美国连续溃坝(漫坝)给我们带来怎样的警示

由于持续降雨,密歇根州Tittabawassee河上发生梯级水电站连续溃坝(漫坝)。美国当地时间5月19日19:30左右,Edenville大坝漫坝并溃决,下泄洪水于20:49又冲垮下游Sanford大坝,迫使密歇根州中部约1万人撤离。另据外媒报道,Edenville大坝上游的Smallwood大坝也发生漫坝,具体时间不详。根据美国有线新闻网CNN当地时间5月20日17时左右报道,溃坝洪峰已经过去,目前暂无人员伤亡报道。
前日,我们于事故发生的第一时间报道相关情况(突发!美国密歇根州连溃两坝 上万人紧急撤离),随着当地媒体报道与披露资料的不断增多,我们尝试着进一步廓清这次重大事故的种种疑团,并探讨它为我国大坝安全监督管理带来的警示。

事故大坝和流域概况

密歇根州Tittabawassee河修建有4座水电站大坝,从上游依次为Secord、Smallwood、Edenville和Sanford,工程主要任务均是发电。上述四座水电站均修建于1924年,至今已服役96年,现由Boyce Hydro公司负责运营。
Tittabawassee河梯级水电站位置示意图

Secord大坝位于格拉德温县,距格拉德温市东北约13.7km、米德兰市上游约67.6km,是此次事件中唯一幸免的大坝。

Smallwood大坝位于米德兰市上游约54.7km处。该坝建于1924年,主体结构由混凝土溢洪道和发电厂房组成。坝顶高程214.8m。2000年,堤坝上游侧加固了防渗桩墙。在正常蓄水位214.8m的情况下,水库蓄水面积约为2.02k㎡。大坝总长度约为313.9m,混凝土溢洪道和发电厂房约为22.9m。

Edenville大坝位于米德兰郡和格拉德温郡之间。大坝由两部分组成,一部分坝段在Tobacco河上,另一部分在Tittabawassee河上,装机4.8MW,坝体为土坝,两侧均设有混凝土溢洪道。坝顶高程216.3m,大坝总长度1.9km,坝高16.6m,每条溢洪道长度约21.3m。在正常蓄水位205.98m时,水库蓄水面积约为9.3k㎡,水库库容约4933.9万m³,按照我国定义,是一座中型水库。从溃坝现场视频看,此次大坝溃决位置位于左侧坝段。
Sanford大坝位于Edenville大坝下游约11.3km处,坝长600m,大坝高7.9m,安装有3台发电机组,总容量3.3MW。大坝有6孔溢洪闸,由液压启闭闸门控制。漫顶溃决位置始于紧邻溢洪道的坝体位置。

Smallwood大坝布置及漫坝情况图

Edenville大坝布置及溃决图

Sanford大坝布置及溃决图

据美国国家气象局消息,5月17日和18日,当地降雨量达100~180mm,Tittabawassee河在19日上午进入大洪水期。

应急响应情况

据了解,溃坝影响地区的应急部门具有较完备的各标准洪水和溃坝洪水风险图。
5月19日全天,美国国家气象局向Tittabawassee河流域不断发布洪水警报,敦促民众撤离。米德兰市位于Tittabawassee河畔,人口数量约为4.3万。当地政府通过手机即时通讯工具、网站等及时发布了溃坝信息,约1万人进行了撤离。密歇根州州长19日晚间宣布进入紧急状态,并呼吁受影响地区数以千计的民众前往亲友家中或紧急避难所。“在接下来的12至15小时内,米德兰市中心可能会被9英尺(2.74m)深的洪水淹没”。
从事故后的现场图片看,溃坝洪水经过米兰德郡后,继续向下游演进,经弗里兰,并由贝城汇入休伦湖。
溃坝下游河段下游有一家著名企业陶氏化学的总部,包含三家大型化工厂区,据当地政府估计,米徳兰化工基地将有一半区域被淹没,目前还暂时不清楚洪水可能对化工厂造成的影响,并且未来对下游和休伦湖生态的影响也还不能确定。溃坝洪水发生后,陶氏化学公司表示,已启动紧急行动,包括安全关闭仍在生产塑料和其他化工产品的区域。

溃坝原因分析

从已有信息源和溃坝位置卫星图像推测,导致溃坝主要因素是持续降雨、大坝泄流能力不足、大坝运行维护不到位。
持续降雨。美国国家气象局对该地区的降雨过程做出了较准确的洪水预报,最大洪水来临时段与Edenville溃决时段几乎重合。关于此次洪水是否超过大坝设计标准,尚缺乏数据支撑。
大坝泄流能力不足。有关报道称,外界此前就已开始担忧上述几座大坝的安全状况。其中Edenville大坝由于长期未解决溢洪道泄流能力不足问题,属高风险大坝,2018年被密歇根州评定为不合格的状态,且由于Boyce Hydro公司存在违规问题,被联邦能源监管委员会(FERC,Federal Energy Regulatory Commission)吊销了运营许可证。此后,Edenville大坝的管理权被密歇根州环境、大湖和能源管理局接管。从FERC于2018年9月10日起生效的Edenville大坝许可吊销文件看,该水库不具备应付可能最大洪水(PMF)的下泄能力,实际泄洪能力仅能达到要求值的50%。可以推测,由于泄洪能力不足,即使遭遇设计标准内洪水,Edenville大坝亦有漫顶溃决的可能,其溃坝洪水下泄又造成了下游Sanford大坝的溃决。

大坝运行维护不到位。Edenville和Sanford大坝都是运行近100年的大坝。Edenville需要更大的溢洪道以及更好的保护措施,以防漫顶损坏。但遗憾的是,因维修成本较高,业主没有及时进行溢流到扩建。Sanford虽然通过了当时的评估,但也因为近100年的运行历史让人对其质量产生了担忧。事件发生前,包括这两座大坝在内的数座大坝正在公开招标改扩建,都因种种原因没有企业愿意竞标,直至发生溃坝事故。


当地水电站大坝管理现状审示

联邦能源监管委员会表示,自2004年以来,他们一直在敦促Boyce Hydro公司对大坝进行升级改造,使其能够抵挡预期可能发生的大洪水。经前期评估,Edenville大坝需要更大的溢洪道以及更好的保护措施,以防漫顶损坏。但因维修成本较高,业主没有及时扩大其溢流能力。
事实上,Edenville大坝被要求提高泄洪能力的文件记录最早甚至可以上溯到1999年1月。

而在此后的20余年中,大坝业主虽然由Wolverine Power Corporation变更为Boyce Hydro(2004年),他们与大坝监管机构“打太极”方式一直未变——通过各种泄洪能力专门论证拖延整改,水库的泄流能力也一直未能本质提升。即使2018年大坝发电许可被吊销,大坝业主也仅将大坝列入待出售状态,而没有采取任何有针对性的处置措施,最终酿成此次大坝溃事件,严重威胁了下游地区的公共安全。

从上述情况看,这与2017年美国加州奥利维尔大坝溢洪道事故有着同样“诊而不治”的原因,反映了美国在大坝安全监督管理机制上存在缺陷。


教训和启示

近年来,国内外已经发生多起水电站大坝严重事故。今年5月,乌兹别克斯坦Sardoba大坝溃坝,造成4人死亡、1人失踪、56人受伤,附近7万多人被疏散;去年7月,我国汶川地区因为强降雨和泥石流,龙潭水电站(小水电)发生泄洪设施淤堵漫坝,太平驿水电站因下游堰塞湖被淹没。上述事故和灾害为我国大坝安全监督管理工作敲响了警钟,针对当前面临的新形势和新任务,对我们有以下警示:
一、必须进一步强化大坝安全意识,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。水电站的运行管理单位要始终把大坝安全放在第一位,严格按照国家法律法规和技术标准规定,健全管理体系、落实安全责任,保证工程建设质量、规范运行维护工作,确保水电站大坝运行安全。
二、在全球极端气象情况和地震频发的自然条件下,需谨慎设计度汛方案,充分考虑设计洪水发生改变,或者原有设计泄洪泄流能力未达到设计要求,或者调度泄洪通道受阻等原因可能造成的工程防洪隐患,明确对工程进度及相关度汛措施的要求和留有余地。同时,还应特别关注闸门、启闭机等泄洪设施的金属结构和机电设备的运行情况,保证在需要时能及时启闭运行。
三、大坝运行管理单位要重视并做好风险分级管控和隐患排查治理,落实安全经费,及时彻底解决检查发现的安全问题。持续降雨是本次多座大坝失事的诱因,而Edenville大坝泄流能力不足和运行维护不到位可能是此次水库连续溃决的主因,这暴露了其安全管理体系的重大缺陷,“诊而不治”,多年来对监管单位的连续警告置若罔闻,最终酿成了此次大坝溃决事件。
四、大坝运行单位要加强现场应急能力建设,提升应急演练水平,积极应用各类现代化技术手段,进一步提高灾害风险监测预报预警能力。尤其在汛期,要立足于严防溃坝、漫坝等重大险情,压实防汛责任、落实防汛措施,加强汛期应急处置,有效应对各种突发天气情况。进一步建立完善上下游、干支流各水电站业主之间的信息共享共用技术途径和工作机制,确保响应的联动、协调。要按照有关规定和技术标准开展大坝下游溃坝洪水分析、绘制洪水风险图,为可能发生的洪水灾害应急抢险和救援提前做好准备。
五、关注大坝老化问题。Tittabawassee河部分大坝溃决,只是密歇根州大坝老化问题的一个缩影,密歇根州大约有2600座大坝,其中三分之二的大坝已经超龄服役,在未来五年内,密歇根州大约80%的水坝将超过50年的使用年限。对于老坝,更应当加强安全检查,定期开展全方位的安全评估,在风险可控的情况下确保安全运行。


作者:杨彦龙、彭之辰、杜德进、崔何亮
资料收集:吴双