中國(guó)既是洪旱極為嚴(yán)重的國(guó)家，又是地質(zhì)災(zāi)害常發(fā)、多發(fā)的國(guó)家，水電開(kāi)發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害之間究竟是什么的關(guān)系?討論產(chǎn)生概念，爭(zhēng)論產(chǎn)生思想!為了向社會(huì)各界介紹水力發(fā)電、水庫(kù)大壩和地質(zhì)災(zāi)害的科學(xué)關(guān)系，中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)、中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)于2017 年5 月12 日(全國(guó)減災(zāi)日)上午9：00～12:00 在華北電力大學(xué)主樓D區(qū)216會(huì)議室召開(kāi)"水力發(fā)電與地質(zhì)減災(zāi)"科普論壇。論壇特邀四位專家，結(jié)合美國(guó)奧羅維爾大壩事故等熱點(diǎn)問(wèn)題，圍繞水庫(kù)大壩在地質(zhì)減災(zāi)方面的重要作用，做專題講座，并同與會(huì)代表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流。

徐澤平

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院教高做《從美國(guó)奧利維爾大壩事故看水電與減災(zāi)》主題報(bào)告。

很高興跟大家分享水力發(fā)電與地質(zhì)減災(zāi)的問(wèn)題。今天正好是全國(guó)防災(zāi)減災(zāi)日，好像是512汶川地震后定下來(lái)的。512地震的時(shí)候我當(dāng)時(shí)也是專家組去紫坪鋪水庫(kù)壩頂上處理大壩的問(wèn)題。說(shuō)到水力發(fā)電和地質(zhì)減災(zāi)的問(wèn)題，其實(shí)今天我主題是介紹一下美國(guó)Oroville大壩事故，因?yàn)檫@個(gè)在幾個(gè)月前發(fā)生的事故，在業(yè)內(nèi)和新聞媒體上都引起了很大的反響，有的媒體說(shuō)美國(guó)最高的大壩要發(fā)生潰壩了，20多萬(wàn)人都轉(zhuǎn)移了，實(shí)際上并不是那么回事。

減災(zāi)日說(shuō)到減災(zāi)的時(shí)候，報(bào)道上感覺(jué)自然災(zāi)害越來(lái)越多了，實(shí)際上自然災(zāi)害和人類的活動(dòng)還是有比較大的關(guān)系的。這里面說(shuō)的可能主要的一個(gè)就是氣候變化的問(wèn)題，前面有幾張PPT說(shuō)一下全球氣候變化的現(xiàn)實(shí)。關(guān)于全球氣候變化實(shí)際上還有一部分人有爭(zhēng)論，包括美國(guó)新當(dāng)選的特朗普總統(tǒng)好像就不認(rèn)為全球有氣候變化問(wèn)題，但是實(shí)際上統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，目前全球的氣候正在經(jīng)歷以升溫為特征的這么一個(gè)變化過(guò)程。從1990年到2005年地球表面氣溫增高了0.74度，上面有一個(gè)圖是中國(guó)50年內(nèi)的氣溫增加統(tǒng)計(jì)，可以看到在北方大部分地區(qū)有高的氣溫，在南方地區(qū)氣溫沒(méi)有什么太大的變化，實(shí)際上跟地域是有一定關(guān)系的。

討論到全球變暖的問(wèn)題，影響大概分成兩個(gè)部分，一個(gè)是增加了洪水干旱以及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度，再一個(gè)是加劇水資源分布的不平衡和供需的矛盾。今天要談的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害很大情況下是跟我們降雨有很大關(guān)系的。

說(shuō)到水力發(fā)電和減災(zāi)，實(shí)際上水力發(fā)電包括我們修的水利大壩也好，都屬于水利基礎(chǔ)設(shè)施。水是一種基礎(chǔ)性的自然資源、戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源、生態(tài)環(huán)境的重要控制因素，所以從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)我們需要建一些工程來(lái)給我們提供更多的水資源，就是我們需要更多的水。但是水多了也不好，水多了也會(huì)造成洪水災(zāi)害，而且也會(huì)造成地質(zhì)災(zāi)害的問(wèn)題。所以從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，水利基礎(chǔ)設(shè)施是管理水資源、減少自然災(zāi)害的一個(gè)重要的手段。

總結(jié)一句話就是，面對(duì)人口增加和全球變暖的形勢(shì)，水庫(kù)大壩在未來(lái)要發(fā)揮越來(lái)越重要的減災(zāi)作用。可以從兩方面理解，因?yàn)閯偛耪f(shuō)氣候變化的原因是和人類活動(dòng)有關(guān)的，我們建了這個(gè)大壩工程以后減少溫室氣體排放，對(duì)氣候是有一定影響的。另外一方面，它本身調(diào)節(jié)水資源，也會(huì)起到作用，這是從一個(gè)正面的角度來(lái)說(shuō)。但是另外一個(gè)方面，就是水庫(kù)大壩也會(huì)對(duì)下游形成一定程度的安全風(fēng)險(xiǎn)，水庫(kù)大壩的安全對(duì)于公共安全具有非常重要的作用。水電工程高效可靠的安全管理，將使水庫(kù)大壩在發(fā)揮減災(zāi)作用的同時(shí)，也使它自身不成為災(zāi)害發(fā)生的因素。

下面我就重點(diǎn)介紹一下美國(guó)Oroville大壩事故的情況。首先說(shuō)位置，Oroville大壩位于美國(guó)加州，美國(guó)加州主要的水資源是集中在北加州，大壩在加州北部的山區(qū)，這個(gè)是大壩谷歌上的一個(gè)圖。

這是整個(gè)Oroville大壩的圖，大壩是芯墻堆石壩，壩高234.7米，是美國(guó)最高的大壩，2013年的時(shí)候我曾經(jīng)去過(guò)這個(gè)大壩，這個(gè)壩頂高是281米，壩軸線長(zhǎng)2109米，庫(kù)容44億立方米，大壩就是供水、發(fā)電、防洪。這個(gè)是主壩，這兒有兩個(gè)廠房。在右岸山體建了一個(gè)溢洪道，這個(gè)正常的溢洪道邊上就是緊急溢洪道。主溢洪道寬54.5米，長(zhǎng)930米，堰頂248米，泄流能力4200米/秒。緊急溢洪道，是一個(gè)寬530米的溢流堰。

這個(gè)事情背景是這樣，前幾年我也去過(guò)加州幾次，在前年去加州的時(shí)候跑了它幾個(gè)水庫(kù)，加州的水庫(kù)基本上都是干的了，庫(kù)都見(jiàn)底了，所以加州北部連續(xù)經(jīng)歷了四年的干旱，但是在今年，2016年冬季遭遇了持續(xù)的強(qiáng)降雨，主要來(lái)源夏威夷的水區(qū)輸送和北極的冷空氣在這兒碰撞形成了。這張圖就是加州北部的這幾個(gè)水庫(kù)的情況，整個(gè)高度是庫(kù)容能力，這個(gè)相當(dāng)于滿庫(kù)，這就是基本滿了，這還沒(méi)滿，一半，這幾個(gè)水庫(kù)可以看出來(lái)，2016年—2017年冬季，加州北部的大部分水庫(kù)都接近于滿庫(kù)或者半滿的情況，所以一下就是劇烈的從嚴(yán)重干旱轉(zhuǎn)為洪水的季節(jié)。

這個(gè)是壩最干年份一年的水位過(guò)程線，這是它最豐水年的過(guò)程線，這條藍(lán)色的線實(shí)際上就是2016—2017年的過(guò)程，可以看出來(lái)，實(shí)際上它已經(jīng)超出了歷史上最豐年的情況。

先看一下這個(gè)圖標(biāo)，這個(gè)黃色的是它的庫(kù)水位線，這個(gè)顏色的是它的入庫(kù)流量，底下的綠色的是出庫(kù)流量。我們看一下整個(gè)過(guò)程，今年2月7日的時(shí)候，就是在這個(gè)時(shí)候，它的入庫(kù)流量達(dá)到一定程度以后就開(kāi)始泄洪了，剛開(kāi)始泄洪的時(shí)候發(fā)現(xiàn)溢洪道發(fā)生了破壞，2月8日的時(shí)候，溢洪道破壞以后趕緊把閘門(mén)關(guān)了，出庫(kù)流量就降下來(lái)了，9號(hào)又來(lái)了大的，溢洪道泄洪的時(shí)候又慢下來(lái)了，關(guān)了一部分閘門(mén)，所以這個(gè)水位就上升的很快，到10號(hào)的時(shí)候這個(gè)破壞就迅速的發(fā)展。所以這個(gè)水庫(kù)水位超過(guò)了非常溢洪道的堰頂高程，這個(gè)非常溢洪道就開(kāi)始泄洪，就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，非常溢洪道上面的山體發(fā)現(xiàn)了破壞，所以2月12日加州政府就發(fā)布了緊急疏散令，到了2月12日夜里的時(shí)候，這個(gè)水位降到非常溢洪道堰頂以下了，水位再持續(xù)下降的時(shí)候，2月14日就把這個(gè)強(qiáng)制疏散的命令改為警告了，你可以回家，但是還是警告你要隨時(shí)注意來(lái)水的情況。這是從它開(kāi)始泄洪一直到最后發(fā)生破壞，一直到最后強(qiáng)制撤離。所以整個(gè)過(guò)程中，中央電視臺(tái)的報(bào)道、新聞的報(bào)道都說(shuō)美國(guó)最高的大壩要發(fā)生潰壩了，實(shí)際上不是這么回事，實(shí)際上是溢洪道出了問(wèn)題，這個(gè)大壩是安然無(wú)恙的。這是它的整個(gè)大壩，一點(diǎn)問(wèn)題沒(méi)有，出問(wèn)題的是它的溢洪道，就是說(shuō)在2月7日的時(shí)候主溢洪道泄洪的時(shí)候，在泄流量達(dá)到1543米/秒的時(shí)候，發(fā)生了流態(tài)的異常。緊急把閘門(mén)關(guān)了以后，發(fā)現(xiàn)溢洪道的泄槽破損沖出了一個(gè)大洞。但是水庫(kù)的水持續(xù)往里面進(jìn)，但是它的溢洪道又出了問(wèn)題了，你不能讓它漫頂，漫頂以后就出問(wèn)題了，所以溢洪道還在帶病運(yùn)行，所以2月8日、2月9日的時(shí)候運(yùn)行一段再關(guān)上看看，2月9日的時(shí)候整個(gè)沖出來(lái)的洞口已經(jīng)把泄槽全部貫穿了。這個(gè)時(shí)候主溢洪道是屬于帶病運(yùn)行，雖然有了沖坑但是還是繼續(xù)泄流，這個(gè)時(shí)候非常溢洪道也開(kāi)始泄流了。

咱們新聞報(bào)道里面有一個(gè)詞，他們說(shuō)Oroville大壩沒(méi)有辦法只能開(kāi)啟非常溢洪道，這個(gè)概念是不對(duì)的，非常溢洪道相當(dāng)于保險(xiǎn)絲一樣的，沒(méi)有說(shuō)開(kāi)啟不開(kāi)啟，沒(méi)有閘門(mén)控制，水位到了這個(gè)堰頂以后自然就下泄，低于堰頂就停了，下面是沒(méi)有任何保護(hù)的，就是一個(gè)山體，這個(gè)水順著山體就往下流了，沒(méi)有固定的泄槽。

這個(gè)是從視頻截下來(lái)的，看著非常溢洪道的時(shí)候水流就順著山坡往下流，這個(gè)時(shí)候因?yàn)檎麄€(gè)山坡沒(méi)有保護(hù)，所以水流泄下來(lái)的時(shí)候發(fā)生了破壞。

這是一個(gè)很明顯的示意圖，當(dāng)這個(gè)水位超過(guò)堰頂?shù)臅r(shí)候自然往下流了，但是在山體發(fā)生了一個(gè)沖坑，所以為什么加州政府要疏散?是擔(dān)心這個(gè)沖坑往溢洪堰的堰頂發(fā)展，如果破壞了整個(gè)堰頂?shù)幕A(chǔ)就會(huì)造成堰頂?shù)耐蝗坏顾?，這個(gè)堰有多高呢?50英尺、大概15米左右的堰，如果發(fā)生突然倒塌的時(shí)候會(huì)形成一個(gè)小的洪峰，這個(gè)小的洪峰可能會(huì)對(duì)下面影響。所謂說(shuō)它的風(fēng)險(xiǎn)，由于這個(gè)非常溢洪道溢洪堰如果這個(gè)堰倒塌會(huì)產(chǎn)生一次洪峰，這個(gè)洪峰可能會(huì)造成影響，所以才疏散了18萬(wàn)—20萬(wàn)的下游人口。這個(gè)和大壩的潰壩完全是兩回事，不是一個(gè)概念。

這是當(dāng)它水位降下來(lái)以后非常溢洪道就停止泄流了，可以看出來(lái)的確在這些位置出現(xiàn)了一些沖坑，而且最近的沖坑已經(jīng)離溢洪堰的堰頂已經(jīng)很近了，這個(gè)是12號(hào)下達(dá)疏散令，14號(hào)形勢(shì)緩解以后疏散令改為疏散警告了。

今天咱們說(shuō)的主題叫"水力發(fā)電和地質(zhì)災(zāi)害"，具體說(shuō)到Oroville大壩的溢洪道為什么會(huì)出現(xiàn)這么一個(gè)事故?分析事故原因的時(shí)候，目前為止還沒(méi)有一個(gè)官方的結(jié)論，因?yàn)樗鍪乱院笪覀円埠退臉I(yè)主單位加州水資源管理局也想去現(xiàn)場(chǎng)做一個(gè)考察，但是他，一個(gè)當(dāng)時(shí)也在忙著搶險(xiǎn)，一個(gè)是到現(xiàn)在也沒(méi)有完全結(jié)束，所以他說(shuō)汛期過(guò)了以后6、7月份有可能要開(kāi)一個(gè)公開(kāi)的討論會(huì)，大家討論一下具體發(fā)布一個(gè)官方的事故原因的分析。但是從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，因?yàn)檫@個(gè)事情剛出來(lái)以后我就在中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)大壩新聞的微信公眾號(hào)上寫(xiě)了一篇文章，發(fā)表了我初步的判斷，那篇報(bào)道點(diǎn)擊率還是比較高的。初步看可以看出來(lái)，實(shí)際上溢洪道這個(gè)地質(zhì)基礎(chǔ)是很糟糕的，這個(gè)溢洪道的基礎(chǔ)存在一個(gè)地質(zhì)缺陷，就是它在溢洪道底板以下這么一個(gè)范圍之內(nèi)是一個(gè)松散的接近于土的這種情況的風(fēng)化比較厲害的巖石，所以一旦你的溢洪道如果有裂縫、有水流進(jìn)去以后很容易產(chǎn)生沖蝕，這個(gè)如果發(fā)展就會(huì)形成空洞，形成空洞就會(huì)造成底板斷裂，我覺(jué)得這是很主要的原因。

從這張圖里面也可以看出來(lái)，這一部分的溢洪道底板下面的地質(zhì)條件是非常糟糕的，而且這個(gè)表層的風(fēng)化也非常嚴(yán)重。而且我感覺(jué)它好像在底板沒(méi)有做這個(gè)處理，所以他在做溢洪道的時(shí)候?qū)Φ刭|(zhì)問(wèn)題沒(méi)有引起足夠的重視，沒(méi)有做很好的基礎(chǔ)處理，所以就在它的運(yùn)行過(guò)程中造成了事故。

這張圖可以看出來(lái)，山體這個(gè)地方都是很容易被沖蝕的，但是到了這個(gè)地方巖石不錯(cuò)了，沖蝕到一定程度就能夠穩(wěn)定下來(lái)了。

這也是一張鳥(niǎo)瞰圖，在造成溢洪道出了事了以后，造成大量的沖蝕以后，山把這個(gè)碎石淤積到河道里，造成另外一個(gè)問(wèn)題，回水太高了，結(jié)果電站就沒(méi)辦法運(yùn)行了，實(shí)際上降低水位的時(shí)候如果電站運(yùn)行的時(shí)候，還要出大概幾百個(gè)流量，也能幫助降低庫(kù)水位。但是這個(gè)溢洪道出了問(wèn)題以后，他把河道這個(gè)地方淤堵以后，后面的圍水太高，電站也難運(yùn)行了，所以他搶險(xiǎn)的時(shí)候做了兩件事，一個(gè)，要緊急修復(fù)這一塊，所以他最后是動(dòng)用了大量的直升機(jī)吊著石塊，把石塊充填到這個(gè)山坡上，再澆混凝土，不讓它這個(gè)沖蝕繼續(xù)向非常溢洪道的堰頂來(lái)發(fā)展。另外，加緊疏浚下游的河道，讓電站能夠盡快的恢復(fù)運(yùn)行。

這也是溢洪道底下的地質(zhì)畫(huà)面的圖。

這張照片就是他們?cè)谑杩Ｏ掠蔚暮拥?，?lái)保證盡快的讓電站開(kāi)始運(yùn)行，來(lái)控制這個(gè)水位。因?yàn)檫@個(gè)水是持續(xù)不斷入庫(kù)的，所以在這種特殊情況下溢洪道實(shí)際上是帶病運(yùn)行了，但是帶病運(yùn)行的時(shí)候加強(qiáng)了觀測(cè)，一個(gè)，控制了下泄的流量，再一個(gè)，整個(gè)周邊都一直在做這個(gè)觀測(cè)，這個(gè)是在溢洪道已經(jīng)出現(xiàn)事故的時(shí)候他仍然在泄流。這個(gè)地方已經(jīng)出了沖坑了，但是為了降低庫(kù)水位實(shí)際上帶病運(yùn)行，這個(gè)水還是往下泄，但是到了沖坑的時(shí)候已經(jīng)跨過(guò)這個(gè)倉(cāng)，下游已經(jīng)不起作用了，實(shí)際上是拐彎從山體里邊。

這個(gè)是非常溢洪道的山體，這個(gè)是沖出來(lái)的沖溝。

這個(gè)是他在直升機(jī)拋灑的石塊以后再澆混凝土，把這個(gè)非常溢洪道下游的坡面做了一個(gè)保護(hù)。可以看到這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H上水位已經(jīng)開(kāi)始下去了，那個(gè)是他在公路上排隊(duì)攪拌混凝土的車來(lái)做下游的這個(gè)情況。

這是整個(gè)過(guò)程，下面我想談一下教訓(xùn)和結(jié)論。

水電開(kāi)發(fā)中的水庫(kù)大壩是科學(xué)減災(zāi)的重要手段，它關(guān)系到防洪安全、供水安全、糧食安全，而且關(guān)系到經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全和國(guó)家安全，所以大壩的安全實(shí)際上關(guān)系到方方面面，所以科學(xué)的大壩安全管理對(duì)于國(guó)家具有十分重要的戰(zhàn)略意義，需要高度重視。

這是一個(gè)結(jié)論。為什么現(xiàn)在咱們高壩大庫(kù)也很少出事故呢?就是因?yàn)槲覀儗?duì)這方面也很重視，因?yàn)槟阒匾曇院蟛拍苌俪鍪鹿?，這是從兩個(gè)方面來(lái)理解，就像我們說(shuō)的你坐汽車和坐飛機(jī)，飛機(jī)一旦出事后果很嚴(yán)重，但是對(duì)飛機(jī)的安全也非常重要，所以出的事相對(duì)比較少。

高壩大庫(kù)的安全管理是一項(xiàng)非常細(xì)致的工作，不能有一絲疏忽

第二個(gè)結(jié)論，。像美國(guó)Oroville大壩這個(gè)事情，就是管理上存在一定的問(wèn)題，但跟美國(guó)最近這些年在基礎(chǔ)設(shè)施投入上，減少了投入也是有一定的關(guān)系。Oroville大壩實(shí)際上在世界上非常有名，它是在一九六幾年就建成了200多米高的大壩，那個(gè)時(shí)候中國(guó)的土壩沒(méi)有超過(guò)100米的時(shí)候，所以它當(dāng)時(shí)建的時(shí)候還是很先進(jìn)的，但是這么幾十年過(guò)來(lái)以后，安全的管理需要持續(xù)不斷的投入的，如果你忽視了這個(gè)安全管理上的投入，那么將來(lái)它一定會(huì)有事故來(lái)懲罰你。

全球氣候變化對(duì)目前大壩安全管理的形勢(shì)有非常重要的影響。由于來(lái)水的枯水年到豐水年的變化非常劇烈，像加州這種情況連續(xù)四年大旱以后突然來(lái)了一次超過(guò)歷史上最大的這個(gè)豐水年度，所以這個(gè)豐、枯變化突發(fā)事件就會(huì)增多，所以對(duì)大壩安全要保持高警惕性。

在大壩安全管理中要特別重視地質(zhì)問(wèn)題

第三個(gè)方面，。地質(zhì)的隱患一般來(lái)說(shuō)是不容易發(fā)現(xiàn)的，而且一旦出問(wèn)題的時(shí)候是措手不及，你看也看不到，一出問(wèn)題就措手不及，所以現(xiàn)在大壩安全的管理特別強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)儀器的作用?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步以后還要增加新的儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩全方位的監(jiān)控。

要對(duì)每個(gè)高壩大庫(kù)，

最后一條，美國(guó)這個(gè)大壩雖然出事，但是他們的搶險(xiǎn)還是可圈可點(diǎn)的，還是做的非常好的，包括這種豪華的直升機(jī)群的出動(dòng)，所以他這個(gè)國(guó)家的實(shí)力還是在那兒的，一旦出問(wèn)題還是投入得上去。

我的匯報(bào)就這些，謝謝大家!

(錄音資料，未經(jīng)本人審閱。如正式引用，務(wù)必請(qǐng)與作者本人核實(shí))