美国奥洛维尔水库的工程安全管理问题简析

曹 逵，邓 刚，铁梦雅，张茵琪，温彦锋，殷 旗

（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

1 研究背景

2017年2月，建成运用近50年的美国加利福尼亚州（以下简称加州）奥洛维尔（Oroville）水库出现严重安全事故，非常溢洪道跌坎基础侵蚀，主溢洪道衬砌破损，下游近20万居民疏散。至2月底泄洪基本结束时，主溢洪道中下部已几近冲毁。事故造成了严重的经济损失和较为恶劣的社会影响，引起国际水利水电工程界强烈关注。事故的发生虽直接源于泄槽结构设计可能存在的缺陷，但也与工程安全管理中的问题存在密切联系。为了分析揭示事故的管理层面原因，对我国水库大坝安全管理提供借鉴，本文分析介绍了美国地方政府所属大坝的安全管理基本情况，介绍了加利福尼亚州所辖大坝和奥洛维尔工程的安全管理历史及基本情况，分析了奥洛维尔水库各安全管理主体的常态安全责任及应急管理情况，试探讨了奥洛维尔工程安全管理存在的问题。

2 奥洛维尔水库及溢洪道事故概况

2.1基本情况奥洛维尔水库为萨克拉门托河支流菲泽河上游控制性工程，总库容43.6亿m3，其中防洪库容34.3亿m3。水库主要功能包括供水、发电、防洪、旅游及鱼类和野生动物增殖［1］。水库枢纽主要建筑物包括拦河大坝、主溢洪道、非常溢洪道、左岸地下电站等，如图1所示。地下电站尾水库及下游西侧引水修建的两座水库间另建2座水电站，与奥洛维尔水库的地下电站一起构成名为“奥洛维尔-塞迈利托”的电站复合体，总装机762 MW，每年平均发电量达22亿kW·h［2］。

图1 奥洛维尔枢纽布置［5］

奥洛维尔水库于1968年完工，是加州政府负责的加州水项目（California State Water Project）建成的第一批工程［3］。该计划与垦务局负责的中央山谷项目（Central Valley Project）一起构成加州北水南调工程的主体。奥洛维尔水库是加州水项目最大的储水设施，也是加州北水南调项目北端主要水源点。供水先沿菲泽河自流，然后通过泵站、渠道体系提水翻越特哈查比山，供应到圣华金河谷和南加州［4］。奥洛维尔-塞迈利托电站复合体则是加州水项目重要的电源点，占项目全部水力发电装机的一半，供应加州渠道（California Aqueduct）中各泵站约三分之一的电量。

2.2泄水建筑物结构奥洛维尔水库在右岸设置了主溢洪道、非常溢洪道两座泄水建筑物。

（1）主溢洪道。主溢洪道为宽顶堰接混凝土衬砌泄槽，全长930 m，最大泄量4 247.5 m3/s。首部宽顶堰顶部设8孔宽5.4 m、高10.1 m潜孔弧门进行调节。堰后接长929.6 m、宽54.4 m混凝土泄槽，泄槽尾部设消力墩。泄槽首部至尾部扩大段前的侧墙均为与底板结构独立的混凝土直墙，高6.1 m～10.4 m。泄槽底板采用钢筋混凝土，设计最薄厚度0.38m，与底部基岩内设的灌浆锚杆连接。泄槽底板下设有排水管，连通至侧墙外的排水管，可通过侧墙上的排水洞将承压渗水排入泄槽内，以降低泄槽混凝土衬砌承担的扬压力。实际上，因为泄槽底部排水管安装于基岩表面，侵占了泄槽底板有效厚度，导致排水管上方的泄槽底板有效厚度仅0.18 m［6］。泄槽底板多低于原地面，大部分开挖至基岩形成建基面，局部位置由填方形成建基面。事故中发生破坏的位置均处于挖方段。

（2）非常溢洪道。非常溢洪道为开敞式溢流堰，最大泄量13 422.2 m3/s。首部溢流堰沿轴线方向分为两段，靠近主溢洪道的左侧段宽283.5 m，为重力式实用堰，最大堰高15.2 m；右侧段宽243.8 m，为重力式宽顶堰，高度低于左侧段。非常溢洪道溢流堰后为天然泄槽，不作衬砌，泄洪水流自天然山体表面溢流至河道。工程建设中清除了紧邻溢流堰的狭窄条带上的地表植被，天然泄槽中其余位置被树木等植被覆盖。

2005年，在奥洛维尔水库提出水力发电运营许可重新授权申请的过程中，3家社会团体曾提出［3］，未经衬砌的非常溢洪道无法满足大坝下游的防洪要求，并建议将非常溢洪道认定为参与正常调度使用的辅助溢洪道，进行泄槽混凝土衬砌，以避免基础冲刷侵蚀后出现次生灾害。该建议因联邦能源管理委员会（Federal Energy Regulatory Committee，简称FERC）的否决而未获得通过。

2.3溢洪道事故概况事故发生前5年，奥洛维尔水库所在地区处于持续干旱状态。自2016年12月，流域内强降雨和冰雪融化形成的洪水逐步壅高水库水位，至2017年2月初，水库持续采用主溢洪道进行泄洪。2月7日，主溢洪道泄洪过程中出现流量异常现象，关闭检查后发现泄槽衬砌混凝土出现局部破损现象，破坏位置距首部约600 m。2月8日，管理单位在紧急磋商后准备启用非常溢洪道进行泄洪，以控制主溢洪道泄流量。经检查和试过水，管理单位于2月9日重新启用主溢洪道泄洪，泄量逐步增大，其间，泄槽混凝土衬砌破损持续扩大。2月9日，水库入库流量达本事件中的最高值5 392.5 m3/s，此后，入库流量开始骤降。2月11日，库水位上升至非常溢洪道堰顶以上，非常溢洪道自1968年工程建成以来首次过流。泄流过程中发现非常溢洪道下游山体冲刷严重，基础侵蚀一度向溢洪道跌坎基础发展（如图2）。2月12日凌晨3时，水库水位达到本事故中的最高点并开始逐步下降，入库流量在前期大幅降低后仍继续降低。当日晚些时候，下游巴特郡发布了强制疏散令，陆续撤离下游居民，封闭了附近交通。管理单位也调度主溢洪道加大泄量，主溢洪道在泄槽衬砌混凝土破坏扩大的情况下，仍按本事件中的最大泄量即2 831.7 m3/s进行持续泄流。12日晚8时，水库水位低于堰顶高程，非常溢洪道停止泄流。管理单位对冲刷部位进行了快速检修，并用大块石进行临时回填。至2月16日后，泄量逐步降低。其间，主溢洪道泄槽混凝土衬砌破损向上、下游继续扩大，泄水突破泄槽向左侧山体侵蚀。2月23日，加州州长办公室对外发布消息，称奥洛维尔水库溢洪道状况已稳定。2月底，泄洪结束，主溢洪道关闭，开始进行溢洪道维修及下游清淤。至此，主溢洪道中下部已接近冲毁（如图3）。

图2 非常溢洪道下游山体冲刷情况［7］

图3 主溢洪道泄槽破坏情况［8］

3 美国和加州政府大坝安全管理状况

3.1美国大坝安全管理状况美国的大坝建设在1960年代到达顶峰［9］，自1970年代起，国家大坝安全计划项目（National Dam Safety Program，简称NDSP）开始实施，水库大坝安全管理水平逐步增强。据该计划包含的美国国家大坝名录数据库（National Inventory of Dams，简称NID）记载，至今美国已建成大坝愈9万座。在水库大坝安全管理上，美国逐渐形成了联邦政府综合指导，政府分级监管、所有者负责的体制。水库大坝应急管理自2001年以来也愈发得到重视，形成了联邦统一协调、政府分级响应、所有者负责的大坝应急管理体制。这两个体制都强调所有者负责，与国际上强调的强化所有者责任的趋势是契合的［10］。

美国联邦政府对大坝安全的综合指导及应急的统一协调主要体现于两个方面：（1）由联邦应急管理署（Federal Emergency Management Agency，简称FEMA）担任美国大坝安全综合指导机构和应急管理统一协调机构，内设大坝安全联委会（Interagency Committee On Dam Safety，简称ICODS）和国家大坝安全审查委员会（National Dam Safety Review Board，简称NDSRB），分别处理各联邦机构间有关大坝安全管理的协调问题，以及全国性大坝安全相关政策审议问题。（2）由美国陆军工程师兵团对水库大坝的防洪安全问题进行统一协调管理。美国陆军工程师兵团下属于美国国防部［11］，其职责之一是对全美大坝（除垦务局、田纳西河流域管理局、国际边界委员会所属工程；除按照联邦能源法建设的工程及对生命财产没有影响的工程）进行定期的检查［10］，并向各州提供检查结论。同时，所有联邦投资或参与投资的水库大坝，都需要由美国陆军工程师兵团制定专门的防洪条例和章程。此外，美国大坝安全法（Dam Safety Act）中还规定，美国陆军工程师兵团可在特殊情况下调度其可使用的资金、人员及设备对发生问题的工程进行援助。

美国的大坝安全分级管理主要存在于联邦政府和地方政府两个层面：（1）在联邦层面，联邦政府各机构负责监管其持有主要所有权的水库大坝，这些工程在全国大坝总数中占比不到10%。（2）在地方政府层面，大坝安全的监管职责集中在州政府，而未涉及州下设的郡、市、镇等多级政府［12-13］。各州境内的非联邦监管工程（包括私营业主所有的工程）由各州政府分别监管，总数超过8.1万座［14］，但各州政府从事大坝安全管理的总人数较少，平均1名大坝管理人员需管理包含30座高风险坝在内的205座大坝［15］。在美国的联邦制下，各州独立立法，行政机关对同级议会负责［13］。各州大坝安全的相关法律也自行制定，无统一规定［16］。同样由于其联邦制，各级政府的机构间也没有管辖关系，因此，跨层级的机构间协商机制较少，除佐治亚州规定州大坝安全管理者可以与相关联邦机构（包括陆军工程师兵团）、州政府机构等进行联系外，其余已立法州均未就大坝安全管理中的协调问题作出规定。

3.2加州大坝安全管理状况加州建有6项大型引水系统，列入国家大坝名录的大坝共1585座。其中加州政府监管大坝共1250座、高风险坝678座［17］，所有权结构相对复杂。由加州政府监管的大坝全部由加州自然资源部（California Natural Resources Agency）下属的加州水资源部（California De⁃partment of Water Resources）进行监管，其依据的主要法律条文有加州水法案（California Water Code 165）［16］及加州政府法案相关章节（Sections of the Government Code）、城建法案（Code of Civil Proce⁃dures）等。州大坝安全管理年预算超过1000万美元，全时管理人员逾60人，平均每人管理大坝20.5座［17］，在各州中处于较高水平。大坝应急则纳入加州应急管理署（California Emergency Management Agency）的管理范畴［18］。

加州水资源部承担的大坝监管工作权限主要包括：（1）编制大坝设计建设导则，审批工程所有者提出的新建和改建申请，并收取申请费用。（2）对工程安全进行检查和评估，有权在公众听证后对高危工程撤销相关行政许可。（3）建立大坝审查委员会及专门审查加州政府所属工程的独立审查委员会。对大坝进行定期检查（使用自有经费），处罚不配合安全检查的大坝所有者。（4）在非常时期采取应急措施降低大坝风险（费用由大坝所有者承担）。（5）根据工程规模收取大坝年费［16］。

特别的，加州相关法令规定，所有者对大坝安全承担全部责任，而作为监管者，加州水资源部不对大坝安全承担任何责任［16］。

4 奥洛维尔水库安全管理和问题

4.1水库大坝安全管理中的责任缺位水库安全监管权责不匹配，责任缺位与权力越权并存，是奥洛维尔水库安全管理中存在问题的核心。其中首要的问题，则是奥洛维尔所有者、地方政府及联邦政府在安全管理中的责任缺位。

从所有者角度看，奥洛维尔水库由加州政府通过发行债券融资修建，美国联邦政府分担了部分投资，享有部分防洪权益［1］。（1）加州政府是奥洛维尔水库的主要所有者。美国公法PL85-500规定，加州政府对奥洛维尔水库负有主体责任，并授权加州水资源部全面负责工程的具体工作。（2）美国联邦政府是奥洛维尔水库的共同所有者。联邦政府将其分享的防洪调度等权益授予美国陆军工程师兵团管理，工程的防洪调度权也由此授予美国陆军工程师兵团。由此，美国陆军工程师兵团也应部分承担奥洛维尔水库的安全管理责任。

从水库大坝安全的地方政府监管角度看，加州水资源部还同时是州政府监管职责的受委托者，应以监管者的身份对奥罗维尔水库行使安全监管职责［2］。

从安全管理角度看，作为承担奥洛维尔水库安全管理责任和地方政府安全监管责任的加州水资源部（及加州政府）出现了严重的责任缺位。加州法律对监管者无条件免责的规定［16］是问题的法律根源之一。在实际操作上，除半年一次的定期检查外，未见加州水资源部对奥洛维尔水库开展安全管理和监管活动。在涉及工程安全的重大事项上，如溢洪道衬砌加固方案决定等，不履行审批义务，而错误的以所有者身份将加固请求提出给不具备监管职能的联邦能源委员会，而非加州政府。此外，加州水资源部还错误的将发电许可事项之外的监管职责向联邦能源管理委员会征询意见，接受监管。

责任缺位问题也出现在同是大坝所有者和防洪安全管理者的美国陆军工程师兵团上，在奥洛维尔水库几十年的日常运行中，几乎未见其以任何形式履行监管职责。

责任缺位还出现在联邦大坝安全的协调者即联邦应急管理署上。其负有对各州大坝安全管理需求进行协调的职责。但是，除在奥洛维尔事故发生后的应急处置过程中发布相关信息，并参与调度国内资源进行援助外，文献中未见联邦应急管理署日常协调和监管职责的记载和具体体现。

4.2水库大坝安全管理中的权力越位联邦能源管理委员会在奥洛维尔水库下设电厂水力发电许可授权过程中的权力越位是安全管理中存在的又一重大问题。联邦能源管理委员会是美国联邦政府下设独立管制委员会，为私营及地方政府所属的水电项目进行审批和监督是其职责之一［19］。联邦能源管理委员会是奥洛维尔水库水力发电运行许可的颁发单位，也对其大坝安全进行监管。自2007年奥洛维尔水库水力发电许可证到期日起，经加州水资源部申请，联邦能源管理委员会开始逐年向奥洛维尔水库下发有效期为一年的运营许可证，并对其进行每年一次的定期检查［3-4］。此外，联邦能源管理委员会也要求奥洛维尔水库进行五年一度的独立工程师安全评估。由于联邦能源管理委员会具有许可证颁发和进行罚款的权力，加州水资源部非常重视联邦能源管理委员会的各项要求，并认为满足联邦能源管理委员会的要求是其重要职责［4］。在这样的背景下，不承担任何责任的联邦能源管理委员会越位行使了大坝的安全监管权力，担当了常态安全的监管方，也担当了事故初期应急处置的监管者。最突出的越权行为体现在前述2005年溢洪道衬砌加固方案的否决问题。

4.3奥洛维尔水库安全管理存在的其他问题

4.3.1 工程固有缺陷与运行维护问题 根据奥洛维尔水库溢洪道事故独立鉴定组的初步报告［6］等资料，泄槽底板存在有效厚度偏小（泄槽底板排水管侵占位置）、底板下未设置足够的抗剪榫、伸缩缝未设置止水、建基面地基处理不充分、灌浆锚杆长度不足等问题；在运行中，破坏位置的泄槽底板排水系统在事故前即已处于淤堵状态，而此前管理单位尚未发现，同时，局部底板在事故前曾多次破损而未彻底维修。不平整的修复面导致高速水流紊动加剧并贯入排水不畅的底板下，致使结构强度偏低的底板在高扬压力下持续破损。可见，事故的发生，既与设计和施工的缺陷有关，也与巡查、维修等管理层面的问题存在密切联系。水库日常监督检查流于形式，运行维护过程中的费用投入不足，在历次破损后未进行彻底检查和加固，工程风险评估标准更新不及时，事故发生后未根据气象等信息进行水情预测预报等，是导致事故的管理方面原因。

4.3.2 大坝监督检查流于形式 加州水资源部管理大量工程，仅考虑审查检查报告所需时间，加州水资源部每天就需要审查4.3座大坝的检查资料。由于其还兼有在建工程审批等任务，无论定期检查材料的审查，还是重点工程的定期检查，大坝安全监督检查工作都在一定程度上流于形式。如奥洛维尔大坝2015年的例行检查报告上，存在诸如“看似没有问题”、“从远处观察”等明显形式化的字样［20］，却没有任何异议。

4.3.3 工程运行维护投入不足 加州政府对管理的每座大坝提供相同的基础维修经费，以及按照大坝高度提高的额外拨款［21］。该方法看似合理，能够以坝高表示重要性，区别化投入大坝维修管理经费。但该方法未真正考虑工程规模、重要性的影响，可能导致投入与重要性倒置。同时，该方法将全部工程默认为健康工程，没有考虑对工程实际安全性状的评估。从实际情况看，作为加州坝高最高、库容最大和重要性最高的工程，奥洛维尔水库获得的维修经费仍不足以保证其需要。奥洛维尔工程地基条件差、泄槽底板混凝土结构单薄，在本次溢洪道事故发生之前，主溢洪道泄槽衬砌混凝土曾多次破损。但由于经费的欠缺，在本次重大事故前一直未进行破损彻底检查和加固，主溢洪道泄槽处于屡坏屡修的状态。此次事件的混凝土衬砌初始破坏位置恰好就是2013年最近一次修补时的裂缝位置。

4.3.4 工程风险评估不科学 奥洛维尔已建设近50年，安全管理机构却未考虑其风险的动态变化，如溢洪道混凝土老化、排水结构淤堵、地基条件变化以及下游及受水区经济社会发展等，仍采用过去标准，未能充分评估工程自身失效可能性及影响，使其没有进行加固却顺利通过各项定期检查和资质评估。类似的，加州约有70%的大坝运行时间超过50年［15］，这些工程自身性能随着时间发展可能已存在一定衰变，同时，其下游影响区经济社会发展状况、社会对风险的接受程度等也已出现较大变化。沿用过去的标准评估工程风险并进行决策，可能严重低估风险。

此外，在本次事故处置过程中，2月6日至10日存在入库洪峰过程，但从水库调度看，管理方似并未根据气象等信息进行水情预测预报，并据此提前增大泄量应对。而到了2月12日，在入库流量已连日降低、水库水位转入下降过程并低于非常溢洪道堰顶高程的情况下，风险本已降低，但地方政府反而发布了人员强制疏散令（两天后，该命令修改为疏散警告）。与此同时，管理方还加大泄量，持续使用了本次事故中的最大泄流量进行泄洪，任由主溢洪道严重冲刷不断扩大。这也是工程风险评估和决策不科学的一个体现。

5 奥洛维尔水库的应急响应

5.1水库所有者应急响应在溢洪道紧急情况发生后，加州水资源部作为水库的所有者承担了相关应急处置工作。协调了水电站、下游城市及渔业养殖场等各方关系，确保工程修复过程中的供水能力满足各方需求。同时，其根据联邦能源管理委员会的指示［22］成立了独立咨询委员会（Independent Board of Consultants）和独立的第三方专家事故调查组，着手制定事故的应急修复方案，并对整个事件过程中的调度、应急、维修等一系列操作和后期的修复和运行计划进行审查和评估［23］。此外，加州水资源部还协同其他参与工程抢险的部门整合了工程的最新修复情况，并通过网络等渠道对社会公众公开。

5.2地方政府应急响应加州政府承担了事件的公共应急工作。在奥洛维尔溢洪道事故发生后，政府成立了全天候跨部门应急运行中心，同时向社会提供应急援助，发布相关信息，组织人员撤离，并由加州水资源部协同巴特郡治安官直接指挥加州消防队突发事件管理分队（CAL FIRE Incident Man⁃agement Team）对事故位置进行检查。同时，加州政府还承担了协调相关联邦机构的职责，试图整合各部门应急资源，加快工程抢修进度，避免次生灾害带来的二次损失。

5.3联邦机构应急响应联邦机构在应急响应中进行了资源调配、协调和监管。

（1）美国陆军工程师兵团在应急处置进行到一定阶段后，协同加州政府及消防部门逐日汇总了工程修复的最新情况，但未对应急水库调度提出相关监管意见。

（2）联邦能源管理委员会向奥洛维尔大坝现场派遣了全职工作人员，简化了应急修复过程中的审批流程，并对工程应急过程中的运行调度和修复进行监督。

（3）联邦应急管理署根据美国总统签署的新法案向加州政府提供了联邦紧急援助，在加州紧急服务办公室和加州水资源部安排了专门联络人，向当地政府派遣了包括技术专家的协助小组。同时，与红十字会联合，在全国范围内为事故筹备了应急物资及援助。

（4）美国大坝协会（United States Society of Dams，简称USSD）、州大坝安全官员联合会等社会团体也对应急处置提供了技术支撑，并协助加州水资源部成立了后期事故调查小组。

参与奥洛维尔水库安全管理的相关机构如图4所示，与水库常态安全管理和监管过程中存在问题形成对比的是，尽管联邦能源委员会仍存在越权监管现象、美国陆军工程师兵团也未能对水库调度提供有效监管，同时，涉及应急处置的相关机构远多于常态安全管理涉及机构，协调难度更高，但由于水库所有者和地方政府的应急管理责任明确，在应急响应过程中起到了主体和纽带作用，应急管理总体比较有序、有效，控制了事故的影响。

图4 奥洛维尔水库安全管理的相关机构

6 结论

本文以2017年2月奥洛维尔水库的安全管理为分析对象，从美国和加州的大坝安全管理基本情况入手，探讨了奥洛维尔工程安全管理存在的问题，分析了工程应急响应的组织模式，以对我国水库大坝安全和应急管理提供借鉴。

（1）奥洛维尔工程存在泄槽底板有效厚度偏小、建基面地基处理不充分、灌浆锚杆长度不足等设计施工带来的固有缺陷，是事故发生的技术层面原因。泄槽底板排水系统在事故前已淤堵而未被发现、局部底板曾多次破损而未彻底维修，则是事故发生的管理层面原因。

（2）奥洛维尔工程常态安全管理中的安全管理权责不匹配、责任缺位与权利越位并存是安全管理层面问题的核心。监督检查流于形式、运行维护费用投入不足、风险评估标准不科学等，也是导致事故出现的管理方面原因。

（3）奥洛维尔工程溢洪道事故发生后的应急响应较为及时有效，保证了公共安全，是值得借鉴的。事故应急处置中也存在放大了社会影响、扩大了损失的问题，风险决策过程科学性不足是影响应急响应效果的一个重要因素。

致谢：中国水利水电科学研究院副总工程师郭军与作者就奥洛维尔事故技术和管理问题进行了有益的探讨，并提供了部分文献资料，特表示感谢。

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