大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評估在烏江渡水電站大壩的應(yīng)用

冀道文，汪大全，王利杰

(1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司烏江渡發(fā)電廠，貴州 遵義 563104；2.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

0 引 言

大壩的安全風(fēng)險(xiǎn)分析與管理是一個(gè)貫穿大壩全生命周期的動態(tài)管理過程，該過程涉及諸多關(guān)鍵環(huán)節(jié)：從風(fēng)險(xiǎn)的識別與估計(jì)到風(fēng)險(xiǎn)損失的預(yù)測，再到風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定、風(fēng)險(xiǎn)的綜合評價(jià)、決策制定，以及最終的風(fēng)險(xiǎn)處置。特別強(qiáng)調(diào)的是，這一過程不僅關(guān)注大壩本身的安全風(fēng)險(xiǎn)率，還涵蓋潰壩后果對社會環(huán)境安全的綜合影響，以及風(fēng)險(xiǎn)控制的標(biāo)準(zhǔn)和策略。本文旨在展示這種方法如何有效地提升大壩安全管理的水平，特別是在防止和緩解潰壩風(fēng)險(xiǎn)方面。通過本研究的成果，期望為水電站大壩的安全管理實(shí)踐和未來的研究工作提供理論指導(dǎo)和方法論支持[1_2]。

1 工程概況

烏江渡水電站位于烏江中游，南距貴州省貴陽市105 km，北距遵義市55 km。壩址以上流域面積為27 790 km2，多年平均徑流量502 m3/s，水庫總庫容23億m3，單庫設(shè)計(jì)為季調(diào)節(jié)水庫。水庫正常蓄水位760.00 m，設(shè)計(jì)洪水位760.30 m，校核洪水位762.80 m，是我國在巖溶地區(qū)興建的第一座大型水電站。電站樞紐為Ⅰ等大(1)型工程，由拱型重力壩、壩后式廠房、泄洪建筑物、擴(kuò)機(jī)引水隧洞、地下廠房等組成。拱型重力壩壩頂高程765.00 m，壩頂長395.0 m，最大壩高165.0 m；在高程708 m以下壩體橫縫接縫灌漿形成拱形整體。整個(gè)樞紐采用三層重疊布置：壩后全封閉溢流式廠房、壩頂設(shè)溢洪道、溢洪道導(dǎo)墻頂部布置220 kV開關(guān)站。

烏江渡水電站大壩于1970年4月開工，1979年11月20日水庫開始蓄水，同年底第一臺機(jī)組發(fā)電；1982年3臺機(jī)組全部投產(chǎn)，1983年底工程通過竣工驗(yàn)收[3]。擴(kuò)機(jī)工程于2000年11月正式動工，2003年完成擴(kuò)機(jī)工程建設(shè)，增設(shè)2臺250 MW機(jī)組和1臺30 MW防洪備用電源機(jī)組。老機(jī)組的增容改造工作從2003年11月開始，至2005年5月全部結(jié)束。2005年完成對原3臺老機(jī)組的增容改造，將原單機(jī)容量210 MW機(jī)組更換為250 MW機(jī)組。工程共裝機(jī)為6臺，總?cè)萘恳堰_(dá)1 280 MW(5×250 MW+1×30 MW)[4]。

2 風(fēng)險(xiǎn)評估理論與方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)源辨識方法

風(fēng)險(xiǎn)源辨識主要針對潰壩、漫壩、水淹廠房、主體結(jié)構(gòu)破壞、工程邊坡失穩(wěn)、閘門及啟閉設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞等重大事故開展，具體工作包括收集資料、風(fēng)險(xiǎn)識別及不確定性分析，形成初步風(fēng)險(xiǎn)清單并分類。

風(fēng)險(xiǎn)源辨識主要包含識別風(fēng)險(xiǎn)源、可能發(fā)生的事件及其原因和潛在后果等。綜合收集的資料和現(xiàn)場查勘的結(jié)果，對所有可能存在的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識別和分類，如地震、泥石流、堰塞湖、超標(biāo)準(zhǔn)洪水、壩基、工程邊坡、近壩庫岸滑坡體、上游水庫潰壩等。

2.1.1 大壩風(fēng)險(xiǎn)源辨識

(1)汛期發(fā)生特大暴雨時(shí)，入庫流量超過校核洪水流量，無法及時(shí)宣泄，造成洪水漫壩或垮壩及水淹廠房。

(2)水電站廠用電源故障，導(dǎo)致泄洪建筑物閘門不能開啟，影響電廠正常泄洪，導(dǎo)致洪水漫壩。

(3)庫區(qū)大滑坡造成河道堵塞，形成堰塞湖，堵斷江流，最后漫頂潰決，形成超標(biāo)準(zhǔn)洪水，造成洪水漫壩。

(4)水電站大壩上游近壩區(qū)邊坡在異常情況下的快速滑塌、涌浪可能會造成大壩漫頂過流。

(5)泄洪能力設(shè)計(jì)不足、樞紐布置不合理、超標(biāo)洪水宣泄等導(dǎo)致護(hù)坦大面積掀起及壩后沖坑，造成垮壩。

(6)水情調(diào)度錯誤，洪水來不及開閘宣泄導(dǎo)致漫壩；水庫水位超過校核洪水位且得不到有效控制，下游水位猛漲時(shí)，水從廠房進(jìn)廠交通門、洞、尾水渠交通洞或從上游漫壩，水淹廠房[5]。

(7)壩基(壩肩)地質(zhì)條件認(rèn)識不清，大壩基礎(chǔ)地質(zhì)缺陷導(dǎo)致大壩失穩(wěn)破壞或潰決。

(8)大壩設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量低劣，導(dǎo)致大壩結(jié)構(gòu)破壞或潰決。

(9)因地震、閘門卡阻、結(jié)構(gòu)垮塌、漂浮物堵塞溢洪道等導(dǎo)致洪水漫壩，造成垮壩風(fēng)險(xiǎn)。

(10)機(jī)組尾水管進(jìn)人門、蝸殼進(jìn)人門損壞造成水淹廠房。機(jī)組檢修且蝸殼進(jìn)人門或尾水管進(jìn)人門開啟狀態(tài)下，誤提進(jìn)水口閘門或尾水閘門，造成水淹廠房(廊道)。

(11)尾水洞、調(diào)壓室、泄洪建筑物、壓力鋼管、進(jìn)水口建筑物因外力導(dǎo)致破壞或機(jī)組壓力鋼管、引水管道嚴(yán)重爆裂，造成水淹廠房。

(12)機(jī)組振動超標(biāo)或其他原因造成機(jī)組頂蓋破壞，造成水淹廠房。

2.1.2 庫區(qū)(含樞紐區(qū))地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源辨識

(1)地勢高差較大、斜坡陡峻的高山峽谷區(qū)，特別是有孤立或突出山嘴的地帶發(fā)生崩塌。崩積物落入江河中，形成巨大的涌浪推翻或擊沉船只，以及形成急流險(xiǎn)灘而影響或阻斷河流、水庫等[6]。

(2)庫岸及邊坡受河流沖刷、地下水活動、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下形成滑坡。下游庫岸滑坡，堵塞發(fā)電尾水出口或泄水建筑物出口；上游庫岸高速滑入水庫激起巨大涌浪，對大壩形成很大的沖擊荷載，甚至漫頂，導(dǎo)致大壩失事；滑坡體堆積物還可能堵塞發(fā)電和泄洪進(jìn)水口，嚴(yán)重的會導(dǎo)致水庫報(bào)廢[7]。

(3)庫區(qū)山體由于暴雨、冰雪融水將溝谷中松散巖土體向下游開闊地傾瀉形成泥石流，摧毀房屋林木，淹埋耕地、道路及渠道，造成巨大災(zāi)害。發(fā)生近壩泥石流，阻塞進(jìn)水口、尾水口或泄洪洞進(jìn)口、出口等，嚴(yán)重的會阻塞河道、淤積水庫。

2.1.3 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源辨識

自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源辨識主要包括：冰雪、冰雹、雷電、暴雨、洪水、大風(fēng)(龍卷風(fēng))、地震。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)考慮導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的原因，風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)事件的正面和負(fù)面的后果及其發(fā)生的可能性，影響后果和可能性的因素，不同因素及其風(fēng)險(xiǎn)的相互關(guān)系以及風(fēng)險(xiǎn)的其他特性，風(fēng)險(xiǎn)控制措施是否存在及其有效性。

水電工程應(yīng)從風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率與風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重程度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率分析可利用相關(guān)歷史數(shù)據(jù)來識別過去發(fā)生的事件或情況，推斷其發(fā)生的可能性；也可利用故障樹和事件樹等技術(shù)預(yù)測其可能性。風(fēng)險(xiǎn)后果分析應(yīng)綜合考慮人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、安全故障影響、環(huán)境影響和社會影響等因素，宜通過對事件的結(jié)果建模確定。

2.3 評級方法

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果和規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級，以便作出風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對的決策。

3 大壩風(fēng)險(xiǎn)評估

從風(fēng)險(xiǎn)管控角度出發(fā)，查閱工程相關(guān)資料，進(jìn)行現(xiàn)場踏勘以及與大壩相關(guān)運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行溝通交流相結(jié)合的方式，對烏江渡大壩所有可能存在的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識別和分類。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)源識別

查閱流域自然地理和水文氣象資料、水庫功能與保護(hù)對象等基本資料，工程勘測、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、安全鑒定等建設(shè)期資料，同類及類似水電工程運(yùn)行、建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)事故或相關(guān)數(shù)據(jù)資料，大壩改(擴(kuò))建、補(bǔ)強(qiáng)加固的設(shè)計(jì)、審查、施工和驗(yàn)收資料，運(yùn)行過程中的監(jiān)測、檢查、檢測、安全評價(jià)、運(yùn)行管理等資料和現(xiàn)場檢查等，羅列出烏江渡大壩安全風(fēng)險(xiǎn)源清單。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析與評級

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源清單及風(fēng)險(xiǎn)辨識類型、結(jié)果，通過事件推演，對識別出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性和定量分析，分析事件發(fā)生的可能性和后果，建立事件可能造成的多種后果及次生后果，分析已有管控措施及有效性。

4 風(fēng)險(xiǎn)管控措施

烏江渡大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評估是為了制定可操作、便于實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，遵循可行性、適用性、有效性以及主動、及時(shí)、全過程的原則，針對不同等級的風(fēng)險(xiǎn)，主要從日常管控、預(yù)測預(yù)警、降低風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)急應(yīng)對等四方面開展風(fēng)險(xiǎn)管控措施制定。

(1)日常管控措施主要為加強(qiáng)大壩邊坡日常巡視檢查和安全監(jiān)測、沖坑的水下檢查及壩體導(dǎo)流底孔堵頭部位進(jìn)行抽水檢查等。

(2)預(yù)測預(yù)警措施主要為采用梯級聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)，對下游構(gòu)皮灘水庫的頂托危害進(jìn)行預(yù)測預(yù)警和對小黃崖、大黃崖、官崖危巖體開展監(jiān)測、預(yù)警等。

(3)降低風(fēng)險(xiǎn)措施主要為更換左泄洪中孔液壓啟閉機(jī)設(shè)備或改造，對右泄洪中孔液壓啟閉機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)查和維修或更換4號機(jī)組進(jìn)水口檢修閘門右端鎖錠裝置操作把手等。

(4)應(yīng)急應(yīng)對措施主要為根據(jù)調(diào)查結(jié)果制定相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案和針對船只失控、攔漂裝置松脫撞擊大壩、堵塞溢流表孔等風(fēng)險(xiǎn)編制應(yīng)急處置方案等。

5 風(fēng)險(xiǎn)管控評價(jià)

5.1 管理體系的優(yōu)化

5.1.1 大壩安全管理制度規(guī)程

根據(jù)現(xiàn)行大壩安全管理相關(guān)法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定了大壩安全管理、防汛管理、應(yīng)急管理、績效管理、檔案管理等制度，總體能根據(jù)實(shí)際適時(shí)對相關(guān)制度進(jìn)行修訂，編制了《水工觀測規(guī)程》《水工維護(hù)規(guī)程》《水務(wù)管理規(guī)程》《水工作業(yè)安全規(guī)程》《水工機(jī)電設(shè)備運(yùn)行檢修規(guī)程》等技術(shù)規(guī)程，相關(guān)制度規(guī)程能根據(jù)管理實(shí)際及時(shí)修訂并發(fā)布，總體滿足大壩安全管理需要。

5.1.2 安全評價(jià)、監(jiān)測監(jiān)控、檢查

按計(jì)劃開展大壩安全定期檢查工作，對歷次定檢提出的意見、建議和運(yùn)行中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題能制定整改計(jì)劃，明確責(zé)任部門，總體落實(shí)到位。

總體能按水工維護(hù)規(guī)程、水工觀測規(guī)程要求開展日常巡視檢查、專項(xiàng)檢查、年度詳查、水工觀測工作。日常巡視檢查有明確的巡查路線，覆蓋工程主要部位，檢查頻次滿足要求，檢查記錄詳細(xì)完整，發(fā)現(xiàn)的問題基本能做到閉環(huán)管理。

大壩安全監(jiān)測項(xiàng)目齊全，監(jiān)測儀器布置合理，監(jiān)測重點(diǎn)明確，監(jiān)測設(shè)施大部分運(yùn)行工作狀態(tài)正常。監(jiān)測方法總體合適，監(jiān)測頻次滿足要求，監(jiān)測精度總體符合規(guī)范要求，監(jiān)測成果基本合理?？偟膩碚f，監(jiān)測系統(tǒng)總體滿足大壩安全監(jiān)控要求。

5.1.3 隱患、缺陷管理

總體能按《水電站大壩除險(xiǎn)加固管理辦法》《水電站大壩安全監(jiān)測工作管理辦法》開展隱患、缺陷管理工作，但目前仍存在水情測報(bào)系統(tǒng)備品備件不足，1號發(fā)電引水壓力鋼管投運(yùn)43 a來未進(jìn)行過安全檢測，引張線自動化觀測不穩(wěn)定、KW53量水堰儀損壞、黃崖危巖體監(jiān)測設(shè)施均損壞，監(jiān)測自動化系統(tǒng)大部測點(diǎn)故障等缺陷未及時(shí)處理等情況。

5.1.4 防汛管理

成立了防汛組織機(jī)構(gòu)，建立了防汛責(zé)任體系，能按要求開展防汛檢查、防汛設(shè)備維護(hù)、防洪調(diào)度、防汛應(yīng)急管理工作；汛期實(shí)行24 h防汛值班制，能按要求向相關(guān)單位報(bào)送汛情信息、大壩安全監(jiān)測信息，汛后能及時(shí)開展防汛總結(jié)工作。

5.1.5 應(yīng)急管理

編制了綜合預(yù)案及自然災(zāi)害類、事故災(zāi)難類、公事衛(wèi)生事件類、社會安全事件類等專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，并編制了相應(yīng)處置方案。其中，防洪搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案每年修編1次，經(jīng)第三方審查后報(bào)貴州省防汛抗旱指揮部，獲得批復(fù)；同時(shí)向國家能源局貴州監(jiān)管辦、遵義市防汛辦等單位報(bào)備。每年根據(jù)演練計(jì)劃開展防汛應(yīng)急演練，有演練方案和演練總結(jié)評估。電廠于2021年11月30日至12月4日委托北京華電萬方管理系統(tǒng)認(rèn)證中心開展應(yīng)急能力建設(shè)評估工作，得分86.49；應(yīng)急管理工作總體到位。

5.1.6 大壩作業(yè)安全管理

現(xiàn)場檢查，大壩安全防護(hù)設(shè)施、警示標(biāo)志等總體符合安全管理要求，但大壩670廊道、左680廊道、左640廊道無照明裝置。

5.2 風(fēng)險(xiǎn)管控綜合評價(jià)

制定的大壩安全管理制度規(guī)程總體滿足大壩安全管理需要，總體能按要求開展大壩安全評價(jià)、監(jiān)測、檢查工作，能對工程存在的隱患、缺陷制定整改計(jì)劃，并逐一落實(shí)。監(jiān)控手段基本滿足大壩正常運(yùn)行要求，防汛管理工作到位；大壩應(yīng)急管理工作及大壩現(xiàn)場安全防護(hù)設(shè)施、警示標(biāo)志等總體符合安全管理要求。歷次大壩安全定期檢查成果表明，工程投運(yùn)以來，大壩運(yùn)行性態(tài)良好。

5.3 改進(jìn)措施

(1)根據(jù)《水電站大壩安全現(xiàn)場檢查技術(shù)規(guī)程》(DL/T 2204—2020)修訂完善《大壩安全檢查評級制》《水工維護(hù)規(guī)程》等制度規(guī)程，補(bǔ)充水工金屬結(jié)構(gòu)、庫岸邊坡的缺陷管理要求及壩前攔漂裝置的檢查維護(hù)要求。

(2)根據(jù)工程實(shí)際，完善大壩安全管理各監(jiān)控指標(biāo)，設(shè)置相對明確的預(yù)警值，完備監(jiān)控手段，有效實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控管理。

(3)定期對壩前攔漂裝置進(jìn)行檢查維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

(4)進(jìn)一步加強(qiáng)對隱患、缺陷的處理工作，如：根據(jù)《水情自動測報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》(DL/T 1014—2006)開展水情測報(bào)系統(tǒng)維護(hù)、故障處理工作；選擇有資質(zhì)的第三方對1號發(fā)電引水壓力鋼管進(jìn)行檢測；應(yīng)對監(jiān)測設(shè)施存在的缺陷及時(shí)進(jìn)行處理。

(5)根據(jù)《水電站大壩運(yùn)行安全應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》(DL/T 1901—2018)編制《烏江渡水電站大壩運(yùn)行安全應(yīng)急預(yù)案》。梳理并修訂綜合預(yù)案、防洪搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案、水淹廠房應(yīng)急預(yù)案中有關(guān)廠房防洪標(biāo)準(zhǔn)的描述不完全一致處，根據(jù)《水電站防水淹廠房安全檢查技術(shù)規(guī)程》(DL/T 2447—2021)完善防水淹廠房相關(guān)管理監(jiān)控措施；編制失控船只撞擊大壩或堵塞泄水建筑物的應(yīng)急處置方案。

(6)建議大壩670廊道、左680廊道、左640廊道增加照明裝置，以保證作業(yè)人員安全。

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié)論

對整改落實(shí)有困難的管控措施及時(shí)溝通反饋，定期檢查日常管控、預(yù)測預(yù)警、降低風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)急應(yīng)對等的管控措施落實(shí)情況，確保管控措施落實(shí)到位，并對管控措施動態(tài)更新。

6.2 展望

在探討水電站大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評估的未來展望時(shí)，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)論述，這些方面均代表了該領(lǐng)域未來研究和實(shí)踐的關(guān)鍵趨勢：

(1)高級技術(shù)的融合與創(chuàng)新

未來的大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評估將深度融合高級技術(shù)，如人工智能(AI)、物聯(lián)網(wǎng)(IOT)和大數(shù)據(jù)分析。利用這些技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對大壩結(jié)構(gòu)完整性的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型。此外，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用可能成為趨勢，通過創(chuàng)建大壩的虛擬副本，能夠模擬各種極端情況下的響應(yīng)，從而提高風(fēng)險(xiǎn)評估的準(zhǔn)確性和預(yù)測能力。

(2)全面的多維度數(shù)據(jù)分析

隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)步，包括地質(zhì)、水文、氣象和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等多種數(shù)據(jù)的集成將成為標(biāo)準(zhǔn)做法。通過整合和分析這些數(shù)據(jù)，可以對大壩的安全狀態(tài)進(jìn)行更全面的評估，特別是在預(yù)測潛在風(fēng)險(xiǎn)和識別薄弱環(huán)節(jié)方面。

(3)氣候變化的長期影響評估

考慮到氣候變化對水資源循環(huán)的影響，未來的風(fēng)險(xiǎn)評估必須納入更長遠(yuǎn)的視角，這包括評估極端天氣事件(如洪水和干旱)的增加對大壩安全的影響，以及在設(shè)計(jì)和運(yùn)維中考慮這些變化。

(4)綜合應(yīng)急管理策略的發(fā)展

在對大壩進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)上，制定和實(shí)施全面的應(yīng)急管理策略將成為關(guān)鍵，這包括提高應(yīng)急響應(yīng)能力、優(yōu)化疏散計(jì)劃和提高公共安全意識。與此同時(shí)，應(yīng)急預(yù)案的定期更新和模擬演練將是確保其有效性的重要部分。

(5)國際合作與知識共享

大壩安全管理的國際合作和知識共享將為全球范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)評估和管理提供支持。通過共享最佳實(shí)踐、研究成果和創(chuàng)新解決方案，可以加強(qiáng)全球大壩安全管理的整體水平。

(6)公眾參與和信息透明

增加公眾對大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評估和管理的了解和參與，將有助于提高電廠和下游人民的應(yīng)急準(zhǔn)備能力和風(fēng)險(xiǎn)意識。通過透明化的信息共享和公眾教育，可以建立更強(qiáng)的社區(qū)參與和支持。

未來的大壩安全風(fēng)險(xiǎn)評估將是一個(gè)多方面、多技術(shù)集成的復(fù)雜過程，它不僅依賴于先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，還涉及到政策制定、公眾參與和國際合作等多個(gè)方面。通過這些努力，我們可以朝著更科學(xué)、更全面的大壩安全管理邁進(jìn)，以應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)。