jī)制，包括年度常規(guī)檢查、五年定期核查、潛在失事模式分析和應(yīng)急處置計(jì)劃等，但受經(jīng)費(fèi)成本控制、核查與評(píng)估方法等問題限制，導(dǎo)致大壩安全核查與評(píng)估難于發(fā)現(xiàn)危及工程安全問題的關(guān)鍵因素；（3）加州DWR的管理機(jī)制存在不足。與其他大型工程業(yè)主一樣，加州水資源部對(duì)其關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性過(guò)于自信，忽略了其在緊急情況下的應(yīng)急能力。同時(shí)，受政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)成本經(jīng)費(fèi)控制壓力，導(dǎo)致大壩安全管理、日常維護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)加固往往得不到應(yīng)有的重視。此外，由于加州水資源部的管理保守，不能積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)先進(jìn)的行業(yè)知識(shí)，未能形成運(yùn)行管理所需的專業(yè)技術(shù)能力和風(fēng)險(xiǎn)管理能力。

5 對(duì)我國(guó)大壩安全管理的啟示

當(dāng)前，我國(guó)大壩數(shù)量位居世界第一，隨著新建大壩數(shù)量的增多和已建大壩運(yùn)行期的增長(zhǎng)，其安全管理與風(fēng)險(xiǎn)防控將成為今后我國(guó)大壩安全關(guān)注的重點(diǎn)。美國(guó)在大壩安全管理方面已從法律法規(guī)、監(jiān)管機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)和應(yīng)急管理等多方面投入了大量的人力、物力和資金，國(guó)家層面以立法的形式實(shí)施了“美國(guó)國(guó)家大壩安全計(jì)劃”。但由于全美大壩的平均壩齡長(zhǎng)（達(dá)56年），存在一些高風(fēng)險(xiǎn)的大壩，正開展安全補(bǔ)強(qiáng)工作。而奧羅維爾壩溢洪道事故恰好發(fā)生于其投運(yùn)50年之際，此次事故偶然之中存在一定的必然性，對(duì)全球壩工領(lǐng)域產(chǎn)生的影響較大，其經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)值得深思與借鑒。

5.1 嚴(yán)控設(shè)計(jì)過(guò)程，避免重大隱患工程選址、工程規(guī)模、壩型及筑壩技術(shù)等設(shè)計(jì)方案的研究和決策，事關(guān)工程安全、投資和工期，是水電工程前期工作中的重大工程技術(shù)問題。設(shè)計(jì)方案的缺陷是此次奧羅維爾壩溢洪道事故的重要原因之一，除此之外，美國(guó)加州圣弗朗西斯壩、法國(guó)馬爾帕塞拱壩均是設(shè)計(jì)過(guò)程把控不嚴(yán)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而形成潰壩事件。為體現(xiàn)設(shè)計(jì)先進(jìn)性和合理性，避免設(shè)計(jì)者“經(jīng)驗(yàn)缺乏”或“獨(dú)斷專橫”，切實(shí)推進(jìn)設(shè)計(jì)審查，對(duì)重大疑難問題進(jìn)行專題研究，可最大程度的避免先天性重大缺陷。

我國(guó)水利水電行業(yè)實(shí)行嚴(yán)格的工程勘察設(shè)計(jì)資格標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，對(duì)不同規(guī)模的大壩工程要求設(shè)計(jì)單位具備與之相應(yīng)的勘察設(shè)計(jì)能力。業(yè)主單位委托有相應(yīng)資質(zhì)單位開展前期研究論證工作，編制初步設(shè)計(jì)文件或可行性研究報(bào)告后，按規(guī)定進(jìn)行評(píng)審或?qū)彶?，并?bào)行業(yè)主管部門審批。總體而言，設(shè)計(jì)審查制度能夠規(guī)避工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中可能的重大安全隱患。與此同時(shí)，當(dāng)前我國(guó)水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)均是基于“工程安全”的單一梯級(jí)設(shè)計(jì)，為在設(shè)計(jì)階段更好的防控風(fēng)險(xiǎn)，今后我國(guó)水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)將更多的考慮公共安全，向基于“工程風(fēng)險(xiǎn)”的流域梯級(jí)水庫(kù)群系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)防控的方向發(fā)展。

5.2 強(qiáng)化建設(shè)管理，確保工程質(zhì)量建設(shè)質(zhì)量是工程的生命，質(zhì)量管理貫穿工程全生命期。建設(shè)過(guò)程中，要重視對(duì)水文氣象、河流泥沙、工程地質(zhì)、壩基處理以及泄洪消能等重大關(guān)鍵技術(shù)問題，以及洪水、地震、泥石流等自然災(zāi)害的不可預(yù)見性研究，尤其在工程施工中，應(yīng)根據(jù)施工開挖揭露的實(shí)際地質(zhì)情況，進(jìn)一步研究完善工程設(shè)計(jì)方案，強(qiáng)化隱蔽工程和全過(guò)程管理，確保工程安全可靠。奧羅維爾主溢洪道在修建過(guò)程中，如若對(duì)發(fā)現(xiàn)泄槽底板的地質(zhì)條件不及預(yù)期好，甚至發(fā)現(xiàn)軟巖及黏土層等問題及時(shí)研究并完善地基處理方案和結(jié)構(gòu)措施，奧羅維爾壩主溢洪道的先天性缺陷即可避免。

有經(jīng)驗(yàn)的監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督、現(xiàn)場(chǎng)咨詢工程師可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并促使設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行研究，改進(jìn)設(shè)計(jì)。目前，我國(guó)在水利水電工程建設(shè)中，大力推行工程建設(shè)監(jiān)理和質(zhì)量監(jiān)督工作，提倡開展工程建設(shè)項(xiàng)目全過(guò)程咨詢制度。雅礱江流域水電開發(fā)公司在錦屏一級(jí)、二級(jí)水電站、兩河口水電站、楊房溝水電站建設(shè)過(guò)程中，執(zhí)行了建設(shè)監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督與全過(guò)程技術(shù)咨詢制度，保證了工程的質(zhì)量，取得良好效果。

5.3 加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，提升應(yīng)急能力加強(qiáng)流域各個(gè)梯級(jí)水庫(kù)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，優(yōu)化運(yùn)行水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度方案，最大程度提升流域整體抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，進(jìn)而提升應(yīng)急管理能力和風(fēng)險(xiǎn)處置水平，確保在緊急事故中將影響和損失降至最低。奧羅維爾壩溢洪道事故中，加州水資源部未能提出最優(yōu)的泄洪方案，錯(cuò)過(guò)了最佳泄洪時(shí)機(jī)，造成下游18.8萬(wàn)人不得不緊急轉(zhuǎn)移。但另一方面，在僅僅24 h內(nèi)，18.8萬(wàn)人能夠高效、有序地轉(zhuǎn)移，也體現(xiàn)出地方政府超強(qiáng)的應(yīng)急管理能力和公眾極強(qiáng)的應(yīng)對(duì)危機(jī)意識(shí)。

我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水庫(kù)大壩運(yùn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)度水平，研究制定風(fēng)險(xiǎn)防控應(yīng)急調(diào)度預(yù)案，并通過(guò)演練不斷加以改進(jìn)。流域管理機(jī)構(gòu)和水庫(kù)大壩業(yè)主要加強(qiáng)與地方各級(jí)政府、氣象、水文、國(guó)土等部門的聯(lián)系協(xié)作，及時(shí)掌握雨情、水情動(dòng)態(tài)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)情況，完善預(yù)警通信系統(tǒng)和信息發(fā)布機(jī)制，通過(guò)各種方法向受影響區(qū)域提前發(fā)布暴雨、洪水和工程泄洪信息；同時(shí)，應(yīng)積極做好公眾的安全教育宣傳，建立切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案和多部門應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

5.4 完善監(jiān)管機(jī)制，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)控制有效健全的監(jiān)督管理機(jī)制是確保水庫(kù)大壩風(fēng)險(xiǎn)可控的基本保障，但健全的監(jiān)管機(jī)制不能流于形式，而要切實(shí)有效。美國(guó)自1892年建成第一座水電站，至今已有近130 年的歷史，其水庫(kù)大壩安全管理形成了聯(lián)邦政府和州政府兩級(jí)管轄的機(jī)制。凡是由美國(guó)墾務(wù)局、陸軍工程師兵團(tuán)、田納西管理局等聯(lián)邦機(jī)構(gòu)建設(shè)和管理的大壩均是聯(lián)邦政府管轄，其余的大壩由所在州政府管轄，但非聯(lián)邦政府管轄的水電大壩歸屬聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)管轄。盡管美國(guó)監(jiān)管機(jī)制健全，但此次奧羅維爾壩溢洪道事故受經(jīng)費(fèi)、核查方法等條件限制，歷次檢查并未能觸及本質(zhì)原因。

我國(guó)一直重視水庫(kù)大壩安全監(jiān)管，經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，已形成《水法》《水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)，以及水電站大壩安全注冊(cè)、定期檢查、安全監(jiān)測(cè)等監(jiān)管機(jī)制，保障了我國(guó)水庫(kù)大壩基本安全。今后，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步健全水庫(kù)大壩的監(jiān)管機(jī)制，基于信息化、智能化確保監(jiān)管切實(shí)有效，風(fēng)險(xiǎn)可控，并重點(diǎn)研究全流域尺度下梯級(jí)水電站庫(kù)群的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)防控，充分發(fā)揮流域各梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度能力，提升流域系統(tǒng)抵抗災(zāi)害的能力。

5.5 重視薄弱環(huán)節(jié)，確保運(yùn)行可靠盡管啟閉機(jī)、閘門、泄水消能等附屬建筑物是水電樞紐工程的次要建筑物，但其重要性不亞于大壩等主要建筑物。在運(yùn)行監(jiān)測(cè)與維護(hù)管理中，應(yīng)重視泄水消能等建筑物的運(yùn)行可靠性核查，尤其重視薄弱部位、薄弱環(huán)節(jié)的核查。此次奧羅維爾壩溢洪道泄水安全事故是在遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)泄洪流量情況下發(fā)生，該事故并非個(gè)案，我國(guó)乃至全球各國(guó)都曾不同程度地出現(xiàn)過(guò)泄水安全事故，且很大一部分事故是在小流量情況下出現(xiàn)的問題。大壩安全核查，不僅需要復(fù)核最大泄流能力，更要檢查各種泄流組合下的運(yùn)行可靠性，包括閘門的正常啟閉，流道與河道的抗沖刷和抗沖蝕能力。對(duì)于運(yùn)行多年的高壩大庫(kù)，泄水建筑物運(yùn)行的幾率不大，需要定期開展閘門的啟閉和泄流試驗(yàn)，檢查泄流后泄水及消能建筑物的運(yùn)行情況。對(duì)于多年不經(jīng)常運(yùn)行的應(yīng)急溢洪道，要重視底板、邊墻的缺陷核查。應(yīng)急溢洪道要做到備而有用。

此外，也要重視建筑物運(yùn)行維護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)加固。泄水建筑物地基沉降、材料劣化、結(jié)構(gòu)損傷往往具有隱蔽性，要加強(qiáng)定期巡檢和必要的檢測(cè)，對(duì)可能影響運(yùn)行安全的隱患，要及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)加固。對(duì)開暢式溢洪道存在雜物要及時(shí)清除；對(duì)高速水流部位，重視裂縫、蜂窩、麻面等缺陷的二次處理；對(duì)于摻氣減蝕部位，定期檢查通氣孔的摻氣效果。通過(guò)充分重視薄弱部位、薄弱環(huán)節(jié)，確保水庫(kù)大壩始終安全可靠。

5.6 持續(xù)開展隱患排查，推進(jìn)全流域系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估隱患排查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要定期開展，提早開展，對(duì)流域系統(tǒng)各梯級(jí)、對(duì)樞紐工程各建筑物、對(duì)大壩泄水設(shè)施、安全監(jiān)測(cè)設(shè)施、防洪度汛計(jì)劃、預(yù)警預(yù)防措施等進(jìn)行系統(tǒng)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并分析原因，及時(shí)研究處理措施。奧羅維爾大壩自建成至今均按要求執(zhí)行了美國(guó)能源監(jiān)管委員會(huì)、內(nèi)務(wù)部墾務(wù)局及加州水資源部的定期檢查，并每五年開展一次潛在失事模式分析，但溢洪道事故的發(fā)生足以證明大壩隱患排查、安全核查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不夠到位。

目前，我國(guó)水電站大壩已形成基本完善的安全管理體系。前期工作中，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)審查核準(zhǔn)制度、重大問題專家咨詢制度；建設(shè)過(guò)程中，強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)督，重視關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安全鑒定和驗(yàn)收；運(yùn)行過(guò)程中，責(zé)任主體明確，監(jiān)督和管理職責(zé)落實(shí)到位；對(duì)于重大科學(xué)問題能夠進(jìn)行全面深入的論證分析，確保工程風(fēng)險(xiǎn)可控。但從流域梯級(jí)水電站庫(kù)群系統(tǒng)安全的角度，我國(guó)還需要進(jìn)一步完善法規(guī)制度，改進(jìn)運(yùn)作機(jī)制，加強(qiáng)研發(fā)投入，加快建立健全流域梯級(jí)水電站綜合監(jiān)測(cè)與管理平臺(tái)系統(tǒng)，確保大壩隱患排查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和定期檢查切實(shí)有效。

6 結(jié)論與建議

奧羅維爾壩溢洪道事故為美國(guó)大壩安全管理敲響了警鐘，也提醒世界各國(guó)在建設(shè)水庫(kù)大壩的同時(shí)，應(yīng)足夠重視大壩勘測(cè)設(shè)計(jì)質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)中的安全管理。本文在收集分析奧羅維爾大壩基本資料的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了奧羅維爾壩經(jīng)歷的重大事件及2017年溢洪道事故的詳細(xì)過(guò)程，深入分析事故發(fā)生的原因和反映的工程問題和非工程問題。

（1）此次奧羅維爾大壩溢洪道事故是長(zhǎng)期以來(lái)的制度不完善、管理不到位、行業(yè)慣用做法不科學(xué)，溢洪道設(shè)計(jì)與施工不足、主溢洪道泄流槽老化、地基條件差等問題未能及時(shí)妥善處理等多種原因所致。設(shè)計(jì)者工作經(jīng)驗(yàn)不足、技術(shù)交底不充分、政府監(jiān)管不重視設(shè)計(jì)咨詢和審查、基礎(chǔ)處理不徹底、泄槽底板混凝土厚度不足等是本次事故先天性缺陷的主要原因。運(yùn)行管理與應(yīng)急調(diào)度失當(dāng)、安全核查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流于形式、政府監(jiān)管不力等是本次事故后天性隱患形成的主要原因。

（2）我國(guó)水利水電行業(yè)實(shí)施的“市場(chǎng)準(zhǔn)入、設(shè)計(jì)審查、質(zhì)量監(jiān)督、安全鑒定、竣工驗(yàn)收、大壩注冊(cè)、安全定檢、隱患排查治理”等一系列強(qiáng)制性監(jiān)管制度，在督促業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等各市場(chǎng)主體安全生產(chǎn)責(zé)任落實(shí)方面發(fā)揮了重要作用。在大壩安全管理方面，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)嚴(yán)格實(shí)行勘察設(shè)計(jì)審查制度，完善工程建設(shè)監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督和全過(guò)程咨詢制度，切實(shí)落實(shí)水庫(kù)大壩隱患排查、定期檢查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制，加快建立流域水庫(kù)大壩風(fēng)險(xiǎn)管理體系，確保流域水庫(kù)群安全、可靠運(yùn)行。

（3）奧羅維爾大壩溢洪道事故應(yīng)急處置過(guò)程中，水庫(kù)應(yīng)急調(diào)度顯然并非最科學(xué)的，但其積極有序、及時(shí)高效地轉(zhuǎn)移約18.8 萬(wàn)人，從另一方面說(shuō)明了州政府較高的應(yīng)急管理能力，保證了公共安全，值得我國(guó)流域梯級(jí)水電站庫(kù)群應(yīng)急除險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急處置工作借鑒。如何能在確保工程安全的前提下，提升風(fēng)險(xiǎn)決策與應(yīng)急管理能力，尤其在流域梯級(jí)水庫(kù)群系統(tǒng)中通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急調(diào)度，將災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)影響降低至最小，是今后重點(diǎn)關(guān)注工作之一。現(xiàn)實(shí)工作中，相關(guān)工作的開展及機(jī)制的建立與推動(dòng)，更需要國(guó)家法律法規(guī)、政策環(huán)境以及行業(yè)共識(shí)的支撐與激勵(lì)。