大坝安全风险评估在乌江渡水电站大坝的应用

冀道文，汪大全，王利杰

(1.贵州乌江水电开发有限责任公司乌江渡发电厂，贵州 遵义 563104；2.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

0 引 言

大坝的安全风险分析与管理是一个贯穿大坝全生命周期的动态管理过程，该过程涉及诸多关键环节：从风险的识别与估计到风险损失的预测，再到风险标准的设定、风险的综合评价、决策制定，以及最终的风险处置。特别强调的是，这一过程不仅关注大坝本身的安全风险率，还涵盖溃坝后果对社会环境安全的综合影响，以及风险控制的标准和策略。本文旨在展示这种方法如何有效地提升大坝安全管理的水平，特别是在防止和缓解溃坝风险方面。通过本研究的成果，期望为水电站大坝的安全管理实践和未来的研究工作提供理论指导和方法论支持[1_2]。

1 工程概况

乌江渡水电站位于乌江中游，南距贵州省贵阳市105 km，北距遵义市55 km。坝址以上流域面积为27 790 km2，多年平均径流量502 m3/s，水库总库容23亿m3，单库设计为季调节水库。水库正常蓄水位760.00 m，设计洪水位760.30 m，校核洪水位762.80 m，是我国在岩溶地区兴建的第一座大型水电站。电站枢纽为Ⅰ等大(1)型工程，由拱型重力坝、坝后式厂房、泄洪建筑物、扩机引水隧洞、地下厂房等组成。拱型重力坝坝顶高程765.00 m，坝顶长395.0 m，最大坝高165.0 m；在高程708 m以下坝体横缝接缝灌浆形成拱形整体。整个枢纽采用三层重叠布置：坝后全封闭溢流式厂房、坝顶设溢洪道、溢洪道导墙顶部布置220 kV开关站。

乌江渡水电站大坝于1970年4月开工，1979年11月20日水库开始蓄水，同年底第一台机组发电；1982年3台机组全部投产，1983年底工程通过竣工验收[3]。扩机工程于2000年11月正式动工，2003年完成扩机工程建设，增设2台250 MW机组和1台30 MW防洪备用电源机组。老机组的增容改造工作从2003年11月开始，至2005年5月全部结束。2005年完成对原3台老机组的增容改造，将原单机容量210 MW机组更换为250 MW机组。工程共装机为6台，总容量已达1 280 MW(5×250 MW+1×30 MW)[4]。

2 风险评估理论与方法

2.1 风险源辨识方法

风险源辨识主要针对溃坝、漫坝、水淹厂房、主体结构破坏、工程边坡失稳、闸门及启闭设备严重损坏等重大事故开展，具体工作包括收集资料、风险识别及不确定性分析，形成初步风险清单并分类。

风险源辨识主要包含识别风险源、可能发生的事件及其原因和潜在后果等。综合收集的资料和现场查勘的结果，对所有可能存在的安全隐患和风险点进行识别和分类，如地震、泥石流、堰塞湖、超标准洪水、坝基、工程边坡、近坝库岸滑坡体、上游水库溃坝等。

2.1.1 大坝风险源辨识

(1)汛期发生特大暴雨时，入库流量超过校核洪水流量，无法及时宣泄，造成洪水漫坝或垮坝及水淹厂房。

(2)水电站厂用电源故障，导致泄洪建筑物闸门不能开启，影响电厂正常泄洪，导致洪水漫坝。

(3)库区大滑坡造成河道堵塞，形成堰塞湖，堵断江流，最后漫顶溃决，形成超标准洪水，造成洪水漫坝。

(4)水电站大坝上游近坝区边坡在异常情况下的快速滑塌、涌浪可能会造成大坝漫顶过流。

(5)泄洪能力设计不足、枢纽布置不合理、超标洪水宣泄等导致护坦大面积掀起及坝后冲坑，造成垮坝。

(6)水情调度错误，洪水来不及开闸宣泄导致漫坝；水库水位超过校核洪水位且得不到有效控制，下游水位猛涨时，水从厂房进厂交通门、洞、尾水渠交通洞或从上游漫坝，水淹厂房[5]。

(7)坝基(坝肩)地质条件认识不清，大坝基础地质缺陷导致大坝失稳破坏或溃决。

(8)大坝设计不合理或施工质量低劣，导致大坝结构破坏或溃决。

(9)因地震、闸门卡阻、结构垮塌、漂浮物堵塞溢洪道等导致洪水漫坝，造成垮坝风险。

(10)机组尾水管进人门、蜗壳进人门损坏造成水淹厂房。机组检修且蜗壳进人门或尾水管进人门开启状态下，误提进水口闸门或尾水闸门，造成水淹厂房(廊道)。

(11)尾水洞、调压室、泄洪建筑物、压力钢管、进水口建筑物因外力导致破坏或机组压力钢管、引水管道严重爆裂，造成水淹厂房。

(12)机组振动超标或其他原因造成机组顶盖破坏，造成水淹厂房。

2.1.2 库区(含枢纽区)地质灾害风险源辨识

(1)地势高差较大、斜坡陡峻的高山峡谷区，特别是有孤立或突出山嘴的地带发生崩塌。崩积物落入江河中，形成巨大的涌浪推翻或击沉船只，以及形成急流险滩而影响或阻断河流、水库等[6]。

(2)库岸及边坡受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下形成滑坡。下游库岸滑坡，堵塞发电尾水出口或泄水建筑物出口；上游库岸高速滑入水库激起巨大涌浪，对大坝形成很大的冲击荷载，甚至漫顶，导致大坝失事；滑坡体堆积物还可能堵塞发电和泄洪进水口，严重的会导致水库报废[7]。

(3)库区山体由于暴雨、冰雪融水将沟谷中松散岩土体向下游开阔地倾泻形成泥石流，摧毁房屋林木，淹埋耕地、道路及渠道，造成巨大灾害。发生近坝泥石流，阻塞进水口、尾水口或泄洪洞进口、出口等，严重的会阻塞河道、淤积水库。

2.1.3 自然灾害风险源辨识

自然灾害风险源辨识主要包括：冰雪、冰雹、雷电、暴雨、洪水、大风(龙卷风)、地震。

2.2 风险分析

风险分析应考虑导致风险的原因，风险源、风险事件的正面和负面的后果及其发生的可能性，影响后果和可能性的因素，不同因素及其风险的相互关系以及风险的其他特性，风险控制措施是否存在及其有效性。

水电工程应从风险发生概率与风险后果严重程度进行风险分析。风险发生概率分析可利用相关历史数据来识别过去发生的事件或情况，推断其发生的可能性；也可利用故障树和事件树等技术预测其可能性。风险后果分析应综合考虑人员伤亡、经济损失、安全故障影响、环境影响和社会影响等因素，宜通过对事件的结果建模确定。

2.3 评级方法

结合风险分析的结果和规定的风险等级标准，确定风险等级，以便作出风险应对的决策。

3 大坝风险评估

从风险管控角度出发，查阅工程相关资料，进行现场踏勘以及与大坝相关运行维护人员进行沟通交流相结合的方式，对乌江渡大坝所有可能存在的安全隐患和风险源进行识别和分类。

3.1 风险源识别

查阅流域自然地理和水文气象资料、水库功能与保护对象等基本资料，工程勘测、设计、施工、监理、安全鉴定等建设期资料，同类及类似水电工程运行、建设的经验和风险事故或相关数据资料，大坝改(扩)建、补强加固的设计、审查、施工和验收资料，运行过程中的监测、检查、检测、安全评价、运行管理等资料和现场检查等，罗列出乌江渡大坝安全风险源清单。

3.2 风险分析与评级

根据风险源清单及风险辨识类型、结果，通过事件推演，对识别出的风险进行定性和定量分析，分析事件发生的可能性和后果，建立事件可能造成的多种后果及次生后果，分析已有管控措施及有效性。

4 风险管控措施

乌江渡大坝安全风险评估是为了制定可操作、便于实施的风险管控措施，遵循可行性、适用性、有效性以及主动、及时、全过程的原则，针对不同等级的风险，主要从日常管控、预测预警、降低风险和应急应对等四方面开展风险管控措施制定。

(1)日常管控措施主要为加强大坝边坡日常巡视检查和安全监测、冲坑的水下检查及坝体导流底孔堵头部位进行抽水检查等。

(2)预测预警措施主要为采用梯级联合调度系统，对下游构皮滩水库的顶托危害进行预测预警和对小黄崖、大黄崖、官崖危岩体开展监测、预警等。

(3)降低风险措施主要为更换左泄洪中孔液压启闭机设备或改造，对右泄洪中孔液压启闭机进行现场复查和维修或更换4号机组进水口检修闸门右端锁锭装置操作把手等。

(4)应急应对措施主要为根据调查结果制定相应应急预案和针对船只失控、拦漂装置松脱撞击大坝、堵塞溢流表孔等风险编制应急处置方案等。

5 风险管控评价

5.1 管理体系的优化

5.1.1 大坝安全管理制度规程

根据现行大坝安全管理相关法律法规、行业标准规范，制定了大坝安全管理、防汛管理、应急管理、绩效管理、档案管理等制度，总体能根据实际适时对相关制度进行修订，编制了《水工观测规程》《水工维护规程》《水务管理规程》《水工作业安全规程》《水工机电设备运行检修规程》等技术规程，相关制度规程能根据管理实际及时修订并发布，总体满足大坝安全管理需要。

5.1.2 安全评价、监测监控、检查

按计划开展大坝安全定期检查工作，对历次定检提出的意见、建议和运行中应重点关注的问题能制定整改计划，明确责任部门，总体落实到位。

总体能按水工维护规程、水工观测规程要求开展日常巡视检查、专项检查、年度详查、水工观测工作。日常巡视检查有明确的巡查路线，覆盖工程主要部位，检查频次满足要求，检查记录详细完整，发现的问题基本能做到闭环管理。

大坝安全监测项目齐全，监测仪器布置合理，监测重点明确，监测设施大部分运行工作状态正常。监测方法总体合适，监测频次满足要求，监测精度总体符合规范要求，监测成果基本合理。总的来说，监测系统总体满足大坝安全监控要求。

5.1.3 隐患、缺陷管理

总体能按《水电站大坝除险加固管理办法》《水电站大坝安全监测工作管理办法》开展隐患、缺陷管理工作，但目前仍存在水情测报系统备品备件不足，1号发电引水压力钢管投运43 a来未进行过安全检测，引张线自动化观测不稳定、KW53量水堰仪损坏、黄崖危岩体监测设施均损坏，监测自动化系统大部测点故障等缺陷未及时处理等情况。

5.1.4 防汛管理

成立了防汛组织机构，建立了防汛责任体系，能按要求开展防汛检查、防汛设备维护、防洪调度、防汛应急管理工作；汛期实行24 h防汛值班制，能按要求向相关单位报送汛情信息、大坝安全监测信息，汛后能及时开展防汛总结工作。

5.1.5 应急管理

编制了综合预案及自然灾害类、事故灾难类、公事卫生事件类、社会安全事件类等专项应急预案，并编制了相应处置方案。其中，防洪抢险应急预案每年修编1次，经第三方审查后报贵州省防汛抗旱指挥部，获得批复；同时向国家能源局贵州监管办、遵义市防汛办等单位报备。每年根据演练计划开展防汛应急演练，有演练方案和演练总结评估。电厂于2021年11月30日至12月4日委托北京华电万方管理系统认证中心开展应急能力建设评估工作，得分86.49；应急管理工作总体到位。

5.1.6 大坝作业安全管理

现场检查，大坝安全防护设施、警示标志等总体符合安全管理要求，但大坝670廊道、左680廊道、左640廊道无照明装置。

5.2 风险管控综合评价

制定的大坝安全管理制度规程总体满足大坝安全管理需要，总体能按要求开展大坝安全评价、监测、检查工作，能对工程存在的隐患、缺陷制定整改计划，并逐一落实。监控手段基本满足大坝正常运行要求，防汛管理工作到位；大坝应急管理工作及大坝现场安全防护设施、警示标志等总体符合安全管理要求。历次大坝安全定期检查成果表明，工程投运以来，大坝运行性态良好。

5.3 改进措施

(1)根据《水电站大坝安全现场检查技术规程》(DL/T 2204—2020)修订完善《大坝安全检查评级制》《水工维护规程》等制度规程，补充水工金属结构、库岸边坡的缺陷管理要求及坝前拦漂装置的检查维护要求。

(2)根据工程实际，完善大坝安全管理各监控指标，设置相对明确的预警值，完备监控手段，有效实现在线监控管理。

(3)定期对坝前拦漂装置进行检查维护，发现问题及时处理。

(4)进一步加强对隐患、缺陷的处理工作，如：根据《水情自动测报系统运行维护规程》(DL/T 1014—2006)开展水情测报系统维护、故障处理工作；选择有资质的第三方对1号发电引水压力钢管进行检测；应对监测设施存在的缺陷及时进行处理。

(5)根据《水电站大坝运行安全应急预案编制导则》(DL/T 1901—2018)编制《乌江渡水电站大坝运行安全应急预案》。梳理并修订综合预案、防洪抢险应急预案、水淹厂房应急预案中有关厂房防洪标准的描述不完全一致处，根据《水电站防水淹厂房安全检查技术规程》(DL/T 2447—2021)完善防水淹厂房相关管理监控措施；编制失控船只撞击大坝或堵塞泄水建筑物的应急处置方案。

(6)建议大坝670廊道、左680廊道、左640廊道增加照明装置，以保证作业人员安全。

6 结论与展望

6.1 结论

对整改落实有困难的管控措施及时沟通反馈，定期检查日常管控、预测预警、降低风险和应急应对等的管控措施落实情况，确保管控措施落实到位，并对管控措施动态更新。

6.2 展望

在探讨水电站大坝安全风险评估的未来展望时，可以从以下几个方面进行详细论述，这些方面均代表了该领域未来研究和实践的关键趋势：

(1)高级技术的融合与创新

未来的大坝安全风险评估将深度融合高级技术，如人工智能(AI)、物联网(IOT)和大数据分析。利用这些技术，可以实现对大坝结构完整性的实时监控，以及基于机器学习的风险预测模型。此外，数字孪生技术的应用可能成为趋势，通过创建大坝的虚拟副本，能够模拟各种极端情况下的响应，从而提高风险评估的准确性和预测能力。

(2)全面的多维度数据分析

随着数据采集技术的进步，包括地质、水文、气象和结构健康监测等多种数据的集成将成为标准做法。通过整合和分析这些数据，可以对大坝的安全状态进行更全面的评估，特别是在预测潜在风险和识别薄弱环节方面。

(3)气候变化的长期影响评估

考虑到气候变化对水资源循环的影响，未来的风险评估必须纳入更长远的视角，这包括评估极端天气事件(如洪水和干旱)的增加对大坝安全的影响，以及在设计和运维中考虑这些变化。

(4)综合应急管理策略的发展

在对大坝进行风险评估的基础上，制定和实施全面的应急管理策略将成为关键，这包括提高应急响应能力、优化疏散计划和提高公共安全意识。与此同时，应急预案的定期更新和模拟演练将是确保其有效性的重要部分。

(5)国际合作与知识共享

大坝安全管理的国际合作和知识共享将为全球范围内的风险评估和管理提供支持。通过共享最佳实践、研究成果和创新解决方案，可以加强全球大坝安全管理的整体水平。

(6)公众参与和信息透明

增加公众对大坝安全风险评估和管理的了解和参与，将有助于提高电厂和下游人民的应急准备能力和风险意识。通过透明化的信息共享和公众教育，可以建立更强的社区参与和支持。

未来的大坝安全风险评估将是一个多方面、多技术集成的复杂过程，它不仅依赖于先进技术的发展，还涉及到政策制定、公众参与和国际合作等多个方面。通过这些努力，我们可以朝着更科学、更全面的大坝安全管理迈进，以应对未来可能出现的挑战。