老撾一水電站大壩坍塌
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轉載自《水利學報》2018年7月23日20時左右,位于老撾、越南、柬埔寨三國接壤地區的桑片-桑南內(Xepian-Xenamno)水電站發生潰壩事件,導致水庫蓄水下泄,淹沒老撾南部阿速坡省數個村莊,目前已造成數十人死亡,數百人失蹤,大壩潰決產生的洪水泛濫導致6000多人流離失所。老撾桑片-桑南內(Xepian-Xenamno)水電站的潰壩事件一經披露,立刻在國際社會形成了巨大的反響,也引起了國內外水電工程界的巨大關注。盡管目前相關的技術資料不詳,但根據有限的網絡報道也可大致對這一事件做出初步的分析,并由此進行一些相關的思考。1. 工程項目概況老撾桑片-桑南內(Xepian-Xenamno)水電站位于老撾東南部占巴塞省(Champasack)北松地區(Paksong)的布拉萬高原,距離老撾首都萬象東南約550km。項目業主桑片-桑南內電力公司是2012年由韓國SK工程建設公司(SKE&C)、韓國西部電力公司(KOWEPO)、泰國發電公司(Ratchaburi)發電控股公司(RATCH)以及老撾控股國有企業(LHSE)成立的合資企業,其中,韓國SK工程建設公司持股24%,老撾控股國有企業持股26%,韓國西部電力和泰國Ratchaburi發電控股公司各持股25%。電站工程由HouayMakchanh、Xe-Namnoy及Xe-Pian三座大壩、五座副壩、輸水系統以及發電廠房組成,總裝機容量410MW(圖1)。圖1 桑片-桑南內(Xepian-Xenamno)水電站項目規劃示意圖(源自項目報告)從規劃圖看,項目涵蓋的水系包括Xe Kong河的兩條支流Xe Pian河(向西)和Xe Namnoy河(向東),相關的四個小流域在圖中分別用不同顏色區分,其中深黃色的流域流向Xe Pian河,淺黃色、綠色和紫色的流域流向Xe Namnoy河。電站水庫的主體位于綠色流域部分。工程規劃在淺黃色流域建壩形成水庫,用水渠引至深黃色流域,再在深黃色流域建壩形成水庫,用水渠引至綠色流域。然后在綠色流域中建壩形成一個較大的水庫,并在此開挖發電引水隧洞,將水流引入東南側山下的發電廠房。水庫及發電引水系統如圖2所示。圖2 水庫及發電引水系統示意圖(源自項目報告)Xepian-Xenamno水電站的三座大壩分別為Houay Makchanh大壩、Xe Pian大壩和Xe Namnoy大壩,其中Houay Makchanh大壩為混凝土溢流壩,最大壩高8.5m,壩軸線長1789.0m,壩頂高程814.5m。XePian大壩為混凝土重力壩與黏土心墻堆石壩的組合(圖3),最大壩高47m,壩軸線長1250.0m,壩頂高程799.5m。水庫正常蓄水位791.9m,大壩攔蓄庫容2.872億立方米。Xe Namnoy大壩為黏土心墻堆石壩(圖4),最大壩高75.5m,壩軸線長1430m,壩頂高程792.5m。水庫正常蓄水位786.5m,大壩攔蓄庫容10.43億立方米。圖3 Xe Pian大壩圖4 Xe Namnoy大壩2. 潰壩事件此次發生潰決事故的大壩是位于Xe-Namnoy水庫西南側的D副壩(Saddle Dam D),其位置如圖5所示。圖中從北到南每個副壩依次編號為A~F。D副壩壩型為土壩,壩高16m,壩軸線長770m,壩頂寬8m。圖5 Xe-Namnoy水庫副壩位置示意(源自歐洲應急響應中心的災害地圖)根據法新社25日援引一名韓國國會議員收到的報告報道,7月20日,D副壩“中部出現11厘米沉陷”。 韓國西部電力公司發言人說:“不清楚為何水壩部分結構沉陷、形成裂縫。不過,所有這些都在大雨情況下發生。”7月23日,業主公司給當地政府發出告急信函(圖6),要求緊急疏散下游Xe Pian下游居民。當晚8時左右,D副壩潰決,庫水傾瀉而下,向西流入Xe Pian河。由于Xe Pian河道容量有限,洪水漫出河道,下游頓成澤國。圖7所示為中科院中國遙感衛星地面站獲取的7月13日和7月25日的雷達衛星圖像,圖像可見下游村莊密集區大部被淹沒。圖6 業主公司的告急信(源自澎湃新聞) 圖7 水庫及其下游的雷達衛星圖像(源自中科院中國遙感衛星地面站)3. 潰壩原因的初步分析從潰壩事件的發展過程看,最晚在7月20日之前,項目公司就發現了D副壩壩頂的結構缺陷。從報告的描述看,壩頂結構的缺陷主要是裂縫和沉陷。從網上發布的潰壩現場照片看(圖8),裂縫主要為順壩軸線方向的縱向裂縫,以及部分垂直于壩軸線的橫向裂縫。D副壩的壩型為土壩,從結構上分析,造成壩頂裂縫的原因主要包括:(1)壩體填筑不密實,水庫蓄水后壩體的濕化變形造成壩體上、下游方向的不均勻沉陷,從而在壩頂表現出順壩線方向的裂縫。(2)由于壩體材料或施工質量的問題,造成副壩中部(鞍形埡口底部)與岸坡處的不均勻變形,從而形成垂直于壩軸線方向的裂縫,通常,這種裂縫主要分布在壩肩部位。(3)壩體滲流控制措施存在缺陷,在高水位情況下,壩體內部出現滲透破壞,壩體內細顆粒流失后造成壩頂塌陷。通常,從潰壩的過程上看,土石壩是一種漸潰式的壩型。由于土石壩的壩型特點,從其破損的出現到最終潰決,將會有一個逐漸發展的過程。在這個過程中,如果處置及時,完全有可能避免最終潰決的發生。由此可見,建設單位的應急處置可能存在較大問題。圖8 潰壩現場圖片(源自網絡報道)從上述分析看,連日大雨導致壩體裂縫和沉降的說辭并不可信。東南亞熱帶地區建設的大壩都會遭遇雨季暴雨的情況。一個設計完備、施工質量良好的大壩是不可能經受不住連續幾天暴雨的考驗的。從另一個方面看,老撾屬熱帶、亞熱帶季風氣候,5月~10月為雨季,11月至次年4月為旱季。作為一個庫容如此巨大的水庫,對于雨季的水庫運行,應該在設計階段就會有一個明確的防洪度汛計劃,在水庫投入運行后,還需要根據水、雨情的變化,及時進行調整、應對。Xe-Namnoy水庫在進入雨季前是否提前預留了防洪庫容?在水庫水位漲起來的時候是否及時開閘泄洪?這些情況目前尚不得而知。但從現場的情況看,D副壩潰決時,水庫為滿庫或接近為滿庫,最終潰決時,庫水漫過壩頂,形成沖蝕潰決。綜合上述初步分析,D副壩潰決的原因一方面有可能是副壩的設計(變形控制措施和滲流控制措施)或施工(筑壩材料、壩體填筑質量)存在重大缺陷,使大壩在結構上存在隱患,在高水位情況下產生裂縫、坍塌等結構破壞,從而導致大壩潰決。另一方面有可能是項目在管理上存在問題,雨季洪水期的防洪度汛方案不合理,缺乏有效的應急搶險預案,項目的安全管理和應急響應措施都存在較大缺陷。4. 關于事故教訓的思考目前,關于此次老撾Xe-Namnoy水庫副壩潰決事件的詳細技術調查和分析尚未明確,相關資料也比較缺乏。但針對此次事件的初步思考,也可為我們得出一些有益的教訓。(1) 大壩安全是一個涉及社會公共安全、關乎人民生命財產的重大問題,來不得絲毫的疏忽。這雖然是老生常談,但是每一次大壩安全事故,都會為大壩工程師敲響警鐘。考慮到大壩失事的嚴重后果,大壩建設工程師必須時刻緊繃大壩安全的責任擔當。大壩建設的管理也必須層層設防,嚴格把關,確保大壩安全萬無一失。(2) 在安全管理領域,一個重要的概念是要保證其管理主體的本質安全。大壩的本質安全存在于其誕生過程中的各個階段,各階段的安全因子與大壩的最終安全狀態存在著相互作用關系。將安全管理的理念貫徹于大壩規劃、勘測、設計、施工、運行的各個階段,對于形成大壩安全保障的綜合系統將具有突出的意義。任何一座大壩的潰決,一定都會在勘測、設計、施工和運行管理的某一階段或幾個階段中找到原因。以Xepian-Xenamno水電站為例,在項目的規劃階段,是否對流域的水文條件有了充分的了解?大壩設計的防洪能力是否滿足要求?在設計階段如何充分考慮土石壩的特點布置泄洪設施?在運行階段如何實現有效的安全管理?所有這些都與工程的本質安全有著直接的聯系。(3) 對于土石壩工程而言,造成其潰決失事的最主要的原因一個是漫頂引起的外部沖蝕破壞,另一個是滲流引起的內部沖蝕破壞。對于漫頂破壞,一方面有可能是壩體過大的沉降變形或塌陷導致庫水漫頂,這屬于結構方面的因素。另一種就是水庫泄流能力不夠(水文方面因素)或泄流設施損壞(結構因素)。因此,對于土石壩工程而言,除了要首先保證其大壩結構設計、施工質量的可靠外,對于泄洪設施的能力和可靠性要高度重視,目前,對于高壩大庫通常都會考慮多種泄洪形式的并用。(4) 在大壩安全管理中,大壩的設計和運行管理要充分考慮極端氣象條件的應對措施,建立行之有效的應急預警系統。從此次Xepian-Xenamno水電站事故看,項目的設計和運行管理很有可能存在重大缺陷,這與項目建設的管理模式有可能有著直接的聯系,不排除項目建設中存在著只追求經濟效益而忽視設計上必要安全余量的可能性,以及對運行和應急安全管理方面漠視的可能性。目前,對于重要工程的設計,通常都會適當地考慮一些必要的冗余措施,以形成多道安全保障。(5) 隨著中國“一帶一路”戰略的實施,越來越多的中國水電企業走向海外,如何對這些海外工程實行有效的管理,將國內的安全控制措施延伸到海外?這是一個需要高度重視的問題。可喜的是中國電建等一批央企在在這方面作出了非常好的表率。作為老撾最大的中資企業,中國電建集團對其建設的項目嚴把工程質量,設計審查、施工質量控制、蓄水安全鑒定等措施逐一落實。此次Xepian-Xenamno水電站事故后,電建集團及時對其30余個在建項目進行了安全自查,以確保每個項目安全度汛。(6) 從目前國際上大壩安全管理的發展現狀看,發達國家的大壩安全管理水平較高,與大壩相關的公共安全措施也相對比較到位。中國在多年的大壩建設中也形成了具有自身特色的大壩安全管理體系。中國企業在海外拓展的過程中,不但需要在工程建設中打出品牌,同時也需要在充分借鑒發達國家成功經驗的基礎上,促進發展中國家大壩安全管理體系的建設。參考資料:http://www.chinanews.com/gj/2018/07-25/8579429.shtmlhttps://www.toutiao.com/i6582340795267809796/?tt_from=weixin&utm_campaign=client_share&from=groupmessage×tamp=1532585844&app=news_article_lite&utm_source=weixin&isappinstalled=0&iid=39005507815&utm_medium=toutiao_android&wxshare_count=1http://news.sina.com.cn/w/2018-07-27/doc-ihfvkitx7315716.shtmlhttp://news.sina.com.cn/o/2018