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奧洛維爾土石壩溢洪道破壞事件概況

1. 工程概況

奧洛維爾水利樞紐位于加利福尼亞州羽毛河上游、奧洛維爾市東部，由加州政府主持修建，于1968年建成投產(chǎn)。攔河大壩為心墻堆石壩，最大壩高234.7m，壩軸線(xiàn)長(cháng)2109m，是美國最高的大壩。水庫（即奧洛維爾湖）庫容44億m3，樞紐主要用于灌溉、防洪，兼有發(fā)電功能。

圖1 奧洛維爾大壩布置圖

圖2 主溢洪道（右側）和非常溢洪道（左）


如圖1所示，溢洪道布置于大壩右岸山體上。如圖2所示，靠近壩體一側的為主溢洪道，遠離壩體的為非常溢洪道。主溢洪道采用正槽式，由進(jìn)水渠段、控制堰段、泄槽段、消能段等組成，控制堰上設有閘門(mén)。非常溢洪道上部控制堰段為混凝土結構，下游為巖土質(zhì)山體。

2005年10月17日，三個(gè)環(huán)保組織曾向聯(lián)邦能源立法委員會(huì )（Federal Energy Regulatory Commission）發(fā)起動(dòng)議，敦促聯(lián)邦政府對大壩的緊急溢洪道進(jìn)行改造。動(dòng)議指出，巖土質(zhì)未襯砌泄槽不符合現行安全標準，因而應修建混凝土溢洪道；在極端降雨或洪水的情況下，主溢洪道將無(wú)法應對快速上漲的水位，此時(shí)水流將從非常溢洪道下泄，導致非常溢洪道的嚴重侵蝕，危及下游居民安全。但是，聯(lián)邦能源立法委員會(huì )和負責對改造出資的水資源部門(mén)稱(chēng)上述改造并無(wú)必要，導致動(dòng)議被擱置。

圖3奧洛維爾大壩結構示意圖



2. 2017年溢洪道破壞事件

 

2.1 主溢洪道的初步破壞

當地時(shí)間2017年2月7日（以下均為當地時(shí)間），經(jīng)歷了一場(chǎng)強降雨后，隨著(zhù)泄量達1400 m3/s的洪水下泄，主溢洪道泄槽出現沖刷破壞。但迫于奧洛維爾庫水位持續上漲，運行單位不得不繼續使用破損的溢洪道泄流，這使得破壞進(jìn)一步擴大。

圖4主溢洪道的初期破壞情況


截至2月10日，主溢洪道上的沖刷破壞區域已經(jīng)增長(cháng)到91.4m寬，152.4m長(cháng)，13.7m深（如圖4所示）。同時(shí)，主洪道泄槽沖刷區的混凝土和巖塊被帶到下游，導致下游羽毛河漁場(chǎng)（Feather River Fish Hatchery）遭到破壞。

（a）主溢洪道沖刷破損的發(fā)展：2月7日至2月10日

（b）破損處尺寸

圖5 主溢洪道的初期破壞情況


雖然工程師們曾希望只使用破損的主溢洪道達到控制奧洛維爾水庫水位的要求，從而避免啟用非常溢洪道，但考慮到泄洪可能對主溢洪道泄槽結構造成更大的損害，運行單位不得不將下泄流量從1800 m3/s降低至1600 m3/s。


 

2.2 非常溢洪道的啟用

圖6 泄洪中的主溢洪道（2017年2月11日）


2月11日早晨8時(shí)左右，非常溢洪道開(kāi)始泄流（如圖6），這是該壩自1968年建成以來(lái)非常溢洪道首次被使用。由于溢洪道和主壩是相對獨立的結構，且非常溢洪道頂高程低于壩頂高程，一旦庫水位上升至非常溢洪道頂部，即會(huì )從非常溢洪道下泄。因此，當局稱(chēng)主壩并沒(méi)有發(fā)生破壞的危險，目前還不需要考慮主壩破壞對公共安全的威脅。運行單位稱(chēng)，根據設計，水流會(huì )從非常溢洪道上部的混凝土溢流堰下泄至下游的巖土質(zhì)山體，設計允許下泄流量可達360 m3/s。

圖7 水位超過(guò)非常溢洪道頂部（2017年2月11日）


當地時(shí)間2月12日，由于預測非常洪道可能發(fā)生破壞，當局下令位于羽毛盆地（Feather River Basin）的Butte、 Yuba 和Sutter郡的居民撤離。此時(shí)，非常溢洪道下游山體的沖蝕已逐步向上部混凝土結構發(fā)展，而非常溢洪道上部的混凝土結構一旦發(fā)生破壞，會(huì )導致最高9.1m的庫水從缺口處下泄。而為減緩非常溢洪道的沖蝕，主溢洪道的下泄流量已增大至2800 m3/s。

圖8 非常溢洪道下游沖蝕情況


截至2月12日晚上8時(shí)，水位已被成功降低至非常溢洪道頂高程以下，從而使非常溢洪道停止泄流。泄洪停止后，對沖蝕部位進(jìn)行了快速的檢查（如圖8所示），并用大塊石進(jìn)行了臨時(shí)加固。值得注意的是，工程師們對主溢洪道情況仍表示擔憂(yōu)——主溢洪道的損壞一旦持續向上部發(fā)展將危急控制段安全，就會(huì )導致沒(méi)有任何安全的泄洪途徑可用；此外，主溢洪道將來(lái)的修復也更加昂貴。由于泄槽仍在泄洪，主溢洪道的破壞程度目前仍未可知；預計將在13日早晨進(jìn)行估算。

2月13日，直升機開(kāi)始向非常溢洪道拋投沙袋和大石塊。截至該日，18.8萬(wàn)人口已從當地撤離，而緊急撤離命令尚未被取消。此外，2.3萬(wàn)名士兵被要求隨時(shí)準備“一旦發(fā)生溢洪道垮塌，立即投入救援”。


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