老挝桑片-桑南内水电站溃坝事件的初步分析与思考

2018-08-01

1.   事件背景概况

201872320时左右,位于老挝南部地区的桑片-桑南内(Xe Pian-Xe Namnoy)水电站工程发生溃坝事件, Xe-Namnoy水库(总库容10.43亿m3)坝高16mD副坝溃决,溃坝洪水淹没了老挝南部阿速坡省(Attapeu) Sanamxay 地区数个村庄。溃坝洪量较大(根据业主PNPC签发的告急函,相关媒体报道下泄洪水达50亿m3,笔者经查阅大量资料,认为该数据不实),截至727日,已有28人死亡,130多人失踪,溃坝洪水导致6600多人流离失所。

老挝桑片-桑南内水电站的溃坝事件一经披露,立刻在国际社会形成了巨大的反响,引起了国内外水利水电工程界的密切关注。目前,缺少该工程溃决的详细原因分析,根据资料查询和相关报道可对这一事件做出初步分析,并由此进行相关思考。

                                                                     

2.   工程项目概况

桑片-桑南内水电站位于老挝东南部占巴塞省(Champasack)北松地区(Paksong)的布拉万高原,距离老挝首都万象东南约550km。该工程由Xe-NamnoyXe-PianHouay Makchanh三座大坝、五座副坝、输水系统以及发电厂房组成,总装机容量410MW

工程总体布置及发电引水系统见图2和图3Houay Makchanh水库控制流域面积81km2,大坝为混凝土溢流坝,最大坝高8.5m,坝轴线长1789.0m,坝顶高程814.5m,通过引水渠将水引至Xe-Pian水库。Xe-Pian水库控制流域面积271km2,大坝为混凝土重力坝与黏土心墙堆石坝组合坝(图4),最大坝高48m,坝轴线长1307.0m,坝顶高程799.5m,水库总库容2000m3Xe-Pian水库通过7.96km的引水渠与Xe-Namnoy水库相连。Xe-Namnoy为大型水库,控制流域面积522km2,大坝为黏土心墙堆石坝(图5),最大坝高73.7m,坝轴线长1600m,坝顶高程792.5m,水库总库容为10.43亿m3。发电引水隧洞,将水从Xe-Namnoy水库引至发电厂房。

                                                                     

                                                                                图2 桑片-桑南内(Xe Pian-Xe Namnoy)水电站工程布置示意图(源自项目报告)

                                                                              

                                                                                                    图3 水库及发电引水系统示意图(源自项目报告)

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                                                                                                                                        图4 Xe Pian大坝

                                                                            

                                                                                                                                    图5 Xe Namnoy大坝

该工程由PNPC公司(Xe-Pian Xe-Namnoy Power Company)投资,20132月开始建设,计划2019年投产发电。PNPC公司是韩国SK建设株式会社(SKEC,持股26%)、泰国Ratchaburi发电公司(RATCH,持股25%)、韩国西部电力(KOWEPO ,持股25%)和老挝控股国有企业(LHSE,持股24%)于20123月组成的合资企业。该项目投资约10.2亿美元,PNPC公司与老挝政府签署了特许经营协议,电站投入商业运营后特许经营27年,370MW的电力将出售给泰国电力公司(EGAT),40MW的电力将出售给老挝电力公司(EDL)。

3.   溃坝事件

此次发生溃决事故的大坝是位于Xe-Namnoy水库西南侧的D副坝(Saddle Dam D),其位置如图6所示。D副坝坝型为土坝,坝高16m,坝轴线长770m,坝顶宽8m

                                                         

                                                                                            图6 Xe-Namnoy水库D副坝位置示意

根据法新社25日援引一名韩国国会议员收到的报告报道,720日,D副坝“中部出现11厘米沉陷”。 韩国西部电力公司发言人表示:“不清楚为何水坝发生部分结构沉陷、形成裂缝。不过,所有这些都在大雨情况下发生的。”

 

723日,PNPC移民安置部向巴塞省和阿速坡省移民安置管理部门发出告急信函(图7),指出由于北松地区的严重暴雨导致库水漫过D副坝的坝顶,情况非常危急,要求紧急疏散Xe Pian河下游居民。中午12时,当地政府下令下游村民撤离。当晚8时左右,D副坝溃决,库水倾泻而下,向西流入Xe Pian河。由于Xe Pian河道容量有限,洪水漫出河道,下游顿成泽国。阿速坡省Sanamxay 地区多个村庄被淹,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 村受灾最为严重。溃坝洪水路线及受影响区域如图8,淹没情况见图9

                     

                  图7 PNPC签发的告急函(源自澎湃新闻)                                      图8 溃坝洪水路线及受影响区域(源自欧盟联合研究中心,7月25日)

                                                                  

                                                                        

                                                                                                                图9 被淹没区域情况

4.   溃坝原因的初步分析

总体上看,季风季节以及热带风暴Son-Tinh过境引起的持续强降雨是导致洪水和溃坝发生的直接原因。全球灾害预警与协调系统(GDACS, Global Disaster Alerting Coordination System)曾于2018715日发布Son-Tinh热带风暴暴雨橙色预警,受影响区域包括菲律宾、中国、越南和老挝等地区。距离受灾区域不远的Ban Veunkhen水文站点数据(图10)显示,随着Son-Tinh热带风暴720-21日过境导致的强降雨(715-24日累计降雨量见图10),河道水位快速上涨,724日达到峰值。

   

               图10 Ban Veunkhen水文站数据                                                                            图11 7月15日-24日累计降雨量(源自NASA-GPM,7月25日)

                                  

从溃坝事件发生的过程来看,早在720日,PNPC就发现了D副坝坝顶的结构缺陷。从报告的描述看,坝顶结构的缺陷主要是裂缝和沉陷(如图12),裂缝主要为顺坝轴线方向的纵向裂缝,以及部分垂直于坝轴线的横向裂缝。D副坝的坝型为土坝,从结构上分析,造成坝顶裂缝的原因可能包括:

1)坝体填筑不密实,水库蓄水后坝体的湿化变形造成坝体上、下游方向的不均匀沉陷,从而在坝顶表现出顺坝线方向的裂缝。

2)由于坝体材料或施工质量的问题,造成坝体中部(鞍形垭口底部)与岸坡处的不均匀变形,从而形成垂直于坝轴线方向的裂缝,通常,这种裂缝主要分布在坝肩部位。

3)坝体渗流控制措施存在缺陷,在高水位情况下,坝体内部出现渗透破坏,坝体内细颗粒流失后造成坝顶塌陷。

从管理的角度看,老挝属热带、亚热带季风气候,5-10月为雨季。应该制定明确的防洪度汛计划,根据水、雨情的变化,及时调度运行,避免洪水漫坝。此次热带风暴Son-Tinh过境引起的持续强降雨,Xe-Namnoy水库是否提前预留了防洪库容,是否根据雨情、水情预报及时开闸泄洪,这些具体运行调度情况目前尚不得而知。但根据723PNPC移民安置部发出的应急告知函和现场照片,库水已经从D副坝翻坝,水库为满库,最终导致D副坝溃决。

                                           

                                                                   图12 D副坝坝顶裂缝                                               图13 D副坝溃决

5.   关于事故教训的思考

大坝安全涉及人民生命财产和社会公共安全,每一次大坝安全事故,都会为水利水电工程从业者敲响警钟。考虑到大坝失事的严重后果,必须层层设防,严格把关,确保大坝安全万无一失。针对此次事件,有如下思考,以供借鉴和参考:

1) 大坝安全保障取决于其全生命周期的各个阶段。将高质量建设与安全发展的理念贯彻于大坝规划、勘测、设计、施工、运行的各个阶段,对于水库大坝全生命周期的安全保障具有突出的意义。任何一座大坝的溃决,一定都会在勘测、设计、施工和运行管理的某一阶段或几个阶段中找到原因。

2) 在大坝安全管理中,大坝的设计和运行管理要充分考虑极端气象条件的应对措施,建立行之有效的应急预警系统。

3) 对于重大工程,在设计论证阶段进行坝型比选时,要充分考虑当地气象水文条件和下游受影响区域的重要性,优先选择混凝土坝、胶结颗粒料坝等漫顶不溃的坝型。

4) 对于土石坝工程而言,造成其溃决失事的最主要的原因一个是漫顶引起的外部冲蚀破坏,另一个是渗流引起的内部冲蚀破坏。对于漫顶破坏,一方面有可能是坝体过大的沉降变形或塌陷导致库水漫顶,这属于结构方面的因素。另一种就是水库泄流能力不够(水文方面因素)或泄流设施损坏(结构因素)。因此,对于土石坝工程而言,除了要首先保证其大坝结构设计、施工质量的可靠外,对于泄洪设施的能力和可靠性要高度重视,目前,对于高坝大库通常都会考虑多种泄洪形式的并用。

5) 随着中国“一带一路”战略的实施,越来越多的中国水电企业走向海外,如何对这些海外工程实行有效的管理,将国内安全控制成功的经验延伸到海外?这是一个需要高度重视的问题。中国电建、中国能建等一批央企在海外承接的众多水利水电项目,建设质量良好,广受赞誉,需要以此次事故为警示,加强管理,以确保所建设水利水电工程项目优质、安全。

责编:谷丽雅

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