追蹤丨老撾桑片-桑南內(nèi)水電站潰壩事件的初步分析與思考
2018年7月23日20時(shí)左右,位于老撾南部地區(qū)的桑片-桑南內(nèi)(Xe Pian-Xe Namnoy)水電站工程發(fā)生潰壩事件, Xe-Namnoy水庫(總庫容10.43億m3)壩高16m的D副壩潰決,潰壩洪水淹沒了老撾南部阿速坡省(Attapeu) Sanamxay 地區(qū)數(shù)個(gè)村莊。潰壩洪量較大(根據(jù)業(yè)主PNPC簽發(fā)的告急函,相關(guān)媒體報(bào)道下泄洪水達(dá)50億m3,筆者經(jīng)查閱大量資料,認(rèn)為該數(shù)據(jù)不實(shí)),截至7月27日,已有28人死亡,130多人失蹤,潰壩洪水導(dǎo)致6600多人流離失所。
(來源:中國水利水電科學(xué)研究院、中國大壩工程學(xué)會(huì)秘書處 微信公眾號(hào)“大壩新聞”作者:徐澤平 鄭璀瑩)
圖1 潰壩工程位置示意圖
老撾桑片-桑南內(nèi)水電站的潰壩事件一經(jīng)披露,立刻在國際社會(huì)形成了巨大的反響,引起了國內(nèi)外水利水電工程界的密切關(guān)注。目前,缺少該工程潰決的詳細(xì)原因分析,根據(jù)資料查詢和相關(guān)報(bào)道可對這一事件做出初步分析,并由此進(jìn)行相關(guān)思考。
1. 工程項(xiàng)目概況
桑片-桑南內(nèi)水電站位于老撾東南部占巴塞省(Champasack)北松地區(qū)(Paksong)的布拉萬高原,距離老撾首都萬象東南約550km。該工程由Xe-Namnoy、Xe-Pian和Houay Makchanh三座大壩、五座副壩、輸水系統(tǒng)以及發(fā)電廠房組成,總裝機(jī)容量410MW。
工程總體布置及發(fā)電引水系統(tǒng)見圖2和圖3。Houay Makchanh水庫控制流域面積81km2,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,通過引水渠將水引至Xe-Pian水庫。Xe-Pian水庫控制流域面積271km2,大壩為混凝土重力壩與黏土心墻堆石壩組合壩(圖4),最大壩高48m,壩軸線長1307.0m,壩頂高程799.5m,水庫總庫容2000萬m3;Xe-Pian水庫通過7.96km的引水渠與Xe-Namnoy水庫相連。Xe-Namnoy為大型水庫,控制流域面積522km2,大壩為黏土心墻堆石壩(圖5),最大壩高73.7m,壩軸線長1600m,壩頂高程792.5m,水庫總庫容為10.43億m3。發(fā)電引水隧洞,將水從Xe-Namnoy水庫引至發(fā)電廠房。
圖2 桑片-桑南內(nèi)(Xe Pian-Xe Namnoy)水電站工程布置示意圖(源自項(xiàng)目報(bào)告)
圖3 水庫及發(fā)電引水系統(tǒng)示意圖(源自項(xiàng)目報(bào)告)
圖4 Xe Pian大壩
圖5 Xe Namnoy大壩
該工程由PNPC公司(Xe-Pian Xe-Namnoy Power Company)投資,2013年2月開始建設(shè),計(jì)劃2019年投產(chǎn)發(fā)電。PNPC公司是韓國SK建設(shè)株式會(huì)社(SKEC,持股26%)、泰國Ratchaburi發(fā)電公司(RATCH,持股25%)、韓國西部電力(KOWEPO ,持股25%)和老撾控股國有企業(yè)(LHSE,持股24%)于2012年3月組成的合資企業(yè)。該項(xiàng)目投資約10.2億美元,PNPC公司與老撾政府簽署了特許經(jīng)營協(xié)議,電站投入商業(yè)運(yùn)營后特許經(jīng)營27年,370MW的電力將出售給泰國電力公司(EGAT),40MW的電力將出售給老撾電力公司(EDL)。
2. 潰壩事件
此次發(fā)生潰決事故的大壩是位于Xe-Namnoy水庫西南側(cè)的D副壩(Saddle Dam D),其位置如圖6所示。D副壩壩型為土壩,壩高16m,壩軸線長770m,壩頂寬8m。
圖6 Xe-Namnoy水庫D副壩位置示意
根據(jù)法新社25日援引一名韓國國會(huì)議員收到的報(bào)告報(bào)道,7月20日,D副壩“中部出現(xiàn)11厘米沉陷”。 韓國西部電力公司發(fā)言人表示:“不清楚為何水壩發(fā)生部分結(jié)構(gòu)沉陷、形成裂縫。不過,所有這些都在大雨情況下發(fā)生的。”
7月23日,PNPC移民安置部向巴塞省和阿速坡省移民安置管理部門發(fā)出告急信函(圖7),指出由于北松地區(qū)的嚴(yán)重暴雨導(dǎo)致庫水漫過D副壩的壩頂,情況非常危急,要求緊急疏散Xe Pian河下游居民。中午12時(shí),當(dāng)?shù)卣铝钕掠未迕癯冯x。當(dāng)晚8時(shí)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。阿速坡省Sanamxay 地區(qū)多個(gè)村莊被淹,包括Mai村、HinLath村、ThaSengchan村、Thahintai村、Sanong村、Thae村、Phonsa-ath村和Nongkhae村等,其中Hinlath村和Mai 村受災(zāi)最為嚴(yán)重。潰壩洪水路線及受影響區(qū)域如圖8,淹沒情況見圖9。
圖7 PNPC簽發(fā)的告急函(源自澎湃新聞)
圖8 潰壩洪水路線及受影響區(qū)域(源自歐盟聯(lián)合研究中心,7月25日)
圖9 被淹沒區(qū)域情況
3. 潰壩原因的初步分析
總體上看,季風(fēng)季節(jié)以及熱帶風(fēng)暴Son-Tinh過境引起的持續(xù)強(qiáng)降雨是導(dǎo)致洪水和潰壩發(fā)生的直接原因。全球?yàn)?zāi)害預(yù)警與協(xié)調(diào)系統(tǒng)(GDACS, Global Disaster Alerting Coordination System)曾于2018年7月15日發(fā)布Son-Tinh熱帶風(fēng)暴暴雨橙色預(yù)警,受影響區(qū)域包括菲律賓、中國、越南和老撾等地區(qū)。距離受災(zāi)區(qū)域不遠(yuǎn)的Ban Veunkhen水文站點(diǎn)數(shù)據(jù)(圖10)顯示,隨著Son-Tinh熱帶風(fēng)暴7月20-21日過境導(dǎo)致的強(qiáng)降雨(7月15日-24日累計(jì)降雨量見圖10),河道水位快速上漲,7月24日達(dá)到峰值。
圖10 Ban Veunkhen水文站數(shù)據(jù)
圖11 7月15日-24日累計(jì)降雨量(源自NASA-GPM,7月25日)
從潰壩事件發(fā)生的過程來看,早在7月20日,PNPC就發(fā)現(xiàn)了D副壩壩頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)缺陷。從報(bào)告的描述看,壩頂結(jié)構(gòu)的缺陷主要是裂縫和沉陷(如圖12),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(jié)構(gòu)上分析,造成壩頂裂縫的原因可能包括:
(1)壩體填筑不密實(shí),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(xiàn)出順壩線方向的裂縫。
(2)由于壩體材料或施工質(zhì)量的問題,造成壩體中部(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(nèi)部出現(xiàn)滲透破壞,壩體內(nèi)細(xì)顆粒流失后造成壩頂塌陷。
圖12 D副壩壩頂裂縫
圖13 D副壩潰決
從管理的角度看,老撾屬熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候,5月-10月為雨季。應(yīng)該制定明確的防洪度汛計(jì)劃,根據(jù)水、雨情的變化,及時(shí)調(diào)度運(yùn)行,避免洪水漫壩。此次熱帶風(fēng)暴Son-Tinh過境引起的持續(xù)強(qiáng)降雨,Xe-Namnoy水庫是否提前預(yù)留了防洪庫容,是否根據(jù)雨情、水情預(yù)報(bào)及時(shí)開閘泄洪,這些具體運(yùn)行調(diào)度情況目前尚不得而知。但根據(jù)7月23日PNPC移民安置部發(fā)出的應(yīng)急告知函和現(xiàn)場照片,庫水已經(jīng)從D副壩翻壩,水庫為滿庫,最終導(dǎo)致D副壩潰決。
4. 關(guān)于事故教訓(xùn)的思考
大壩安全涉及人民生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)公共安全,來不得絲毫的疏忽,這已是老生常談。每一次大壩安全事故,都會(huì)為水利水電工程從業(yè)者敲響警鐘。考慮到大壩失事的嚴(yán)重后果,必須層層設(shè)防,嚴(yán)格把關(guān),確保大壩安全萬無一失。針對此次事件,有如下思考,以供借鑒和參考:
(1) 大壩安全保障取決于其全生命周期的各個(gè)階段。將高質(zhì)量建設(shè)與安全發(fā)展的理念貫徹于大壩規(guī)劃、勘測、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的各個(gè)階段,對于水庫大壩全生命周期的安全保障具有突出的意義。任何一座大壩的潰決,一定都會(huì)在勘測、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理的某一階段或幾個(gè)階段中找到原因。
(2) 在大壩安全管理中,大壩的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理要充分考慮極端氣象條件的應(yīng)對措施,建立行之有效的應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。
(3) 對于重大工程,在設(shè)計(jì)論證階段進(jìn)行壩型比選時(shí),要充分考慮當(dāng)?shù)貧庀笏臈l件和下游受影響區(qū)域的重要性,優(yōu)先選擇混凝土壩、膠結(jié)顆粒料壩等漫頂不潰的壩型。
(4) 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(gè)是漫頂引起的外部沖蝕破壞,另一個(gè)是滲流引起的內(nèi)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(dǎo)致庫水漫頂,這屬于結(jié)構(gòu)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(shè)施損壞(結(jié)構(gòu)因素)。因此,對于土石壩工程而言,除了要首先保證其大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的可靠外,對于泄洪設(shè)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(huì)考慮多種泄洪形式的并用。
(5) 隨著中國“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施,越來越多的中國水電企業(yè)走向海外,如何對這些海外工程實(shí)行有效的管理,將國內(nèi)安全控制成功的經(jīng)驗(yàn)延伸到海外?這是一個(gè)需要高度重視的問題。中國電建、中國能建等一批央企在海外承接的眾多水利水電項(xiàng)目,建設(shè)質(zhì)量良好,廣受贊譽(yù),需要以此次事故為警示,加強(qiáng)管理,以確保所建設(shè)水利水電工程項(xiàng)目優(yōu)質(zhì)、安全。
(本文主要技術(shù)數(shù)據(jù)來源于業(yè)主PNPC網(wǎng)站、歐盟聯(lián)合研究中心以及Power technology 等國外媒體發(fā)布的報(bào)告和報(bào)道,同時(shí)參考了國內(nèi)能源局大壩安全監(jiān)察中心、水利水電快報(bào)等的報(bào)道。在本文整理過程中,得到了中國電建集團(tuán)的大力支持,在此表示感謝!)
責(zé)任編輯:繼電保護(hù)
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