奥洛维尔土石坝溢洪道破坏事件概况

1. 工程概况

奥洛维尔水利枢纽位于加利福尼亚州羽毛河上游、奥洛维尔市东部，由加州政府主持修建，于1968年建成投产。拦河大坝为心墙堆石坝，最大坝高234.7m，坝轴线长2109m，是美国最高的大坝。水库（即奥洛维尔湖）库容44亿m³，枢纽主要用于灌溉、防洪，兼有发电功能。

图1 奥洛维尔大坝布置图

图2 主溢洪道（右侧）和非常溢洪道（左）


如图1所示，溢洪道布置于大坝右岸山体上。如图2所示，靠近坝体一侧的为主溢洪道，远离坝体的为非常溢洪道。主溢洪道采用正槽式，由进水渠段、控制堰段、泄槽段、消能段等组成，控制堰上设有闸门。非常溢洪道上部控制堰段为混凝土结构，下游为岩土质山体。

2005年10月17日，三个环保组织曾向联邦能源立法委员会（Federal Energy Regulatory Commission）发起动议，敦促联邦政府对大坝的紧急溢洪道进行改造。动议指出，岩土质未衬砌泄槽不符合现行安全标准，因而应修建混凝土溢洪道；在极端降雨或洪水的情况下，主溢洪道将无法应对快速上涨的水位，此时水流将从非常溢洪道下泄，导致非常溢洪道的严重侵蚀，危及下游居民安全。但是，联邦能源立法委员会和负责对改造出资的水资源部门称上述改造并无必要，导致动议被搁置。

图3奥洛维尔大坝结构示意图



2. 2017年溢洪道破坏事件

 

2.1 主溢洪道的初步破坏

当地时间2017年2月7日（以下均为当地时间），经历了一场强降雨后，随着泄量达1400 m³/s的洪水下泄，主溢洪道泄槽出现冲刷破坏。但迫于奥洛维尔库水位持续上涨，运行单位不得不继续使用破损的溢洪道泄流，这使得破坏进一步扩大。

图4主溢洪道的初期破坏情况


截至2月10日，主溢洪道上的冲刷破坏区域已经增长到91.4m宽，152.4m长，13.7m深（如图4所示）。同时，主洪道泄槽冲刷区的混凝土和岩块被带到下游，导致下游羽毛河渔场（Feather River Fish Hatchery）遭到破坏。

（a）主溢洪道冲刷破损的发展：2月7日至2月10日

（b）破损处尺寸

图5 主溢洪道的初期破坏情况


虽然工程师们曾希望只使用破损的主溢洪道达到控制奥洛维尔水库水位的要求，从而避免启用非常溢洪道，但考虑到泄洪可能对主溢洪道泄槽结构造成更大的损害，运行单位不得不将下泄流量从1800 m³/s降低至1600 m³/s。


 

2.2 非常溢洪道的启用

图6 泄洪中的主溢洪道（2017年2月11日）


2月11日早晨8时左右，非常溢洪道开始泄流（如图6），这是该坝自1968年建成以来非常溢洪道首次被使用。由于溢洪道和主坝是相对独立的结构，且非常溢洪道顶高程低于坝顶高程，一旦库水位上升至非常溢洪道顶部，即会从非常溢洪道下泄。因此，当局称主坝并没有发生破坏的危险，目前还不需要考虑主坝破坏对公共安全的威胁。运行单位称，根据设计，水流会从非常溢洪道上部的混凝土溢流堰下泄至下游的岩土质山体，设计允许下泄流量可达360 m³/s。

图7 水位超过非常溢洪道顶部（2017年2月11日）


当地时间2月12日，由于预测非常洪道可能发生破坏，当局下令位于羽毛盆地（Feather River Basin）的Butte、 Yuba 和Sutter郡的居民撤离。此时，非常溢洪道下游山体的冲蚀已逐步向上部混凝土结构发展，而非常溢洪道上部的混凝土结构一旦发生破坏，会导致最高9.1m的库水从缺口处下泄。而为减缓非常溢洪道的冲蚀，主溢洪道的下泄流量已增大至2800 m³/s。

图8 非常溢洪道下游冲蚀情况


截至2月12日晚上8时，水位已被成功降低至非常溢洪道顶高程以下，从而使非常溢洪道停止泄流。泄洪停止后，对冲蚀部位进行了快速的检查（如图8所示），并用大块石进行了临时加固。值得注意的是，工程师们对主溢洪道情况仍表示担忧——主溢洪道的损坏一旦持续向上部发展将危急控制段安全，就会导致没有任何安全的泄洪途径可用；此外，主溢洪道将来的修复也更加昂贵。由于泄槽仍在泄洪，主溢洪道的破坏程度目前仍未可知；预计将在13日早晨进行估算。

2月13日，直升机开始向非常溢洪道抛投沙袋和大石块。截至该日，18.8万人口已从当地撤离，而紧急撤离命令尚未被取消。此外，2.3万名士兵被要求随时准备“一旦发生溢洪道垮塌，立即投入救援”。


参考资料：

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