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美國連續(xù)潰壩(漫壩)給我們帶來怎樣的警示

由于持續(xù)降雨,密歇根州Tittabawassee河上發(fā)生梯級水電站連續(xù)潰壩(漫壩)。美國當地時間5月19日19:30左右,Edenville大壩漫壩并潰決,下泄洪水于20:49又沖垮下游Sanford大壩,迫使密歇根州中部約1萬人撤離。另據外媒報道,Edenville大壩上游的Smallwood大壩也發(fā)生漫壩,具體時間不詳。根據美國有線新聞網CNN當地時間5月20日17時左右報道,潰壩洪峰已經過去,目前暫無人員傷亡報道。
前日,我們于事故發(fā)生的第一時間報道相關情況(突發(fā)!美國密歇根州連潰兩壩 上萬人緊急撤離),隨著當地媒體報道與披露資料的不斷增多,我們嘗試著進一步廓清這次重大事故的種種疑團,并探討它為我國大壩安全監(jiān)督管理帶來的警示。

事故大壩和流域概況

密歇根州Tittabawassee河修建有4座水電站大壩,從上游依次為Secord、Smallwood、Edenville和Sanford,工程主要任務均是發(fā)電。上述四座水電站均修建于1924年,至今已服役96年,現由Boyce Hydro公司負責運營。
Tittabawassee河梯級水電站位置示意圖

Secord大壩位于格拉德溫縣,距格拉德溫市東北約13.7km、米德蘭市上游約67.6km,是此次事件中唯一幸免的大壩。

Smallwood大壩位于米德蘭市上游約54.7km處。該壩建于1924年,主體結構由混凝土溢洪道和發(fā)電廠房組成。壩頂高程214.8m。2000年,堤壩上游側加固了防滲樁墻。在正常蓄水位214.8m的情況下,水庫蓄水面積約為2.02k㎡。大壩總長度約為313.9m,混凝土溢洪道和發(fā)電廠房約為22.9m。

Edenville大壩位于米德蘭郡和格拉德溫郡之間。大壩由兩部分組成,一部分壩段在Tobacco河上,另一部分在Tittabawassee河上,裝機4.8MW,壩體為土壩,兩側均設有混凝土溢洪道。壩頂高程216.3m,大壩總長度1.9km,壩高16.6m,每條溢洪道長度約21.3m。在正常蓄水位205.98m時,水庫蓄水面積約為9.3k㎡,水庫庫容約4933.9萬m3,按照我國定義,是一座中型水庫。從潰壩現場視頻看,此次大壩潰決位置位于左側壩段。
Sanford大壩位于Edenville大壩下游約11.3km處,壩長600m,大壩高7.9m,安裝有3臺發(fā)電機組,總容量3.3MW。大壩有6孔溢洪閘,由液壓啟閉閘門控制。漫頂潰決位置始于緊鄰溢洪道的壩體位置。

Smallwood大壩布置及漫壩情況圖

Edenville大壩布置及潰決圖

Sanford大壩布置及潰決圖

據美國國家氣象局消息,5月17日和18日,當地降雨量達100~180mm,Tittabawassee河在19日上午進入大洪水期。

應急響應情況

據了解,潰壩影響地區(qū)的應急部門具有較完備的各標準洪水和潰壩洪水風險圖。
5月19日全天,美國國家氣象局向Tittabawassee河流域不斷發(fā)布洪水警報,敦促民眾撤離。米德蘭市位于Tittabawassee河畔,人口數量約為4.3萬。當地政府通過手機即時通訊工具、網站等及時發(fā)布了潰壩信息,約1萬人進行了撤離。密歇根州州長19日晚間宣布進入緊急狀態(tài),并呼吁受影響地區(qū)數以千計的民眾前往親友家中或緊急避難所?!霸诮酉聛淼?2至15小時內,米德蘭市中心可能會被9英尺(2.74m)深的洪水淹沒”。
從事故后的現場圖片看,潰壩洪水經過米蘭德郡后,繼續(xù)向下游演進,經弗里蘭,并由貝城匯入休倫湖。
潰壩下游河段下游有一家著名企業(yè)陶氏化學的總部,包含三家大型化工廠區(qū),據當地政府估計,米徳蘭化工基地將有一半區(qū)域被淹沒,目前還暫時不清楚洪水可能對化工廠造成的影響,并且未來對下游和休倫湖生態(tài)的影響也還不能確定。潰壩洪水發(fā)生后,陶氏化學公司表示,已啟動緊急行動,包括安全關閉仍在生產塑料和其他化工產品的區(qū)域。

潰壩原因分析

從已有信息源和潰壩位置衛(wèi)星圖像推測,導致潰壩主要因素是持續(xù)降雨、大壩泄流能力不足、大壩運行維護不到位。
持續(xù)降雨。美國國家氣象局對該地區(qū)的降雨過程做出了較準確的洪水預報,最大洪水來臨時段與Edenville潰決時段幾乎重合。關于此次洪水是否超過大壩設計標準,尚缺乏數據支撐。
大壩泄流能力不足。有關報道稱,外界此前就已開始擔憂上述幾座大壩的安全狀況。其中Edenville大壩由于長期未解決溢洪道泄流能力不足問題,屬高風險大壩,2018年被密歇根州評定為不合格的狀態(tài),且由于Boyce Hydro公司存在違規(guī)問題,被聯邦能源監(jiān)管委員會(FERC,Federal Energy Regulatory Commission)吊銷了運營許可證。此后,Edenville大壩的管理權被密歇根州環(huán)境、大湖和能源管理局接管。從FERC于2018年9月10日起生效的Edenville大壩許可吊銷文件看,該水庫不具備應付可能最大洪水(PMF)的下泄能力,實際泄洪能力僅能達到要求值的50%??梢酝茰y,由于泄洪能力不足,即使遭遇設計標準內洪水,Edenville大壩亦有漫頂潰決的可能,其潰壩洪水下泄又造成了下游Sanford大壩的潰決。

大壩運行維護不到位。Edenville和Sanford大壩都是運行近100年的大壩。Edenville需要更大的溢洪道以及更好的保護措施,以防漫頂損壞。但遺憾的是,因維修成本較高,業(yè)主沒有及時進行溢流到擴建。Sanford雖然通過了當時的評估,但也因為近100年的運行歷史讓人對其質量產生了擔憂。事件發(fā)生前,包括這兩座大壩在內的數座大壩正在公開招標改擴建,都因種種原因沒有企業(yè)愿意競標,直至發(fā)生潰壩事故。


當地水電站大壩管理現狀審示

聯邦能源監(jiān)管委員會表示,自2004年以來,他們一直在敦促Boyce Hydro公司對大壩進行升級改造,使其能夠抵擋預期可能發(fā)生的大洪水。經前期評估,Edenville大壩需要更大的溢洪道以及更好的保護措施,以防漫頂損壞。但因維修成本較高,業(yè)主沒有及時擴大其溢流能力。
事實上,Edenville大壩被要求提高泄洪能力的文件記錄最早甚至可以上溯到1999年1月。

而在此后的20余年中,大壩業(yè)主雖然由Wolverine Power Corporation變更為Boyce Hydro(2004年),他們與大壩監(jiān)管機構“打太極”方式一直未變——通過各種泄洪能力專門論證拖延整改,水庫的泄流能力也一直未能本質提升。即使2018年大壩發(fā)電許可被吊銷,大壩業(yè)主也僅將大壩列入待出售狀態(tài),而沒有采取任何有針對性的處置措施,最終釀成此次大壩潰事件,嚴重威脅了下游地區(qū)的公共安全。

從上述情況看,這與2017年美國加州奧利維爾大壩溢洪道事故有著同樣“診而不治”的原因,反映了美國在大壩安全監(jiān)督管理機制上存在缺陷。


教訓和啟示

近年來,國內外已經發(fā)生多起水電站大壩嚴重事故。今年5月,烏茲別克斯坦Sardoba大壩潰壩,造成4人死亡、1人失蹤、56人受傷,附近7萬多人被疏散;去年7月,我國汶川地區(qū)因為強降雨和泥石流,龍?zhí)端娬荆ㄐ∷姡┌l(fā)生泄洪設施淤堵漫壩,太平驛水電站因下游堰塞湖被淹沒。上述事故和災害為我國大壩安全監(jiān)督管理工作敲響了警鐘,針對當前面臨的新形勢和新任務,對我們有以下警示:
一、必須進一步強化大壩安全意識,時刻謹記大壩運行安全事關公眾生命和財產安全,不能有絲毫的懈怠。水電站的運行管理單位要始終把大壩安全放在第一位,嚴格按照國家法律法規(guī)和技術標準規(guī)定,健全管理體系、落實安全責任,保證工程建設質量、規(guī)范運行維護工作,確保水電站大壩運行安全。
二、在全球極端氣象情況和地震頻發(fā)的自然條件下,需謹慎設計度汛方案,充分考慮設計洪水發(fā)生改變,或者原有設計泄洪泄流能力未達到設計要求,或者調度泄洪通道受阻等原因可能造成的工程防洪隱患,明確對工程進度及相關度汛措施的要求和留有余地。同時,還應特別關注閘門、啟閉機等泄洪設施的金屬結構和機電設備的運行情況,保證在需要時能及時啟閉運行。
三、大壩運行管理單位要重視并做好風險分級管控和隱患排查治理,落實安全經費,及時徹底解決檢查發(fā)現的安全問題。持續(xù)降雨是本次多座大壩失事的誘因,而Edenville大壩泄流能力不足和運行維護不到位可能是此次水庫連續(xù)潰決的主因,這暴露了其安全管理體系的重大缺陷,“診而不治”,多年來對監(jiān)管單位的連續(xù)警告置若罔聞,最終釀成了此次大壩潰決事件。
四、大壩運行單位要加強現場應急能力建設,提升應急演練水平,積極應用各類現代化技術手段,進一步提高災害風險監(jiān)測預報預警能力。尤其在汛期,要立足于嚴防潰壩、漫壩等重大險情,壓實防汛責任、落實防汛措施,加強汛期應急處置,有效應對各種突發(fā)天氣情況。進一步建立完善上下游、干支流各水電站業(yè)主之間的信息共享共用技術途徑和工作機制,確保響應的聯動、協調。要按照有關規(guī)定和技術標準開展大壩下游潰壩洪水分析、繪制洪水風險圖,為可能發(fā)生的洪水災害應急搶險和救援提前做好準備。
五、關注大壩老化問題。Tittabawassee河部分大壩潰決,只是密歇根州大壩老化問題的一個縮影,密歇根州大約有2600座大壩,其中三分之二的大壩已經超齡服役,在未來五年內,密歇根州大約80%的水壩將超過50年的使用年限。對于老壩,更應當加強安全檢查,定期開展全方位的安全評估,在風險可控的情況下確保安全運行。


作者:楊彥龍、彭之辰、杜德進、崔何亮
資料收集:吳雙