中國既是洪旱極為嚴(yán)重的國家，又是地質(zhì)災(zāi)害常發(fā)、多發(fā)的國家，水電開發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害之間究竟是什么的關(guān)系?討論產(chǎn)生概念，爭論產(chǎn)生思想!為了向社會各界介紹水力發(fā)電、水庫大壩和地質(zhì)災(zāi)害的科學(xué)關(guān)系，中國水力發(fā)電工程學(xué)會、中國大壩工程學(xué)會于2017 年5 月12 日(全國減災(zāi)日)上午9：00～12:00 在華北電力大學(xué)主樓D區(qū)216會議室召開"水力發(fā)電與地質(zhì)減災(zāi)"科普論壇。論壇特邀四位專家，結(jié)合美國奧羅維爾大壩事故等熱點問題，圍繞水庫大壩在地質(zhì)減災(zāi)方面的重要作用，做專題講座，并同與會代表進行現(xiàn)場交流。

徐澤平

中國水利水電科學(xué)研究院教高做《從美國奧利維爾大壩事故看水電與減災(zāi)》主題報告。

很高興跟大家分享水力發(fā)電與地質(zhì)減災(zāi)的問題。今天正好是全國防災(zāi)減災(zāi)日，好像是512汶川地震后定下來的。512地震的時候我當(dāng)時也是專家組去紫坪鋪水庫壩頂上處理大壩的問題。說到水力發(fā)電和地質(zhì)減災(zāi)的問題，其實今天我主題是介紹一下美國Oroville大壩事故，因為這個在幾個月前發(fā)生的事故，在業(yè)內(nèi)和新聞媒體上都引起了很大的反響，有的媒體說美國最高的大壩要發(fā)生潰壩了，20多萬人都轉(zhuǎn)移了，實際上并不是那么回事。

減災(zāi)日說到減災(zāi)的時候，報道上感覺自然災(zāi)害越來越多了，實際上自然災(zāi)害和人類的活動還是有比較大的關(guān)系的。這里面說的可能主要的一個就是氣候變化的問題，前面有幾張PPT說一下全球氣候變化的現(xiàn)實。關(guān)于全球氣候變化實際上還有一部分人有爭論，包括美國新當(dāng)選的特朗普總統(tǒng)好像就不認(rèn)為全球有氣候變化問題，但是實際上統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，目前全球的氣候正在經(jīng)歷以升溫為特征的這么一個變化過程。從1990年到2005年地球表面氣溫增高了0.74度，上面有一個圖是中國50年內(nèi)的氣溫增加統(tǒng)計，可以看到在北方大部分地區(qū)有高的氣溫，在南方地區(qū)氣溫沒有什么太大的變化，實際上跟地域是有一定關(guān)系的。

討論到全球變暖的問題，影響大概分成兩個部分，一個是增加了洪水干旱以及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率和強度，再一個是加劇水資源分布的不平衡和供需的矛盾。今天要談的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害很大情況下是跟我們降雨有很大關(guān)系的。

說到水力發(fā)電和減災(zāi)，實際上水力發(fā)電包括我們修的水利大壩也好，都屬于水利基礎(chǔ)設(shè)施。水是一種基礎(chǔ)性的自然資源、戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源、生態(tài)環(huán)境的重要控制因素，所以從這個角度來說我們需要建一些工程來給我們提供更多的水資源，就是我們需要更多的水。但是水多了也不好，水多了也會造成洪水災(zāi)害，而且也會造成地質(zhì)災(zāi)害的問題。所以從這個角度來說，水利基礎(chǔ)設(shè)施是管理水資源、減少自然災(zāi)害的一個重要的手段。

總結(jié)一句話就是，面對人口增加和全球變暖的形勢，水庫大壩在未來要發(fā)揮越來越重要的減災(zāi)作用。可以從兩方面理解，因為剛才說氣候變化的原因是和人類活動有關(guān)的，我們建了這個大壩工程以后減少溫室氣體排放，對氣候是有一定影響的。另外一方面，它本身調(diào)節(jié)水資源，也會起到作用，這是從一個正面的角度來說。但是另外一個方面，就是水庫大壩也會對下游形成一定程度的安全風(fēng)險，水庫大壩的安全對于公共安全具有非常重要的作用。水電工程高效可靠的安全管理，將使水庫大壩在發(fā)揮減災(zāi)作用的同時，也使它自身不成為災(zāi)害發(fā)生的因素。

下面我就重點介紹一下美國Oroville大壩事故的情況。首先說位置，Oroville大壩位于美國加州，美國加州主要的水資源是集中在北加州，大壩在加州北部的山區(qū)，這個是大壩谷歌上的一個圖。

這是整個Oroville大壩的圖，大壩是芯墻堆石壩，壩高234.7米，是美國最高的大壩，2013年的時候我曾經(jīng)去過這個大壩，這個壩頂高是281米，壩軸線長2109米，庫容44億立方米，大壩就是供水、發(fā)電、防洪。這個是主壩，這兒有兩個廠房。在右岸山體建了一個溢洪道，這個正常的溢洪道邊上就是緊急溢洪道。主溢洪道寬54.5米，長930米，堰頂248米，泄流能力4200米/秒。緊急溢洪道，是一個寬530米的溢流堰。

這個事情背景是這樣，前幾年我也去過加州幾次，在前年去加州的時候跑了它幾個水庫，加州的水庫基本上都是干的了，庫都見底了，所以加州北部連續(xù)經(jīng)歷了四年的干旱，但是在今年，2016年冬季遭遇了持續(xù)的強降雨，主要來源夏威夷的水區(qū)輸送和北極的冷空氣在這兒碰撞形成了。這張圖就是加州北部的這幾個水庫的情況，整個高度是庫容能力，這個相當(dāng)于滿庫，這就是基本滿了，這還沒滿，一半，這幾個水庫可以看出來，2016年—2017年冬季，加州北部的大部分水庫都接近于滿庫或者半滿的情況，所以一下就是劇烈的從嚴(yán)重干旱轉(zhuǎn)為洪水的季節(jié)。

這個是壩最干年份一年的水位過程線，這是它最豐水年的過程線，這條藍(lán)色的線實際上就是2016—2017年的過程，可以看出來，實際上它已經(jīng)超出了歷史上最豐年的情況。

先看一下這個圖標(biāo)，這個黃色的是它的庫水位線，這個顏色的是它的入庫流量，底下的綠色的是出庫流量。我們看一下整個過程，今年2月7日的時候，就是在這個時候，它的入庫流量達(dá)到一定程度以后就開始泄洪了，剛開始泄洪的時候發(fā)現(xiàn)溢洪道發(fā)生了破壞，2月8日的時候，溢洪道破壞以后趕緊把閘門關(guān)了，出庫流量就降下來了，9號又來了大的，溢洪道泄洪的時候又慢下來了，關(guān)了一部分閘門，所以這個水位就上升的很快，到10號的時候這個破壞就迅速的發(fā)展。所以這個水庫水位超過了非常溢洪道的堰頂高程，這個非常溢洪道就開始泄洪，就發(fā)現(xiàn)問題，非常溢洪道上面的山體發(fā)現(xiàn)了破壞，所以2月12日加州政府就發(fā)布了緊急疏散令，到了2月12日夜里的時候，這個水位降到非常溢洪道堰頂以下了，水位再持續(xù)下降的時候，2月14日就把這個強制疏散的命令改為警告了，你可以回家，但是還是警告你要隨時注意來水的情況。這是從它開始泄洪一直到最后發(fā)生破壞，一直到最后強制撤離。所以整個過程中，中央電視臺的報道、新聞的報道都說美國最高的大壩要發(fā)生潰壩了，實際上不是這么回事，實際上是溢洪道出了問題，這個大壩是安然無恙的。這是它的整個大壩，一點問題沒有，出問題的是它的溢洪道，就是說在2月7日的時候主溢洪道泄洪的時候，在泄流量達(dá)到1543米/秒的時候，發(fā)生了流態(tài)的異常。緊急把閘門關(guān)了以后，發(fā)現(xiàn)溢洪道的泄槽破損沖出了一個大洞。但是水庫的水持續(xù)往里面進，但是它的溢洪道又出了問題了，你不能讓它漫頂，漫頂以后就出問題了，所以溢洪道還在帶病運行，所以2月8日、2月9日的時候運行一段再關(guān)上看看，2月9日的時候整個沖出來的洞口已經(jīng)把泄槽全部貫穿了。這個時候主溢洪道是屬于帶病運行，雖然有了沖坑但是還是繼續(xù)泄流，這個時候非常溢洪道也開始泄流了。

咱們新聞報道里面有一個詞，他們說Oroville大壩沒有辦法只能開啟非常溢洪道，這個概念是不對的，非常溢洪道相當(dāng)于保險絲一樣的，沒有說開啟不開啟，沒有閘門控制，水位到了這個堰頂以后自然就下泄，低于堰頂就停了，下面是沒有任何保護的，就是一個山體，這個水順著山體就往下流了，沒有固定的泄槽。

這個是從視頻截下來的，看著非常溢洪道的時候水流就順著山坡往下流，這個時候因為整個山坡沒有保護，所以水流泄下來的時候發(fā)生了破壞。

這是一個很明顯的示意圖，當(dāng)這個水位超過堰頂?shù)臅r候自然往下流了，但是在山體發(fā)生了一個沖坑，所以為什么加州政府要疏散?是擔(dān)心這個沖坑往溢洪堰的堰頂發(fā)展，如果破壞了整個堰頂?shù)幕A(chǔ)就會造成堰頂?shù)耐蝗坏顾@個堰有多高呢?50英尺、大概15米左右的堰，如果發(fā)生突然倒塌的時候會形成一個小的洪峰，這個小的洪峰可能會對下面影響。所謂說它的風(fēng)險，由于這個非常溢洪道溢洪堰如果這個堰倒塌會產(chǎn)生一次洪峰，這個洪峰可能會造成影響，所以才疏散了18萬—20萬的下游人口。這個和大壩的潰壩完全是兩回事，不是一個概念。

這是當(dāng)它水位降下來以后非常溢洪道就停止泄流了，可以看出來的確在這些位置出現(xiàn)了一些沖坑，而且最近的沖坑已經(jīng)離溢洪堰的堰頂已經(jīng)很近了，這個是12號下達(dá)疏散令，14號形勢緩解以后疏散令改為疏散警告了。

今天咱們說的主題叫"水力發(fā)電和地質(zhì)災(zāi)害"，具體說到Oroville大壩的溢洪道為什么會出現(xiàn)這么一個事故?分析事故原因的時候，目前為止還沒有一個官方的結(jié)論，因為它出事以后我們也和他的業(yè)主單位加州水資源管理局也想去現(xiàn)場做一個考察，但是他，一個當(dāng)時也在忙著搶險，一個是到現(xiàn)在也沒有完全結(jié)束，所以他說汛期過了以后6、7月份有可能要開一個公開的討論會，大家討論一下具體發(fā)布一個官方的事故原因的分析。但是從現(xiàn)場來說，因為這個事情剛出來以后我就在中國大壩工程學(xué)會大壩新聞的微信公眾號上寫了一篇文章，發(fā)表了我初步的判斷，那篇報道點擊率還是比較高的。初步看可以看出來，實際上溢洪道這個地質(zhì)基礎(chǔ)是很糟糕的，這個溢洪道的基礎(chǔ)存在一個地質(zhì)缺陷，就是它在溢洪道底板以下這么一個范圍之內(nèi)是一個松散的接近于土的這種情況的風(fēng)化比較厲害的巖石，所以一旦你的溢洪道如果有裂縫、有水流進去以后很容易產(chǎn)生沖蝕，這個如果發(fā)展就會形成空洞，形成空洞就會造成底板斷裂，我覺得這是很主要的原因。

從這張圖里面也可以看出來，這一部分的溢洪道底板下面的地質(zhì)條件是非常糟糕的，而且這個表層的風(fēng)化也非常嚴(yán)重。而且我感覺它好像在底板沒有做這個處理，所以他在做溢洪道的時候?qū)Φ刭|(zhì)問題沒有引起足夠的重視，沒有做很好的基礎(chǔ)處理，所以就在它的運行過程中造成了事故。

這張圖可以看出來，山體這個地方都是很容易被沖蝕的，但是到了這個地方巖石不錯了，沖蝕到一定程度就能夠穩(wěn)定下來了。

這也是一張鳥瞰圖，在造成溢洪道出了事了以后，造成大量的沖蝕以后，山把這個碎石淤積到河道里，造成另外一個問題，回水太高了，結(jié)果電站就沒辦法運行了，實際上降低水位的時候如果電站運行的時候，還要出大概幾百個流量，也能幫助降低庫水位。但是這個溢洪道出了問題以后，他把河道這個地方淤堵以后，后面的圍水太高，電站也難運行了，所以他搶險的時候做了兩件事，一個，要緊急修復(fù)這一塊，所以他最后是動用了大量的直升機吊著石塊，把石塊充填到這個山坡上，再澆混凝土，不讓它這個沖蝕繼續(xù)向非常溢洪道的堰頂來發(fā)展。另外，加緊疏浚下游的河道，讓電站能夠盡快的恢復(fù)運行。

這也是溢洪道底下的地質(zhì)畫面的圖。

這張照片就是他們在疏浚下游的河道，來保證盡快的讓電站開始運行，來控制這個水位。因為這個水是持續(xù)不斷入庫的，所以在這種特殊情況下溢洪道實際上是帶病運行了，但是帶病運行的時候加強了觀測，一個，控制了下泄的流量，再一個，整個周邊都一直在做這個觀測，這個是在溢洪道已經(jīng)出現(xiàn)事故的時候他仍然在泄流。這個地方已經(jīng)出了沖坑了，但是為了降低庫水位實際上帶病運行，這個水還是往下泄，但是到了沖坑的時候已經(jīng)跨過這個倉，下游已經(jīng)不起作用了，實際上是拐彎從山體里邊。

這個是非常溢洪道的山體，這個是沖出來的沖溝。

這個是他在直升機拋灑的石塊以后再澆混凝土，把這個非常溢洪道下游的坡面做了一個保護。可以看到這個時候?qū)嶋H上水位已經(jīng)開始下去了，那個是他在公路上排隊攪拌混凝土的車來做下游的這個情況。

這是整個過程，下面我想談一下教訓(xùn)和結(jié)論。

水電開發(fā)中的水庫大壩是科學(xué)減災(zāi)的重要手段，它關(guān)系到防洪安全、供水安全、糧食安全，而且關(guān)系到經(jīng)濟安全、生態(tài)安全和國家安全，所以大壩的安全實際上關(guān)系到方方面面，所以科學(xué)的大壩安全管理對于國家具有十分重要的戰(zhàn)略意義，需要高度重視。

這是一個結(jié)論。為什么現(xiàn)在咱們高壩大庫也很少出事故呢?就是因為我們對這方面也很重視，因為你重視以后才能少出事故，這是從兩個方面來理解，就像我們說的你坐汽車和坐飛機，飛機一旦出事后果很嚴(yán)重，但是對飛機的安全也非常重要，所以出的事相對比較少。

高壩大庫的安全管理是一項非常細(xì)致的工作，不能有一絲疏忽

第二個結(jié)論，。像美國Oroville大壩這個事情，就是管理上存在一定的問題，但跟美國最近這些年在基礎(chǔ)設(shè)施投入上，減少了投入也是有一定的關(guān)系。Oroville大壩實際上在世界上非常有名，它是在一九六幾年就建成了200多米高的大壩，那個時候中國的土壩沒有超過100米的時候，所以它當(dāng)時建的時候還是很先進的，但是這么幾十年過來以后，安全的管理需要持續(xù)不斷的投入的，如果你忽視了這個安全管理上的投入，那么將來它一定會有事故來懲罰你。

全球氣候變化對目前大壩安全管理的形勢有非常重要的影響。由于來水的枯水年到豐水年的變化非常劇烈，像加州這種情況連續(xù)四年大旱以后突然來了一次超過歷史上最大的這個豐水年度，所以這個豐、枯變化突發(fā)事件就會增多，所以對大壩安全要保持高警惕性。

在大壩安全管理中要特別重視地質(zhì)問題

第三個方面，。地質(zhì)的隱患一般來說是不容易發(fā)現(xiàn)的，而且一旦出問題的時候是措手不及，你看也看不到，一出問題就措手不及，所以現(xiàn)在大壩安全的管理特別強調(diào)監(jiān)測儀器的作用。科學(xué)技術(shù)進步以后還要增加新的儀器，實現(xiàn)對大壩全方位的監(jiān)控。

要對每個高壩大庫，

最后一條，美國這個大壩雖然出事，但是他們的搶險還是可圈可點的，還是做的非常好的，包括這種豪華的直升機群的出動，所以他這個國家的實力還是在那兒的，一旦出問題還是投入得上去。

我的匯報就這些，謝謝大家!

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