張秀麗（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

國內(nèi)外大壩失事或水電站事故典型案例原因匯集

張秀麗
（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

為了編制《水電站大壩運(yùn)行安全評價(jià)導(dǎo)則》，對國內(nèi)外大壩失事或水電站事故典型案例原因進(jìn)行了收集，匯總了8個(gè)失事或事故案例的工程概況、事故損失和原因概述，供從事大壩安全管理的人員抓住重點(diǎn)和關(guān)鍵，提高大壩安全管理水平。

大壩失事；水電站事故；原因

大壩安全管理的目的是要杜絕潰壩，防范漫壩、水淹廠房等惡性事故的發(fā)生。為了編制《水電站大壩運(yùn)行安全評價(jià)導(dǎo)則》，對國內(nèi)外大壩失事或水電站事故典型案例原因進(jìn)行了收集，主要匯總了8個(gè)失事或事故案例的工程概況、事故損失和原因概述。從這些典型案例的事故原因中可以抓住大壩安全管理的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

1　板橋、石漫灘水庫大壩失事

板橋水庫位于洪汝河上游，大壩為黏土心墻砂殼壩，壩高24.5 m，長2 020 m。水庫最大庫容4.92億m3。石漫灘是一座均質(zhì)土壩，最大壩高25 m，壩頂寬5 m，長500 m，水庫最大庫容0.47億m3。1975年8月8日，由于洪水遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，位于暴雨中心的板橋、石漫灘、田崗水庫相繼垮壩失事。

1975年8月的這次暴雨在板橋水庫上游，3天降雨1 030 mm，進(jìn)庫洪水比最大庫容多2億m3，最大進(jìn)庫流量13 000 m3/s，為水庫最大泄洪量的8倍。8月7日夜，水位急劇上漲，8日零時(shí)20分，洪水超過防浪墻，防浪墻被沖倒，板橋大壩砂殼首先被沖走，接著翻過大壩的激流淘空壩腳，最后大壩垮掉。

值得注意的是暴雨發(fā)生前的幾個(gè)月中，河南南部正出現(xiàn)旱情，農(nóng)田缺水，大部分水庫蓄水位很低，不能滿足灌溉和供水的需求。8月4日該地區(qū)受臺風(fēng)影響開始降雨，各地水庫紛紛蓄水，抬高水位，用于抗旱，這個(gè)蓄水過程持續(xù)到8月7日。暴雨區(qū)內(nèi)的大中型水庫攔蓄洪水45億m3，約為洪水總量的1/3，降低了后續(xù)削減洪峰、攔蓄洪量的能力。三條水系同時(shí)出現(xiàn)特大洪水，大大超過水庫蓄洪和河道泄洪能力，板橋水庫水位很快上升到最高蓄水位，超過警戒水位，這時(shí)需要緊急開啟溢洪道閘門，可是水庫泄洪道閘門銹死，無法開啟，造成失事。

板橋、石漫灘水庫大壩失事警示，洪水有不可預(yù)見性，嚴(yán)格按調(diào)度規(guī)定調(diào)度，泄洪設(shè)施處于良好狀況均十分重要。大壩洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、安全超高、水庫調(diào)度、泄洪設(shè)施可靠等因素對大壩防洪安全至關(guān)重要。

2　美國的圣佛蘭西斯壩

圣佛蘭西斯壩位于加利福尼亞州洛杉磯市附近的圣佛蘭西斯溪上，水庫為洛杉磯市供水，是一座實(shí)體重力壩，平面上呈拱形布置。壩高62.5 m，頂寬5 m，底寬53.4 m，庫容4 700萬m3。工程于1924年4月開工，1926年5月建成。1928年3月12日午夜突然潰決，約70 min內(nèi)庫水全部泄出，滔滔洪水以排山倒海之勢推向下游，造成重大損失，該壩是迄今為止所有失事重力壩中最高的一座。

圣佛蘭西斯壩坐落在云母片巖（左岸約占壩基2/3）和紅色礫巖（右岸約占壩基1/3）的壩基上，兩種巖層的接觸部分為一斷層，大壩跨在斷層上。右岸地基的紅色礫巖有遇水軟化崩解的特性。大壩未設(shè)齒墻，也未進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿。關(guān)于圣佛蘭西斯壩的潰決原因，事故陪審團(tuán)的裁決報(bào)告結(jié)論認(rèn)為：圣佛蘭西斯壩的潰決并非由于壩的斷面設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或所用筑壩材料的缺陷，而是由坐落的地基巖層破壞所造成。壩所坐落的基巖巖石質(zhì)量低劣，而壩的設(shè)計(jì)未能和低劣的地基條件相適應(yīng)，是造成事故的全部或部分原因。

壩基地質(zhì)條件是保證大壩安全的重要條件。壩基必須有足夠的承載力、抗滑穩(wěn)定性、滲透穩(wěn)定性。壩址選擇時(shí)必須充分論證，對于局部不能滿足要求的選定壩址，應(yīng)采取工程措施進(jìn)行改良，達(dá)到建壩和保證長期穩(wěn)定運(yùn)行的條件。對壩基巖體遇水會膨脹或泥化軟化的、有淺層或深層抗滑穩(wěn)定問題的，特別要謹(jǐn)慎對待。

3　法國馬爾帕塞拱壩的失事

馬爾帕塞拱壩位于法國東部萊郎河上，壩址距出?？?4 km，專為附近70 km范圍內(nèi)供水、灌溉和防洪等需要而建成。該壩由法國著名的柯因-貝利艾公司設(shè)計(jì)，是一座雙曲薄拱壩，壩高66 m，壩頂長223 m，拱圈中心角135°，壩頂厚1.5 m，拱冠梁底厚度6.76 m。左岸有帶翼墻的重力推力墩，長22 m，厚6.5 m，到地基面的混凝土最大高度為11 m，開挖深度6.5 m。在壩頂中部設(shè)無閘門控制的溢洪道。壩基為片麻巖。壩址范圍內(nèi)有兩條主要斷層：一條為近東西向的F1斷層，傾角45°，傾向上游，斷層帶內(nèi)充填含粘土的角礫巖，寬度80 cm；另一條為近南北向的F2斷層，傾向左岸，傾角70°～80°。

工程于1952年開工，1954年全部建成。水庫庫容5 100萬m3。土石方1.8萬m3，混凝土4.8萬m3，工程總投資僅5.8億法郎。水庫建成后，歷時(shí)4年一直未蓄滿水。1959年12月，由于連降暴雨，水庫首次蓄滿，大壩突然潰決失事，造成421人死亡，100余人失蹤，有2 000多戶居民流離失所，財(cái)產(chǎn)損失達(dá)300億法郎，約是工程投資的52倍。當(dāng)時(shí)全世界已建的600多座拱壩中，它是第一座失事的現(xiàn)代雙曲拱壩，也是直到當(dāng)時(shí)拱壩建筑史上唯一一座瞬間幾乎全部破壞的拱壩。

法國政府先后三次組織調(diào)查委員會進(jìn)行事故調(diào)查、鑒定，并由法庭進(jìn)行審理。1962年夏對外公布官方的最終報(bào)告，委員會委托法國電力公司對大壩應(yīng)力作了復(fù)核，還對拱的獨(dú)立工作工況進(jìn)行了校核，對左岸重力墩也進(jìn)行了復(fù)核，在拱圈單獨(dú)作用下重力墩是安全的。沖走的附有基巖的大量混凝土塊，均未發(fā)現(xiàn)混凝土與巖石接觸面有破壞跡象，混凝土質(zhì)量良好，由此判斷，壩失事是由壩基巖石引發(fā)的。委員會認(rèn)為，水的滲流在壩下形成的壓力引發(fā)了第一階段的破壞。馬爾帕塞壩失事至今已50多年，其失事的原因一直未取得完全一致的認(rèn)識。但壩工界絕大多數(shù)專家都認(rèn)為壩基內(nèi)過大的孔隙水壓力引發(fā)壩肩失穩(wěn)是造成失事的主要原因。

馬爾帕塞拱壩的失事警示，必須十分重視壩肩穩(wěn)定問題，重視不利地質(zhì)構(gòu)造和長期運(yùn)行的滲透水壓力對壩肩穩(wěn)定的不利影響。

4　意大利瓦依昂拱壩失事

瓦依昂拱壩位于意大利東部阿爾卑斯山區(qū)派夫河的支流瓦依昂河上，壩址河谷深而窄，壩頂弦長僅160 m，地基巖石為灰?guī)r，節(jié)理發(fā)育。瓦依昂拱壩厚3.4 m，壩高262 m，拱冠梁底厚22.1 m，厚高比僅0.08，是當(dāng)時(shí)世界上已建最高，可能也是最薄的拱壩。1954年施工，1960年建成，混凝土量35.3萬m3，水庫正常高水位722.5 m，滿庫時(shí)庫容1.69億m3。

瓦依昂壩由意大利著名壩工專家西門扎設(shè)計(jì)，尼西尼公司負(fù)責(zé)施工。大壩混凝土澆筑于1959年底完成，同年12月，法國馬爾帕塞拱壩失事后，考慮到瓦依昂壩址兩岸壩座上部巖體內(nèi)裂隙發(fā)育，采用100 t預(yù)應(yīng)力錨索對兩岸壩肩部位巖體進(jìn)行了加固。錨索長55 m，左岸125根，右岸25根。此外還使用了大量一般錨筋，對波速低于3 000 m/s的巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿加固。加固工程于1960年9月完成。

1963年10月9日夜，瓦依昂水庫水位達(dá)700 m高程，大壩上游近壩左岸約2.5億m3巨大巖體突然發(fā)生高速滑坡，以25 m/s的速度沖入水庫，使5 500萬m3的庫水產(chǎn)生巨大涌浪。大約有3 000萬m3的水翻越壩頂泄入底寬僅20 m的狹窄河谷。翻壩的水流在右岸超出壩頂高度達(dá)250 m，左岸達(dá)150 m。水流以巨大流速滾向下游。在滑坡與漫頂同時(shí)發(fā)生的情況下，主壩體經(jīng)受住了遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的巨大推力考驗(yàn)，并未倒塌，但大滑坡的石碴掩埋了水庫，堆石高度超過壩頂百余米，使大壩、電站、水庫完全報(bào)廢。

瓦依昂壩失事的人為因素主要在于工程施工前沒有查明庫區(qū)岸坡的穩(wěn)定性；沒有對水庫蓄水后庫區(qū)地質(zhì)條件的改變做出評估；在工程施工期和蓄水之后，未對巖體的位移和地下水位進(jìn)行全面觀測和認(rèn)真研究；鉆孔和探洞數(shù)量少，深度不夠，影響到對滑坡范圍和特性的正確了解。值得注意的是，岸坡有限的變形、測壓管測值均反映有測值累計(jì)增加和速率激增現(xiàn)象，如引起重視，可有效預(yù)警。

瓦依昂壩的失事警示，在大壩安全評價(jià)中，必須重視近壩庫岸邊坡的穩(wěn)定性和塌滑后果危害性，同時(shí)必須重視監(jiān)測成果的及時(shí)整理分析和應(yīng)用。

5　中國青海省溝后水庫面板壩失事

溝后水庫位于流經(jīng)青海省共和縣恰卜恰鎮(zhèn)的恰卜恰河上游，距城鎮(zhèn)13 km，大壩為鋼筋混凝土面板沙礫石壩，最大壩高71 m，壩頂長265 m，寬7 m，設(shè)有5 m高的防浪墻，上游坡1∶1.6，下游坡1∶1.5。水庫設(shè)計(jì)總庫容為330萬m3，壩頂高程為3 281 m，正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位均為3 278 m，汛期限制水位3 276.72 m。

該壩于1985年8月正式動(dòng)工興建，經(jīng)招標(biāo)確定由鐵道部第二十工程局負(fù)責(zé)施工。1989年9月下閘蓄水，1990年10月完工，1992年9月通過竣工驗(yàn)收。施工被評為“優(yōu)良”工程。1989年底由共和縣成立水庫管理局，負(fù)責(zé)水庫和工程管理。

失事時(shí)間是1993年8月27日22時(shí)，實(shí)測庫水位3 277 m，垮壩時(shí)最高庫水位3 277.25 m，約超過防浪墻底座上游平臺0.0～0.25 m，此時(shí)水庫蓄水量為318萬m3。失事造成288人遇難者，40人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)人民幣1.53億元。

失事的直接原因是防浪墻底座與面板間水平接縫和防浪墻分段之間的止水失效，庫水通過水平接縫直接進(jìn)入壩體，壩體排水不暢，發(fā)生滲流破壞和多次淺層滑動(dòng)，庫水直接沖刷壩體，面板失去支撐而折斷，最終大壩潰決。大壩施工存在的嚴(yán)重質(zhì)量問題和壩體設(shè)計(jì)上的缺陷給水庫留下了致命的隱患，是垮壩的主要原因。

溝后水庫大壩失事警示，必須重視壩頂構(gòu)造（特別是水平和垂直止水、防滲體高程）、重視壩體分區(qū)和防滲設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量。

6　美國湯溯抽水蓄能電站上庫潰決

美國湯溯（Taum Sauk）抽蓄工程的上水庫位于Proffit山的山頂，主要靠開挖山頂形成水庫。上水庫的修建主要采用了來自山體的開挖料，其中，細(xì)骨料含量為0～20%，另外，在壩體某些局部，沙粒尺寸的原料含量高達(dá)45%。上水庫最大壩高27.43m，但下部22.74m的壩體在修筑過程中都未經(jīng)機(jī)械壓實(shí)，只有上部4.69 m的壩體修筑時(shí)采用了機(jī)械壓實(shí)。

2005年12月14日，湯溯抽水蓄能電站上水庫失事，53萬m3的水泄入Black河，造成9人受傷和財(cái)產(chǎn)損失，損毀了Johnson Shut-Ins公園。

湯溯抽水蓄能電站上水庫失事的原因有很多，包括設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)，監(jiān)測儀器方面的失誤和人為失誤等，但有4點(diǎn)是致命的。

（1）監(jiān)測儀器原因。

由于監(jiān)測儀器的布置和安裝等原因，儀器系統(tǒng)失效，水位傳感器讀數(shù)偏低，低于真實(shí)水位值3～4.2英尺（91.44～128 cm）。

（2）自動(dòng)控制裝置安裝位置錯(cuò)誤和運(yùn)行中的錯(cuò)誤。

原設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制裝置的作用是，當(dāng)水位上升到距離壩頂2英尺（60.96 cm）時(shí)，自動(dòng)關(guān)停抽水機(jī)組，但漫壩時(shí)該系統(tǒng)未啟動(dòng)。并且該系統(tǒng)的安裝高程高于擋水墻的最低高程，不能起到報(bào)警和關(guān)停抽水機(jī)組的作用。

（3）大壩預(yù)留安全超高不足。

上水庫原設(shè)計(jì)中，預(yù)留水面到壩頂?shù)木嚯x為2英尺（60.96 cm），但大壩建成42年來，大壩沉降了1英尺（30.48 cm），有的部分甚至超過了1英尺，因此，壩頂?shù)剿娴念A(yù)留距離僅1英尺或不到，即安全超高僅30 cm左右。

（4）未設(shè)置溢洪道。

盡管導(dǎo)致潰壩的原因很多，但如果大壩設(shè)置了自流式溢洪道的話，就絕不可能發(fā)生這樣的悲劇。

湯溯抽水蓄能電站上庫潰決的原因讓大家看到監(jiān)測系統(tǒng)的重要，監(jiān)測系統(tǒng)除了起到大壩安全耳目的作用外，有運(yùn)行控制功能的儀器也是安全的生命線。保證監(jiān)測系統(tǒng)的完備和監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠是保證大壩安全的重要支柱之一。

7　俄羅斯薩揚(yáng)舒申斯克水電站事故

俄羅斯薩揚(yáng)舒申斯克水電站是葉尼塞河梯級的第4級，總裝機(jī)容量640萬kW，水庫正常蓄水位540 m時(shí)相應(yīng)庫容313億m3，是俄羅斯最大的水力發(fā)電站。大壩為混凝土重力拱壩。最大壩高245.5m，壩頂弧線長1 066.1 m，壩頂高程547 m，壩頂寬25 m，壩基寬105.7 m。壩體混凝土量達(dá)850萬m3。大壩承受的水推力接近3 000萬t，其中60%由壩體自重承擔(dān)，其余40%由兩側(cè)山體承擔(dān)。電站于1960年開始籌建，1972年10月起澆筑大壩混凝土，1978年啟用。

薩揚(yáng)舒申斯克水電站事故發(fā)生在2009年8月17日當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午8點(diǎn)13分。薩揚(yáng)-舒申斯克水電站發(fā)生水輪機(jī)層的天花板垮塌，導(dǎo)致水輪機(jī)層和發(fā)電機(jī)層被淹。事故造成74人死亡，1人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失約16.5億盧布（5.23億美元）。據(jù)初步估計(jì)，修復(fù)工作需要至少400億盧布（12.68億美元）。

事故調(diào)查委員會認(rèn)為事故的直接起因?yàn)椋簩?號機(jī)組的操作失誤，安全系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自動(dòng)設(shè)備因設(shè)置位置不利在遭到水流沖擊后出現(xiàn)故障，并且輸水通道的緊急關(guān)閉裝置沒有備用電源。

值得注意的是，事故中大壩壩身和輸水通道本體未被損壞，僅是2號機(jī)組破壞造成庫水涌出。事故發(fā)生后，電站失去電源，3 h 19 min后，應(yīng)急備用電源才得以啟動(dòng)；在2號機(jī)發(fā)生涌水事故后的1 h 7 min后，進(jìn)水口事故門才由人工關(guān)閉；自動(dòng)設(shè)備因設(shè)置位置不利在遭到水流沖擊后出現(xiàn)故障，安全系統(tǒng)未發(fā)揮作用。這些成為造成災(zāi)難性后果的最關(guān)鍵原因。

除了薩揚(yáng)舒申斯克水電站事故外，1979年印度默區(qū)2級大壩，曾發(fā)生因暴雨電力中斷，18孔閘門中13孔開啟受阻，洪水漫壩潰決。1982年西班牙Tous壩也曾因暴雨電力中斷，溢洪道平板閘門操作失靈，大壩漫頂潰決。1997年巴西DaCupha大壩，操作人員擅離崗位，歸途被洪水阻斷，閘門開啟不及時(shí)，洪水漫壩垮壩。1995年美國Folsom大壩，溢洪道弧形閘門在提升過程中發(fā)生支臂壓屈變形失事，造成水庫無控制泄放。由此可見，閘門和啟閉設(shè)備的問題也會引發(fā)重大事故和災(zāi)難性后果。閘門的布置、結(jié)構(gòu)安全、啟閉安全（包括備用和應(yīng)急電源）對大壩安全都十分重要。

大壩安全管理就是要防患于未然，大壩安全定期檢查是重要技術(shù)手段，大壩安全性評價(jià)是大壩安全定期檢查的重要技術(shù)過程。大壩安全性評價(jià)要緊緊抓住曾引起大壩失事或事故的直接技術(shù)原因作為評價(jià)要素，確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確評價(jià)大壩的安全狀況。

Title:Collection of typical cases of dam failures and accidents at hydropower stations//by ZHANG Xiuli//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

To compile the Guide for safety assessment of hydropower dams in operation，the author collected the cause reasons for the typical cases of dam failures and accidents at hydropower stations domestic and abroad.This paper presents 8 cases，for reference.

dam failure；accidents of hydropower stations；cause reason

TV698.2

A

1671-1092（2015）01-0013-04

2015-01-20

張秀麗（1962-），女，江蘇揚(yáng)州人，教授級高級工程師，總工程師，研究方向?yàn)樗娬驹O(shè)計(jì)與大壩安全管理。

作者郵箱：zhang_xl@ecidi.com