Taum Sauk抽水蓄能工程系列报道（II）——Taum Sauk抽水蓄能电站溃坝后的应急响应及造成的影响

崔弘毅编译

（国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州310014）

Taum Sauk抽水蓄能电站上库面板堆石坝因发生漫顶导致溃决事件后，立即启动了应急管理系统，挽救了下游的小镇。其应急管理体系非常完善，技术非常先进、成熟，值得国内电站借鉴。但溃坝事故对当地的社会、经济、环境等还是造成了很大的影响，损失惨重。新水库重建后，在未来的运行管理中，应积极吸取教训，避免重蹈覆辙。

1 应急预案

Taum Sauk电站失事前，其应急预案的最新版为2003年1月版，最近的一次年度更新于2005年8月24日提交完成。

1.1 告知流程图

应急预案中包括两个告知流程图：上水库失事的告知流程图和下水库失事的告知流程图。上水库失事预案要求失事后立即通知Johnson's Shut-Ins公园的管理者，并立即让电站的工作人员分头通知在下水库划船的游客和露营者。之后，应马上电话通知当地的消防部门、当地政府领导人、业主Ameren UE、联邦能源管理委员会（FERC）和国家天气服务中心（National Weather Service，NWS）。下游失事的通知流程和上游相似，但不用通知公园的管理者，因为公园在上游，下水库失事对公园没有影响。

应急预案中包括水库下游每一位失事时需要安排疏散的居民的名字、地址和电话等。当地消防部门会分成3个小组，分别去通知这些居民。具体见图1。

1.2 险情发现

应急预案还包括险情发现和评估。险情发现：（1）由电站人员和保安人员直接发现；（2）由Taum Sauk电站安装的仪器系统和位于远端Osage电站的控制仪器报警发现险情（Osage电站和Taum Sauk抽水蓄能电站都属于Ameren UE，Osage电站通过微波系统远程控制Taum Sauk电站的运行），或由负荷分配办公室发现；（3）由从媒体获得的即时天气情况及天气预报推测。电站工作人员和保安人员工作时间为7∶00～18∶30，有电站管理人员住在现场。同时，通过Shut-Ins公园观察到的高速水流和泥石流可以推断异常渗漏和失事征兆。

1.3 淹没图

上水库和下水库都有各自的失事流程图，制作于1988年。

（1）上水库淹没图

图1 EAP通知流程图Fig.1 EAP notification flow chart

假设上库西段坝坡失事，以此确定淹没区域。假定大坝失事由渗漏量增大而引起，始于挡水墙溃决，启动应急预案。渗漏开始0.5 h后，挡水墙溃决，泄水量达127.35 m3/s，15 min后，泄水到达北高速公路和Shut-Ins公园之间的河滩。随后0.5 h内，第一块面板溃决，泄水量达396.2 m3/s。2 h后，另外的面板也出现溃决，水库放空，最大泄水量达849 m3/s。最终的决口底宽18.29 m，顶宽73.15 m，决口与底边成45°角，见图2。最大泄水量849 m3/s和1986年Black河的洪水流量相当。下水库应该能容纳大部分泄水。

图2 预计决口示意图Fig.2 Sketch drawing of the dam breach

从决口开始，泄水路径分为4段：（1）泄水从大坝下泄2743.2 m，经过长满小树林的山坡，到达Brown河的东支流；（2）泄水经过高程1524 m的北高速公路和Shut-Ins公园间的河滩；（3）泄水经过Shut-Ins公园的野营地和狭窄的峡谷；（4）泄水经过213.36 m长的支流，进入下库。

上水库的淹没图不包括泄水的到达时间和最大泄洪量的出现时间。

应急预案也没有考虑上水库北面或东面坝坡溃决的泄水路线，因此淹没图中没有相应的淹没区域范围。若上水库北面或东面溃决，泄水将经过Black河最终流入下水库，对在下水库娱乐休闲的人们构成威胁。

（2）下水库淹没图

假设下库大坝忽然发生溃决，溃决部分为从高程228.6 m的坝顶至高程219.456 m的廊道底部，溃坝最大泄水量为1415 m3/s。下游河道很宽，在距大坝457.2 m处，河道宽度达304.8 m，在其下游到Lesterville镇的4.73 km中，河道宽度不断变大。Lesterville镇下游，河道受到公路填方和钢筋桥的限制。在钢筋桥下游1.61 km处，东支流和Black河的中段支流汇合，最终，河水流向美国工程兵团的净水库，距下水库约16.1 km。

下库溃坝15 min后，将有建筑物受到影响。泄水将在1 h内到达Lesterville镇，到达镇中的钢筋桥之前，洪水将对约25座建筑物造成影响。桥下游0.4 km处是夏季休养营地。

1.4 培训和练习

水库运营人员每年都接受应急预案的相关培训。基于大坝溃决的假设，电站监管者每年都会进行应急预案演习，同样，通知流程中Ameren UE的员工和应急响应人员（如Reynolds郡的治安官、Les⁃terville镇消防部门、NWS等）也会参与演习。演习开始前，会预先通知参与者这只是演习。演习目的是保证Osage和Taum Sauk电站的运营操作人员清楚警报并能遵守其内部流程，以及Taum Sauk电站的监管者和被指定人员能根据险情推进告知流程。演习之后，电站监管人会电话通知所有参与者，对流程进行评估。

Ameren UE让Osage和Taum Sauk电站交替进行功能演练。Taum Sauk电站最后一次功能演练是在1998年5月。Osage电站上次功能演练是在2003年，Taum Sauk下次功能演练计划在2008年。（注：功能演练是指针对某项应急响应功能或其中某些应急响应行动举行的演练活动，主要目的是针对应急响应功能，检验应急人员以及应急体系的策划和响应能力。年度演习往往用来检测一种特别的操作或某机构的功能，提供操作、使用新装备的训练等，这是大多数部门比较熟悉的方式。）

2 应急响应

2.1 Ameren UE关于2005年12月14日应急预案启动和协调的论述

Ameren UE提供了当时险情发现、应急预案启动和协调的详细资料，见表1。

表1 Ameren UE的应急响应Table 1:Emergency actions of Ameren UE

Ameren UE声明，应急预案实施过程中没有重大问题。

2.2 Reynolds郡的应急响应

早上5∶41，Reynolds郡911调度员接到一个骑摩托车的路人的电话，说在北高速公路发现高速水流，调度员马上电话Lesterville镇消防部门和Reyn⁃olds郡治安官，告知他们这一情况。讽刺的是，Taum Sauk电站的年度演习定在这一天，调度员询问郡治安官这是否是演习的一部分，郡治安官回复说不会在这个时候开始演习并建议调度员准备一份应急预案，随时备用。

Reynolds郡人员开始紧急联系。Lesterville镇消防部门联系了Taum Sauk电站的监管人员。

7∶00，决定关闭Lesterville学校用来作为避难所，美国红十字人员和救世军（基督教的一种传教组织，编制仿部队形式）到现场提供救助服务。Ameren UE还租了一个当地的旅馆作为另一个避难所。随着NWS宣布下水库下游可能出现洪水，应急响应人员开始挨家挨户疏散居民。Reynolds郡治安官说，疏散不是强制性的。

中午，直升机到场巡视受灾区域，搜寻是否还有其他需要援助的溃坝受害者。

因洪水毁坏，关闭北高速公路。K高速公路和49高速公路受到洪水威胁，部分关闭。Shut-Ins公园的露营地、游乐场和浴室都被严重损坏。

图3 Shut-Ins公园一片狼藉Fig.3 Turbidity at Johnson’s Shut-Ins

Reynolds郡治安官肯定了Ameren UE人员在应急响应前和行动中给予的合作：“他与Taum Sauk电站监管人员进行了面谈，并参加了年度演习以熟悉在应急响应行动中的角色。他很清楚淹没图的内容，并认为其很有用。在前一次演习中，他提出让Taum Sauk电站和郡治安办公室保持无线电通讯畅通会大大提高紧急情况中的沟通效率，Ameren UE很快就照此准备了一套。”

图4 Shut-Ins公园下游河道两岸冲刷严重Fig.4 Scour and loss of riparian habitat below the Johnson’s Shut-Ins

图5 下水库大坝泥泞不堪Fig.5 Turbidity at lower dam

郡治安官也指出了应急响应中的一些问题：有2条911线路被淹没在数百电话之中，接线员无法处理所有的打入电话。他估计当天有600～800个打入电话。应急行动中，因为人们无法第一时间联系上当地居民，他的办公室接到大量报告人口失踪的电话。随着时间推移，失踪人数慢慢减少，最后全部找到。

郡治安官也提到了NWS发出的基于下水库溃坝假设的洪水警报：“事故发生不久后就能确定下水库没有溃坝危险，但洪水警报过了很久才被撤回。为响应这洪水警报，应急人员被派去挨家挨户疏散下水库下游的居民。”

郡治安官也提出了在处理相似紧急情况时可考虑的改进措施：建议采取某些早期预警系统，保证下游居民能及时收到通知，比如自动召集系统或警报，这在气候温暖的月份特别重要，因为那时Shut-Ins公园到处都是露营者。他同时指出，紧急情况发生时，应和媒体保持单点联系，这样可避免记者接到群众传去的非专业信息。

2.3 NWS应急响应

NWS的应急响应情况见表2。

2006年1月12日，NWS内部讨论了这次事故和其应急响应。

他们指出，NWS在溃决发生1 h后才接到通知，这让他们无法在第一时间向下游居民发出警报。

在参与了2003年Osage电站举行的功能演练和2004年的年度演习后，他们与Taum Sauk电站监管者的配合更加密切。

事故发生早期，很难接到Ameren UE的消息，他们只能做出发生了最坏情况的假设，即下水库大坝也发生了溃决。后来，当他们得到了更多信息，确定下水库大坝没有溃决危险时，他们降低了下游洪水位的预测值。

表2 NWS的应急响应情况Table 2:Emergency actions of NWS

3 事故对居民造成的人身伤害

清晨5∶15，上库大坝发生溃决，此时大多数居民正在睡觉。洪水将公园监管者的房子夷为平地，他和家人都在房子里。公园监管者迅速爬到一棵树上，但他的妻子和3个幼小的孩子（分别为5岁，3岁和7个月）则被冲到了离家400 m外的地方，援救人员花了1.5 h才找到他们。他们被掩埋在泥浆里，遭受了不同程度的挫伤。孩子们被送往圣路易斯的医院接受治疗，曾因体温过低和呼吸问题被列为病危，但几星期后，恢复状态良好，顺利出院。

北高速公路上一辆装满了锌的卡车被洪水淹没，司机爬上车顶避难，另一辆卡车和一辆轿车也被水淹没了，司机都爬上了车顶避难。一间活动房、几辆小轿车和一辆拖车则被水冲走。

另一户居民的住宅则被洪水包围，因为他们的住宅在一座小山上，所以住宅没有进水，但附近的农场则损失严重，有的栅栏被冲毁，到处都是泥浆和碎片。

图6 公园监管者的房子被洪水冲走Fig.6 State park superintendent’s former home

图7 农场到处都是泥浆和碎物Fig.7 Farmland with debris

由于应急预案启动及时，应急人员反应迅速，流程科学合理，此次溃坝没有造成一例人员死亡，伤者也不是太多，值得欣慰。

4 事故对经济、环境等造成的影响

4.1 对地形地貌的影响

大坝溃决后，上下水库之间约1.28 km2的区域直接受到泄水影响。泄水将Proffit山下182.88 m宽范围内的表层土壤全部冲至基岩。在Proffit山脚支流汇入East Fork Black河地区，山坡存在断裂，大部分沉积物和来自溃坝的土石料沉积在此，形成冲积坝。此处的沉积物有大到直径上米的漂石，也有小的细沙和粉土。来自上水库的混凝土、钢筋和土工膜衬砌也在沉积物中。据估计，水土流失和来自Proffit山坡及沉积物的原料转移还将持续一段时间。Ameren UE拟建一系列临时沉积物截留建筑，以阻止沉积物的转移，直至其稳定下来。下水库上游建有仓壁式坝，原作用为拦截溪流中的碎石，此次溃坝事故中，许多沉积物也被其拦截下来。

4.2 对水质的影响

数据显示，浊流对水质影响巨大。溃坝发生后，大的沉积物多数都留在了Shut-Ins公园区域内，小的粘土粒子则悬浮在空中，种种迹象表明，这些悬浮粒子至少两周后才会沉淀下来。如粘土粒子类的小粒子，粒子本身带电，粒子之间相互排斥，为悬浮提供了条件。为减少下水库的浑浊，2006年1月25～27日，Ameren UE使用了主成分为明矾的絮凝剂（主要用于饮用水处理）来去除粒子所带电荷，以帮助其沉淀下来。若不使用絮凝剂，其悬浮时间将大大增加。另外，河道下游的悬浮粘土粒子很可能会漂浮到更下游的地区去。

4.3 对鱼类的影响

由于溃坝事故，许多鱼类都丧生了，幸免于难的鱼群，大部分被冲入了下游的河滩。沉积物和碎石土改变了河道的结构，摧毁了鱼类的生息地。根据事故后的勘察推断，大部分鱼类被冲到了下水库，幸存的鱼类很可能不适应新环境，环境将对其造成一定的影响。随着水质转好，生息环境和食物源的改善，鱼群会逐渐回游到受溃坝影响的河段。或许需要几年时间，鱼类的多样性才能逐渐恢复。

4.4 对森林的影响

溃坝事故发生前，Proffit山植被茂密。溃坝事故发生后，从上水库溃决处到谷底平地以及Shut-Ins公园内，超过101.17万m2的植被遭到破坏。植被遭到破坏的另外一个原因是表层土被水冲走，因此，该区域若希望恢复到之前的森林覆盖率，存在较大难度。除了植被遭到破坏的山区，公园内的沼泽地区被沉积物覆盖，最厚的沉积物覆盖层超过1 m。

4.5 对野生动物的影响

Proffit山的阔叶树林为许多野生动物提供了栖息地。山区的普通哺乳动物包括白尾鹿、丛林狼、山猫、赤狐、灰狐、浣熊、老鼠、兔子、臭鼬及松鼠等。2005年的调查显示，Reynolds县有125种鸟类，其中约29种栖息在山区。溃坝事故发生后，对受影响区域进行的环境调查显示，有1只乌龟因洪水丧生，没有关于其它陆地生物的报道，但是，对于转移速度缓慢的动物，几乎不可能逃出洪水的影响，大部分都被冲走或在激流中丧生。因为溃坝洪水，一部分陆生动物和鸟类失去了栖息地，由于树木和水生植物遭到破坏，许多动物因此失去了食物源。

另外，由于激流冲刷，Proffit山形成了一条从大坝溃决处延伸至谷底的狭长地区，阻止了动物的正常活动。如对浣熊、松鼠、老鼠等动物来说，穿过这些只有基岩暴露在外的地区无疑是非常危险的，因此，这一地带成了许多动物正常活动转移的屏障。

因为溃坝事故，11种植物、7种鸟类、2种两栖动物、2种昆虫、2种哺乳动物和2种鱼类受到严重威胁，被列入重点关注范围。

4.6 对休闲娱乐业的影响

Taum Sauk工程位于郊区，其附近坐落有3个国家公园：Shut-Ins、Elephant Rocks和Taum Sauk山公园。每个公园都为游人提供了各式的休闲娱乐项目，如Shut-Ins公园提供了如露营、徒步、游泳等休闲项目，Elephant Rocks公园提供了徒步和参观地质奇观等项目，Taum Sauk山公园内可进行徒步和探险项目等。Taum Sauk工程范围内的其它休闲娱乐项目还包括在下水库钓鱼、野炊、露营、参观上水库、参观博物馆等。

溃坝事故发生后，Shut-Ins公园遭到严重损坏，河流发生变道、沉积物堆积、硬件设施被损毁，公园被迫关闭。类似的，通往上水库、游客中心和博物馆参观的公路也被关闭；因为要监测水质和控制沉积物，下水库也不能使用。Shut-Ins之前是最受欢迎的公园之一，每年吸引大约25万游客。溃坝事故后，立即开始对公园的清理工作，希望2006年夏季之前完成。冬季，钓鱼和露营活动最少，但春季和夏季会逐渐增多，如果到时候不能及时开放公园和下水库等，则会对休闲娱乐业造成不利影响。

4.7 对交通的影响

溃坝洪水中携带的大量的污泥、碎石以及树木堆积在北高速公路上，交通部门的员工及时到达现场并着手清理道路。桥梁部员工也到达洪水影响区域监测桥梁情况。溃坝事故当天，没有路桥受损的报道。

5 结语

综上所述，Taum Sauk上水库溃坝事故对当地环境、经济等造成了巨大的损失，其中教训发人深思，应引起警惕。待新水库重建完成，在未来的运行管理中，应注意加强以下环节：

（1）重视和加强大坝安全各责任部门间和部门内部的沟通；

（2）原工程中，土石坝上的挡水墙是相对高危建筑，其风险比其它环节高出很多，溃坝也是从挡水墙的溃决开始的。在今后的运行管理中，应对风险较高的环节给予更多的重视，确保其安全稳定；

（3）运行中应对仪器进行定期检查、维护和保养，发现问题及时排除，避免仪器失效对电站构成风险。同时，应注意避免过分依赖仪器或人工数据的风险，应更有效地应用仪器和人工比对数据，为电站的安全运行服务。■

[1]Kevin S.Richards,P.E.,P.G.Lessons learned from the fail⁃ure of the Taum Sauk dam[C].USSD(United States Society on Dams)Annual Conference;2007.

[2]FERC Taum Sauk Investigation Team.Report of Findings on the Overtopping and Embankment Breach of the Upper Dam-Taum Sauk Pumped Storage Project,FERC No.2277[R].2006.

[3]FERC Independent Panel of Consultants(IPOC).Taum Sauk Upper Dam Breach FERC No.P-2277,Technical Reasons for the Breach of December 14,2005[R].2006.