奧洛維爾大壩溢洪道事故反思

王輝義，秦 輝

（1.國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，311122；2.國網(wǎng)新源豐滿發(fā)電廠，吉林吉林，132108）

1 事件經(jīng)過

奧洛維爾大壩位于美國加利福尼亞州北部的菲澤河上，于1968年建成投運(yùn)。樞紐建筑物包括攔河壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等。攔河壩為斜心墻土石壩，最大壩高234.7m，是美國最高的土石壩。泄洪建筑物由主溢洪道和非常溢洪道組成。

2017年2 月，加州北部連續(xù)降雨，加之氣溫上升導(dǎo)致融雪，奧洛維爾水庫水位持續(xù)快速上漲，于是主溢洪道增大泄洪流量。2月7日，水庫主溢洪道泄槽在泄洪過程中局部發(fā)生沖刷破壞，2月8日，泄槽破壞區(qū)域擴(kuò)大到原區(qū)域的兩倍。2月11日，非常溢洪道開始泄洪，這是工程投運(yùn)49年以來非常溢洪道的首次參與泄洪。2月12日，非常溢洪道下游未襯砌泄槽山體的沖刷逐步向上游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，嚴(yán)重威脅大壩安全，于是，加州政府向下游比尤特（Butte）、薩特（Sutter）和尤巴（Yuba）縣的近20萬居民發(fā)布強(qiáng)制撤離令。2月14日，在確認(rèn)大壩安全后，政府撤銷了撤離命令，避災(zāi)的居民回家。

3月15日，成立由各領(lǐng)域?qū)＜医M成的事故獨(dú)立調(diào)查小組，開始對此次事故的原因進(jìn)行深入而詳細(xì)的調(diào)查，并于2018年1月5日發(fā)布了最終調(diào)查報(bào)告。事故調(diào)查的同時(shí)開展了大壩主溢洪道和非常溢洪道的修復(fù)工程，投資巨大。此次溢洪道事故影響惡劣，損失慘重。

筆者根據(jù)事故起因及過程的相關(guān)報(bào)道，僅對整個(gè)事件中大壩安全管理方面值得反思和改進(jìn)的環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，為國內(nèi)同行提供參考，以期提高我國的大壩安全管理水平。

圖1 主溢洪道泄槽破損（圖片來自加州水資源部）Fig.1 Ultimate damage at the service spillway(from DWR)

2 大壩安全管理存在的問題

2.1 安全定檢未能發(fā)現(xiàn)安全隱患并及時(shí)處理

20世紀(jì)五六十年代，美國大規(guī)模筑壩期間，人們對筑壩技術(shù)的認(rèn)識(shí)不足，對溢洪道高速水流的空蝕風(fēng)險(xiǎn)了解有限，因此鮮少采用有效的應(yīng)對措施，導(dǎo)致后續(xù)發(fā)生了許多溢洪道空蝕破壞的案例。例如：胡佛大壩洞式溢洪道在1941年和1983年啟用兩次后，出現(xiàn)空蝕破壞，以及格倫峽谷洞式溢洪道于1983年出現(xiàn)大規(guī)?？瘴g破壞等。

圖2 空蝕破壞示意圖Fig.2 Erosion process

就奧洛維爾大壩而言，主溢洪道存在沒有設(shè)置摻氣設(shè)施、主溢洪道混凝土底板最小厚度僅38 cm、泄槽底板多建基于風(fēng)化較嚴(yán)重基巖等問題，溢洪道泄槽底板混凝土表面的局部裂縫或凹槽在高速水流作用下都可能由于高壓水入滲或氣蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)破損。后續(xù)的運(yùn)行過程中，主溢洪道泄槽底板曾在泄洪中反復(fù)多次發(fā)生破損，而運(yùn)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。監(jiān)管單位的安全定檢工作中，也未針對溢洪道泄槽結(jié)構(gòu)損壞進(jìn)行全面深入分析，導(dǎo)致缺陷未得到及時(shí)、有效的處理。事故獨(dú)立調(diào)查小組的最終報(bào)告中也指出：“自奧洛維爾大壩建成以來，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”。定檢工作中未充分考慮大壩建造時(shí)的建筑物缺陷，也未進(jìn)行深入到位的風(fēng)險(xiǎn)分析并采取有針對性的修復(fù)措施無疑是造成此次事故的重要肇因之一。

2.2 水庫運(yùn)行調(diào)度未能根據(jù)氣候變化及時(shí)調(diào)整

近100年來，世界年平均氣溫升高了0.4～0.8℃，未來100年，氣溫還將繼續(xù)波動(dòng)上升。氣候變化不僅導(dǎo)致海平面上升，還對水文水資源產(chǎn)生了巨大的影響：氣候變化使水資源的時(shí)空分布更加不均勻、洪水災(zāi)害更加頻繁、干旱現(xiàn)象更加嚴(yán)重。對水庫大壩而言，氣候變化不僅影響其防洪、供水、灌溉、發(fā)電等功能的發(fā)揮，還使大壩安全形勢更加嚴(yán)峻，特別是對設(shè)計(jì)和建造年代久遠(yuǎn)的大壩，由于其設(shè)計(jì)和施工存在不確定性，在極端天氣情況下，更易出現(xiàn)潰壩險(xiǎn)情。因此，大壩安全管理不應(yīng)只是靜態(tài)不變的各種工作流程的簡單疊加，而應(yīng)是一個(gè)不斷優(yōu)化、不斷響應(yīng)外界變化條件的動(dòng)態(tài)過程。

奧洛維爾大壩現(xiàn)行的水庫運(yùn)行手冊發(fā)布于1970年，根據(jù)當(dāng)時(shí)的水庫功能確定了水庫的目標(biāo)水位，編制依據(jù)為1970年以前的數(shù)據(jù)，距今已經(jīng)幾十年，而未考慮之后幾十年的水文數(shù)據(jù)，也未考慮氣候變化導(dǎo)致的降雨模式的變化，未對水庫運(yùn)行手冊進(jìn)行更新。資料顯示，近5年來，加州地區(qū)持續(xù)干旱，眾多水庫蓄水位處于歷史最低水平。但進(jìn)入2016年，氣候變化劇烈，多地降水豐沛，加之雪山融雪等因素，奧洛維爾大壩庫水位急速上升，并達(dá)到歷史新高，因此才有了后續(xù)的主溢洪道泄洪和首次使用非常溢洪道泄洪，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。此次事故之后，重新評估氣候、洪水風(fēng)險(xiǎn)、修訂水庫操作規(guī)程是有關(guān)當(dāng)局的必修課。

2.3 大壩安全管理未能聽取社會(huì)公眾的意見

根據(jù)美國《水星報(bào)》的消息，2017年1月13日和27日，該報(bào)記者拍攝的溢洪道照片中，發(fā)現(xiàn)溢洪道混凝土存在變色和潛在破損等異?，F(xiàn)象，并且將這一情況反饋給了加州自然資源署，但相關(guān)人員的回復(fù)令人失望：“許多州機(jī)構(gòu)和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)經(jīng)常對奧洛維爾大壩進(jìn)行檢查，結(jié)果良好，不必?fù)?dān)心”。奧洛維爾溢洪道泄洪時(shí)，可以看到異常的波浪或氣泡模式（見圖3）；一周后，溢洪道停止泄洪后，圈內(nèi)的部位出現(xiàn)了損壞或變色（見圖4），而這正是2月7日主溢洪道混凝土結(jié)構(gòu)開始解體的部位。

而這并不是公眾第一次提醒有關(guān)當(dāng)局關(guān)于奧洛維爾大壩的溢洪道風(fēng)險(xiǎn)問題。早在2005年，就有環(huán)保組織向聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)發(fā)起動(dòng)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襯砌結(jié)構(gòu)并對下游區(qū)域進(jìn)行加固，“非常溢洪道的巖土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(shí)，會(huì)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(dòng)議最終以“并無必要”為由被擱置，實(shí)際上“沒有組織愿意承擔(dān)高達(dá)一億美元的費(fèi)用才是改造工程被擱置的真正原因”。

奧洛維爾大壩溢洪道事故發(fā)生之后，在全美引發(fā)了廣泛的討論，到底媒體和公眾在大壩安全管理中應(yīng)扮演什么樣的角色？有關(guān)當(dāng)局是否應(yīng)該考慮和尊重公眾的意見？奧洛維爾溢洪道事故中，若有關(guān)當(dāng)局重視和聽取了媒體和社會(huì)團(tuán)體的意見，對溢洪道采取了有效措施，則完全可以避免此次事故，但令人失望的是，當(dāng)局只固執(zhí)地相信自己的檢查成果。

圖3 1月13日拍攝的奧洛維爾溢洪道的照片F(xiàn)ig.3 Picture took on 13rd,January 2017

圖4 1月27日拍攝的奧洛維爾溢洪道的照片F(xiàn)ig.4 Picture took on 27th,January 2017

在以往的大壩安全管理實(shí)踐中，美國政府機(jī)構(gòu)和大壩業(yè)主都曾對公眾參與大壩安全管理的積極正面作用表示了肯定。公眾雖然不能參與大壩工程日常的專業(yè)運(yùn)營，但公眾參與意味著公眾可以有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)督異?，F(xiàn)象的發(fā)展，并將其報(bào)告給管理機(jī)構(gòu)。同時(shí)，對潛在的犯罪、偷盜或恐怖行為，“證人”的存在也可能是有效的威懾。許多情況下，工程人員可能不在現(xiàn)場，也可能在現(xiàn)場附近，但未注意到某些細(xì)節(jié)，熱心的公眾可以與專業(yè)的工程人員形成互補(bǔ)，協(xié)助專業(yè)人員對大壩進(jìn)行更全面的管理和監(jiān)督。因公眾的專業(yè)知識(shí)不夠，公眾參與可能存在誤判和誤報(bào)等情況，需要專業(yè)的工程人員對其進(jìn)行甄別和處理，但應(yīng)明確的是，在今后的大壩安全管理實(shí)踐中，大壩業(yè)主應(yīng)尊重公眾的意見，更有效地發(fā)揮公眾參與的積極作用。

3 大壩安全遠(yuǎn)程監(jiān)控缺失

當(dāng)奧洛維爾大壩溢洪道發(fā)生崩塌、數(shù)萬人正在緊急撤離時(shí)，夜幕降臨，官員們意識(shí)到，此次危機(jī)的處理將變得更為困難：黑暗中，他們未能掌握大壩和溢洪道的安全狀況。多年來，聯(lián)邦監(jiān)管者一直在敦促負(fù)責(zé)奧洛維爾大壩的工作人員安裝攝像機(jī)、照明設(shè)施、更多的傳感器和監(jiān)視器，以幫助管理者對潛在的結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，并保證在危機(jī)中能及時(shí)組織下游居民安全疏散。但在此次事故中，黑夜為管理者帶來了巨大的麻煩?！疤?，不能確定”、“看不見，直到看清楚為止，威脅才會(huì)解除”這是高級官員緊急會(huì)議的筆錄，也是首次披露危機(jī)評估過程中遇到的困難。之后，大壩安全管理人員從州內(nèi)其他部門借來了攝像機(jī)，即便如此，夜晚時(shí)段的監(jiān)控仍十分困難，無人機(jī)和直升飛機(jī)在空中停留的時(shí)間也非常有限。據(jù)《水星新聞》，奧洛維爾大壩管理當(dāng)局之前拒絕安裝監(jiān)測設(shè)施，認(rèn)為其太不實(shí)際，大壩的規(guī)模和需監(jiān)控范圍太大，他們選擇用人工巡查來替代儀器監(jiān)控，但工程人員到達(dá)問題地點(diǎn)并確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的潛在問題至少需要20 min，甚至更久……

奧洛維爾大壩溢洪道事故之后，大壩安全監(jiān)控作為大壩安全的“耳目”，其在各種工況和突發(fā)事件中的適用性再次得到大家的重視。壩體條件不一，運(yùn)行環(huán)境各異，各種突發(fā)事件的原因也是多方面的，其具體表現(xiàn)形式和可能發(fā)生的部位因各壩條件不同而有所不同，因此，在大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除因地制宜考慮壩型、地質(zhì)條件、水文條件等，還應(yīng)結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析和潛在失事模式分析，參考最先進(jìn)的技術(shù)方案和儀器研發(fā)成果，綜合考慮，選定各種監(jiān)控項(xiàng)目、布設(shè)監(jiān)控儀器，切實(shí)為大壩在各種工況和極端條件中的安全運(yùn)行管理提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到大壩安全監(jiān)控預(yù)期的目的。

4 結(jié)語

奧洛維爾大壩溢洪道事故獨(dú)立調(diào)查最終報(bào)告顯示，此次事故不能僅僅歸咎于某一個(gè)人、團(tuán)體或組織，監(jiān)管不力、行業(yè)慣例未響應(yīng)外部環(huán)境變化、溢洪道設(shè)計(jì)和建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)、較差的基巖質(zhì)量等都是失事的原因。奧洛維爾大壩溢洪道事故為所有大壩安全從業(yè)人員都敲響了警鐘，我國大壩安全管理也面臨類似的挑戰(zhàn)。因此，奧洛維爾大壩溢洪道事故給同行們帶來的是強(qiáng)化大壩安全經(jīng)費(fèi)投入、深化安全檢查、重視外部環(huán)境變化對大壩的影響、重視公眾參與、完善大壩安全監(jiān)控技術(shù)手段等方面的思考，值得吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以防類似事故發(fā)生，切實(shí)保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。 ■

[1]張秀麗，楊鴿.奧洛維爾事件及其引發(fā)的思考[J].大壩與安全,2017(6)：1-6.

[2]Angelos N.Findikakis.The Oroville Dam Spillway Failure in February 2017[DB/OL].http：//www.iwhr.com/zgskyww/ztbd/mjjt/usadam/A10095605index_1.htm

[3]Peter Goodwin.Water Research to Inform a Changing World——Examples from the United States[DB/OL].http：//www.iwhr.com/zgskyww/ztbd/mjjt/usadam/A10095605in -dex_1.htm

[4]DAN REIDEL.Oroville Dam：Photos taken weeks before spillway broke show something wrong[EB/OL].https：//www.mercurynews.com/2017/03/11/oroville-dam-photos-takenweeks-before-spillway-broke-show-something-wrong/

[5]Michael R.Blood and Ellen Knickmeyer.Oroville Dam：Lack of technology left officials in dark during crisis[EB/OL]. https：//www.mercurynews.com/2017/09/07/lack-oftechnology-left-officials-in-dark-during-dam-crisis/

[6]INDEPENDENT FORENSIC TEAM.OROVILLE DAM SPILLWAY INCIDENT[R].2018-01-05.