奥洛维尔事件及其引发的思考

张秀丽，杨 鸽

（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122）

0 前言

2017年2月7日，美国奥洛维尔（Oroville）水库主溢洪道泄槽局部发生破坏，之后5天内事态迅速升级，最终导致18.8万人紧急撤离，造成了恶劣的社会影响。在简要介绍事件发生、发展以及最新进展的基础上，文章讨论了该事件所暴露出的问题，再结合我国大坝安全管理的现状及面临的挑战，探讨该事件带来的启示以及引发的思考。

1 奥洛维尔事件概况

1.1 工程概况

奥洛维尔水库位于加利福尼亚州北部菲泽河（Feather River）上游、奥洛维尔市东部，于1968年建成投产。水库库容44亿m3，正常蓄水位为900 ft，主要用于防洪、灌溉，兼有发电功能[1]。拦河大坝为心墙堆石坝，最大坝高234.7 m，坝轴线长2 109 m，是美国最高的大坝。

大坝右岸山体上布置有主溢洪道和非常溢洪道（如图1所示）。其中主溢洪道采用正槽式布置，由进水渠段、控制段、泄槽段、消能段组成。泄槽宽54.5 m、长930 m；865 ft高程以上混凝土28 d抗压强度约为20 MPa，865 ft高程以下混凝土抗压强度约为27 MPa；泄槽底板最小厚度为38 cm，采用灌浆锚杆锚固于地基上；泄槽底板下布设有排水网管，排水管直径约15 cm；施工过程中对溢洪道地基进行了清基和开挖[2]。非常溢洪道控制段为开敞式混凝土堰，堰顶高程901 ft；靠近大坝一侧为实用堰，总长283.5 m，高15.24 m；远离大坝一侧为宽顶堰，总长244 m。下游为自然山坡，未进行开挖和衬护。

奥洛维尔水库由加州政府投资修建，加州水务局（Department of Water Resources，DWR）负责运行管理，联邦能源监管委员会（Federal Energy Regulatory Commission，FERC）以及加州大坝安全部（ California Division of Safety of Dams，DSOD）负责监管。

1.2 事发经过

2017年1 月中旬起，奥洛维尔水库水位保持在850 ft左右，即防汛调度要求的汛限水位[3]（如图2所示）。2月2～4日，水库入库流量增大，为确保库水位低于汛限水位，主溢洪道增大泄洪流量，至2月6日达到1 096 m3/s。

图1 奥洛维尔大坝布置图Fig.1 Aerial view of Oroville dam and Lake Oroville

图2 奥洛维尔水库水位及日平均出入库流量过程线[8]Fig.2 Reservoir elevation,inflow and outflow of Lake Oroville

2月7日，主溢洪道下泄流态发生异常，当日最大下泄流量为1 480 m3/s。停止泄洪进行检查时，首次发现主溢洪道混凝土泄槽出现冲刷破坏[4]，破坏位置距挑坎约300 m，距控制段约600 m。后续调查认为，泄槽底板破坏最早始于桩号33+50 ft处（如图3所示），此后，其下部的土体以及中高风化岩石直接暴露于高速水流中，受到严重冲蚀，致使泄槽底板的破坏向上下游发展[5]。

2月8日，主溢洪道泄洪流量为300～566 m3/s，泄槽破坏区域扩张到原区域的两倍。

2月9日，主溢洪道的破损向上游发展约120 m左右后基本保持稳定，泄洪流量被提高至990～1 270 m3/s，但此时库水位已达890 ft。当日晚8时，年度最大暴风雨来袭，运行单位随即提高主溢洪道的泄流量。同时，由于溢洪道破坏残块的堆积，海厄特水电站下游消力池的水位被壅高。为了避免水淹厂房，同时考虑到溢洪道破坏部位距离4号输电铁塔仅有30 m，DWR开始准备启用非常溢洪道辅助泄流[6]。

2月10日，主溢洪道泄洪量增大至1 560～1 840 m3/s。但受到前一日大量来水的影响，库水位升高至899.4 ft，逼近非常溢洪道堰顶。泄槽冲刷破坏区域发展到91.4 m宽、152.4 m长、13.7 m深[7]。

2月11日，库水位持续上涨，至早晨8时左右，库水位超过非常溢洪道堰顶高程，非常溢洪道开始泄洪，最大下泄流量约360 m3/s[4]——这是工程投运49年以来非常溢洪道首次参与泄洪。

2月12日，非常溢洪道下游山体的冲刷逐步向混凝土溢流堰地基发展，且发展速度超出了原本预期。混凝土溢流堰一旦倾倒，将导致10 m深的库水无控制地下泄。因此，加州政府对比尤特（Butte）、萨特（Sutter）和尤巴（Yuba）县的居民发布强制撤离令。为减缓非常溢洪道的冲刷，主溢洪道的下泄流量增大至2 800 m3/s。当晚8时，库水位降至非常溢洪道堰顶以下，非常溢洪道停止泄洪。

2月13日起，开始对非常溢洪道进行紧急修复，主溢洪道则仍持续泄洪，此时主溢洪道中下部位的左边墙已经冲毁，水流从泄槽左侧分流并冲刷山体（如图4所示）。

2月14日，库水位持续下降，强制撤离令撤销。至16日，下泄流量保持在2 800 m3/s左右。17日降低至2 100 m3/s。此后至23日，下泄流量保持在1 500～1 700 m3/s之间。24日，库水位下降至849 ft，此后下泄流量一直保持在1 400 m3/s左右。至27日，库水位下降至838 ft，主溢洪道下泄流量开始逐渐减小至0 m3/s[6]。

图4 2月13日主溢洪道泄洪状况Fig.4 Aerial view of service spillway on February 13,2017

1.3 后续工作

险情解除后，工程修复和事故调查工作随即展开。

1.3.1 工程修复

工程修复工作由加州水资源部门（DWR）组织，联邦能源监管委员会（FERC）和加州大坝安全部（DSOD）负责监管[9]。DWR召集了来自美国大坝安全官员联合会（Association of State Dam Safety Officials，ASDSO）和大坝协会（United States Society on Dams，USSD）的5名技术专家组成独立咨询委员会（Independent Board of Consultants，BOC）对维修方案进行审查[10]，同时邀请美国陆军工程师兵团（US Army Corps of Engineers，USACE）提供技术咨询。施工单位通过招投标确定，基威特基建公司（Kiewit Infrastructure West Company）以2.75亿美金的报价中标[11]。DWR提出的修复设计方案于6月初获得BOC批准[12]。

修复设计计划将主溢洪道的设计泄流能力提高到7644m3/s（远超历史最大出库流量4530m3/s），以避免使用非常溢洪道泄流。具体地，主溢洪道方面（如图5所示），将以符合现行设计标准的方式对控制段以下总长约480 m的上部泄槽进行重建；对于此段以下的泄槽，首选的长期方案计划采用混凝土或碾压混凝土对受冲蚀的地基进行填充，在此基础上重建泄槽；如该方案无法按期（2017年11月1日前）完成，将在上部泄槽的底端采用碾压混凝土加固，并对其后的冲坑进行加固，形成“消力池”，以保证顺利度过2017年冬汛期。非常溢洪道方面（如图6所示），在溢流堰下游修建深入基岩的混凝土截墙以截断地基冲蚀向上游发展的趋势，计划于2017年11月1日前完成；在现有溢流堰下游侧填筑碾压混凝土进行加固；在溢流堰下游山体上填筑碾压混凝土形成防冲蚀铺盖[13]。

图5 主溢洪道修复方案Fig.5 Gated spillway remediation concepts

图6 非常溢洪道修复方案Fig.6 Emergency spillway remediation concepts

图7 非常溢洪道修复设计：截墙Fig.7 Emergency spillway remediation concepts:cutoff wall

1.3.2 事故调查

在FERC的要求下，DWR于3月15日成立了由6名专家组成的独立调查小组（Independent Forensic Team，IFT），对事故发生的原因以及为何未能得到及时遏制进行调查[10]。

IFT于5月5日发布了首份初步调查报告，罗列了24项可能造成主溢洪道破坏以及11项可能造成非常溢洪道破坏的因素，为维修计划的制定提供参考[14]。IFT于9月5日发布了中期调查报告，正式发布了造成主溢洪道和非常溢洪道破坏的物理原因和设计施工因素，但尚未对人为和管理因素做出最终定论[5]。

2 奥洛维尔事件暴露的问题

本次事件暴露出了奥洛维尔大坝在设计施工和运行管理中的一系列问题。

首先，主溢洪道和非常溢洪道的设计缺陷以及施工失误导致结构本身存在“先天不足”。根据独立调查结果[5]，主溢洪道设计存在的问题包括：混凝土底板下部排水管嵌入底板，导致排水管上部的混凝土厚度达不到要求（如图8所示）；排水系统未设反滤且排水能力不足，导致基础冲蚀和扬压力增大，加之上部混凝土较薄，使其更易损坏；接缝缺少止水；基岩锚固深度偏浅以及配筋量不足（如图9所示）；混凝土骨料粒径相对较大。非常溢洪道的设计问题包括溢流堰下游消能不充分以及无抗冲刷保护措施。而在施工中，主溢洪道和非常溢洪道都存在基础处理不到位、风化料和土质材料清理不彻底问题。

图8 排水管嵌入底板，上部混凝土厚度≤17.78 cm（设计最小值要求为38 cm）Fig.8 Underdrains intrude into chute slab,reducing the thickness of concrete to 7 inches or less(compared to a design minimum thickness of 15 inches elsewhere)

图9 底板锚固深度不足以及单层配筋Fig.9 Shallow rock anchorage of 5-foot embedment lengthand single top layer of nominal reinforcement bars

在运行管理中，日常巡查未能觉察到本质安全问题，监管单位的定期检查未针对溢洪道进行全面深入分析，导致缺陷未得到有效的处理。负责奥洛维尔水库运行维护的DWR虽然一直都对工程例行年度检查，但是检查人员只是从远处对溢洪道进行肉眼观察，并没有发现“可见”的问题[15-16]。而主溢洪道底板此前曾在泄洪中反复多次发生破损，但运行单位采取的处理措施仅为“局部修补破损部位”，并没有深入分析问题的成因。负责监管的FERC和DSOD虽然也定期对大坝进行检查[17-19]，但IFT的调查报告中指出：“自建成以来，没有任何迹象表明曾对奥洛维尔大坝溢洪道泄槽进行过全面深入的检查”[5]。

而在紧急状况下的水库应急调度失当，直接导致了本次事件的发生。在本次事件中，运行人员错误估计了非常溢洪道的抗冲刷能力，未充分意识到溢流堰存在的倾覆风险，错误地选择了启用非常溢洪道泄洪，从而直接导致了这一影响恶劣的18.8万人大撤离事件。

此外，安全经费投入不足，以致隐患未得到及时排除，也为此次事件埋下了伏笔。2005年，曾有环保组织向FERC发起动议，敦促其下令将奥洛维尔水库的非常溢洪道泄槽改造为混凝土结构。动议指出[20]，“非常溢洪道的岩土质未衬砌泄槽不符合现行规范要求……洪水从非常溢洪道下泄时，会导致非常溢洪道的严重侵蚀，从而危及下游居民安全。”但这一动议最终以“并无必要”为由被搁置，然而，美国多个媒体指出“没有组织愿意承担高达一亿美元的费用才是改造工程被搁置的真正原因”[21-22]。

3 奥洛维尔事件的启示

虽然我国大坝安全管理工作水平不断提升，近年来已鲜有类似奥洛维尔事件这样大规模的工程险情，但仍不能盲目乐观。应进一步强化安全意识、健全法律法规制度、提高技术能力，不断提升大坝日常管理和应急管理能力和水平。

3.1 提高日常管理能力和水平

奥洛维尔事件最初源于主溢洪道底板上规模不大的破损，后逐渐发展为导致18.8万人撤离的重大事件，造成了高达5亿美金的经济损失。这一事件再次敲响警钟——大坝安全无小事！所有参与大坝设计、建设、运行、管理及监管的单位和个人都应时刻谨记大坝运行安全事关公众生命和财产安全，不能有丝毫的懈怠。

作为责任主体的大坝业主应加强大坝全生命周期安全管理，精心勘测设计施工，建设优质工程，保证大坝本质安全；认真做好日常检查、维护消缺等大坝运行管理基础工作，保证安全经费投入，及时除险加固；大坝安全管理岗位应配备懂技术、会管理的人员，深入了解和掌握大坝特点和薄弱部位、关键事项，有明白人做明白事，不盲目蛮干；应编制大坝安全应急预案，提高针对性和可操作性，发生险情时从容、正确应对；应高度重视泄洪消能设施安全，必须严格按照汛期调度运用计划科学调度水库，坚决杜绝为提高发电量无视调度方案的行为。

3.2 提高应急管理能力和水平

奥洛维尔事件中，18.8万人在24 h内有序转移和安置，展现了高效的应急管理能力和极强的公众危机应对意识。反思国内对类似突发事件的应对，险情处置主要以地方政府属地行政管理为主，但可能尚存在政府与相关企业职责和分工不清、联动机制不完善的问题，同时缺少全面的宣传教育和有效应对机制，公众应对危机险情的处置意识淡薄。

因此，应进一步完善大坝应急管理法规及规范体系，明晰政府与企业职责和分工，细化明确相关部门和机构的职责分工，构建信息、物资、技术和人力资源等的共享机制等，为大坝业主应急工作的组织和实施提供依据和指导。同时，应强化对公众安全风险的宣传教育，加强有效应对机制的建设。

4 奥洛维尔事件引发的思考

随着水电水利快速发展，新投运大坝越来越多。截至2017年9月底，国家能源局注册登记（备案）大坝总数达到572座（占全国大坝总量的0.58%），装机容量241 586 MW（占全国水电装机总量75.6%），水库库容4 549亿m3（占全国库容总量53.0%），其中包括三峡、龙滩、水布垭、小湾、锦屏一级、糯扎渡等一批新投运的特大型水电站。虽然数量占比不大，但大多为高坝大库，装机规模大，是国家重要的基础设施。

注册登记（备案）大坝中，有建于20世纪50年代的，也有新投运的，中间经历过大跃进、文革等历史阶段，建造质量和运行性态差异大；投资主体多元化，除了传统的七大发电和电网公司外，还有新建的股份制企业和民营企业；水电站大多远离城市，交通不便，技术和管理人才难留，工程建设质量和大坝运行安全管理水平参差不齐；由于行业归口、行政隶属和利益关系等复杂原因，流域梯级水库水电站群大坝运行安全信息共享机制缺乏，突发事件风险预控、应急处置更为复杂。

尽管大坝坝龄和工程质量不同，大坝运行安全管理水平参差不齐，但一旦挡水就长期持续承载，并须经受洪水、地震、地质灾害、极端天气等自然灾害的考验，不可预见因素多。随着国家经济社会发展，大坝运行安全事关人民生命财产安全、电网安全和环境生态安全，大坝运行安全的重要性日益凸显，必须保证大坝全生命周期内不发生溃坝、漫坝、水淹厂房等恶性事故。

多年的探索和实践证明，目前我国水电站大坝安全管理的“现场检查与远程管理相结合”的管理格局是行之有效的办法。在国家大力提倡“互联网+”的新形势下，赋予了远程管理新的内涵。无论是电力企业的日常管理，还是大坝中心的技术监督管理，都可以实现基于互联网、监测成果的远程在线监控。所谓“在线监控”是指对大坝监测系统的在线管理、大坝运行性态的在线分析、发现问题或隐患的在线反馈，在此基础上通过管理措施或工程措施，控制大坝安全隐患的发展。通过大坝安全日常巡查、年度详查、定期检查，加上在线监控的手段，可大幅提高大坝运行安全管理的时效性和保障安全能力。

为了开拓“互联网+大坝安全”的新局面，大坝中心正在努力推进打造大坝运行安全监督管理平台，旨在实现：（1）国家能源局系统内部监管各方互动、电力企业主体责任与能源监管机构监管责任落实的互动；（2）建成大坝安全在线监控平台，形成有效的大坝安全风险管控格局；（3）采用远程传输、现场监视、无人机航拍等技术手段，加上灾害快速评估和分析能力的建设，建成大坝安全应急技术支持平台；（4）通过与水利部、国家防汛抗旱指挥部、国土资源部、国家地震局、国家气象局等信息互通，获取应急管理实时数据，形成数据共享平台。

5 结语

奥洛维尔水库溢洪道破损事件最终导致下游18.8万人紧急撤离，造成经济损失5亿美金，社会影响恶劣。奥洛维尔事件暴露出该工程在设计施工中的问题导致其存在先天缺陷；在运行维护中，未对出现的问题进行深入全面检查分析，且安全经费投入不足，使得隐患未得到及时排除；在紧急状况下，应急调度失当则直接导致了本次事件的发生。

虽然我国大坝安全管理工作水平不断提升，鲜有类似奥洛维尔事件这样大规模的工程险情，但仍不能盲目乐观。同时，随着一批超大型水电工程陆续投入运行、旧工程逐步老化以及外部自然、社会环境的变化，我国大坝安全管理仍不断迎来新的挑战。因此，在进一步强化大坝安全意识的同时，应响应国家“互联网+”的发展理念，探索大坝安全在线监控技术手段，丰富“现场检查与远程管理相结合”的管理格局，积极利用科学技术提升管理能力和水平，应对不断涌现的新挑战、新问题，切实保障大坝运行安全，防止类似奥洛维尔事件以及溃坝、漫坝、水淹厂房等恶性事故的发生。

[1]Oroville Facilities—FERC Project No.2100[R].State of California Department of Water Resources,2005.

[2]N.B.Livermore,R.Reagan,J.R.Teerink.Volume III:Storage Facilities[R].California Department of Water Resources,1974.

[3]P.Wilson,D.P.Wheeler,D.N.Kennedy.Bulletin 160-98:The California Water Plan Update[R].California Department of Water Resources,1998.

[4]California Governor's Office of Emergency Services.Oroville Spillway Incident Resource Page[DB/OL].http://www.caloes.ca.gov/ICESite/Pages/Oroville-Spillway-Incident.aspx,2017-02-24.

[5]Oroville Dam Spillway Incident Independent Forensic Team.Interim Status Memorandum[R].California Department of Water Resources,2017:1-7.

[6]California Department of Water Resources.Timeline of Events[DB/OL].http://www.water.ca.gov/oroville-spillway/timeline3.cfm,2017-10-10.

[7]D.Kasler,R.Sabalow,P.Reese.Crater in Oroville Dam Spillway Will Continue to Grow,Officials Warn,as Reservoir Levels Climb[N].Sacramento Bee,2017.

[8]Department of Water Resources,California Data Exchange Center.Oroville Dam[DB/OL].http://cdec.water.ca.gov/cgiprogs/queryDaily?ORO,2017-10-10.

[9]California Department of Water Resources.Oversight Agencies[DB/OL].http://www.water.ca.gov/oroville-pillway/oversight_agencies.cfm,2017-10-10.

[10]T.Craddock.FERC Project No.2100 Independent Forensic Review of the Oroville Dam Spillway[R].California Department of Water Resources,2017.

[11]California Department of Water Resources.Kiewit Infrastructure[DB/OL].http://www.water.ca.gov/oroville-spillway/kiewit.cfm,2017-10-10.

[12]Independent Board of Consultants.Letter of Approval for Spillways Recovery Construction Plans[R].California Department of Water Resources,2017:1.

[13]Oroville Spillway Recovery:Plans Under Design[R].California Department of Water Resources,2017:1-7.

[14]Oroville Dam Spillway Incident Forensic Investigation Team.Preliminary Findings Concerning Candidate Physical Factors Potentially Contributing to Damage of the Service and Emergency Spillways at Oroville Dam[R].California Department of Water Resources,2017:1-3.

[15]Y.Pirathapan.Inspection of Dam and Reservior in Certified Status[R].Division of Safety of Dams,California Department of Water Resources,2015.

[16]A.Roundtree.Inspection of Dam and Reservior in Certified Status[R].Division of Safety of Dams,California Department of Water Resources,2016.

[17]Anonymous.Sixth Part 12D Safety Inspection Report[R].Federal Energy Regulatory Commission,1999:1-335.

[18]GEI Consultants Inc.Eighth Part 12D Safety Inspection Report[R].Federal Energy Regulatory Commission,2010:1-348.

[19]HDR.Inc.Oroville Dam Part 12D Safety Inspection Report[R].Federal Energy Regulatory Commission,2005:1-208.

[20]R.Stork,A.Eberhart,J.Rainey.Motion to Intervene of Friends of The River,Sierra Club,South Yuba River Citizens League:In the Matter of State of California Department of Water Resources for a New Major License Oroville Division,State Water Facilities[R].2005.

[21]C.Guerra.The Government was Warned that the Oroville Dam Emergency Spillway was Unsafe.It Didn't Listen[N].Washington Post.2017-02-14.

[22]P.Rogers.Oroville Dam:Feds and State Officials Ignored Warnings 12 Years Ago[N].The Mercury News.2017-02-12.