大壩安全風險評估在烏江渡水電站大壩的應用

冀道文，汪大全，王利杰

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

0 引 言

大壩的安全風險分析與管理是一個貫穿大壩全生命周期的動態管理過程，該過程涉及諸多關鍵環節：從風險的識別與估計到風險損失的預測，再到風險標準的設定、風險的綜合評價、決策制定，以及最終的風險處置。特別強調的是，這一過程不僅關注大壩本身的安全風險率，還涵蓋潰壩后果對社會環境安全的綜合影響，以及風險控制的標準和策略。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險方面。通過本研究的成果，期望為水電站大壩的安全管理實踐和未來的研究工作提供理論指導和方法論支持[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，單庫設計為季調節水庫。水庫正常蓄水位760.00 m，設計洪水位760.30 m，校核洪水位762.80 m，是我國在巖溶地區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、擴機引水隧洞、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。整個樞紐采用三層重疊布置：壩后全封閉溢流式廠房、壩頂設溢洪道、溢洪道導墻頂部布置220 kV開關站。

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，同年底第一臺機組發電；1982年3臺機組全部投產，1983年底工程通過竣工驗收[3]。擴機工程于2000年11月正式動工，2003年完成擴機工程建設，增設2臺250 MW機組和1臺30 MW防洪備用電源機組。老機組的增容改造工作從2003年11月開始，至2005年5月全部結束。2005年完成對原3臺老機組的增容改造，將原單機容量210 MW機組更換為250 MW機組。工程共裝機為6臺，總容量已達1 280 MW(5×250 MW+1×30 MW)[4]。

2 風險評估理論與方法

2.1 風險源辨識方法

風險源辨識主要針對潰壩、漫壩、水淹廠房、主體結構破壞、工程邊坡失穩、閘門及啟閉設備嚴重損壞等重大事故開展，具體工作包括收集資料、風險識別及不確定性分析，形成初步風險清單并分類。

風險源辨識主要包含識別風險源、可能發生的事件及其原因和潛在后果等。綜合收集的資料和現場查勘的結果，對所有可能存在的安全隱患和風險點進行識別和分類，如地震、泥石流、堰塞湖、超標準洪水、壩基、工程邊坡、近壩庫岸滑坡體、上游水庫潰壩等。

2.1.1 大壩風險源辨識

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

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

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

(4)水電站大壩上游近壩區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)泄洪能力設計不足、樞紐布置不合理、超標洪水宣泄等導致護坦大面積掀起及壩后沖坑，造成垮壩。

(6)水情調度錯誤，洪水來不及開閘宣泄導致漫壩；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，水從廠房進廠交通門、洞、尾水渠交通洞或從上游漫壩，水淹廠房[5]。

(7)壩基(壩肩)地質條件認識不清，大壩基礎地質缺陷導致大壩失穩破壞或潰決。

(8)大壩設計不合理或施工質量低劣，導致大壩結構破壞或潰決。

(9)因地震、閘門卡阻、結構垮塌、漂浮物堵塞溢洪道等導致洪水漫壩，造成垮壩風險。

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

(11)尾水洞、調壓室、泄洪建筑物、壓力鋼管、進水口建筑物因外力導致破壞或機組壓力鋼管、引水管道嚴重爆裂，造成水淹廠房。

(12)機組振動超標或其他原因造成機組頂蓋破壞，造成水淹廠房。

2.1.2 庫區(含樞紐區)地質災害風險源辨識

(1)地勢高差較大、斜坡陡峻的高山峽谷區，特別是有孤立或突出山嘴的地帶發生崩塌。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，導致大壩失事；滑坡體堆積物還可能堵塞發電和泄洪進水口，嚴重的會導致水庫報廢[7]。

(3)庫區山體由于暴雨、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，造成巨大災害。發生近壩泥石流，阻塞進水口、尾水口或泄洪洞進口、出口等，嚴重的會阻塞河道、淤積水庫。

2.1.3 自然災害風險源辨識

自然災害風險源辨識主要包括：冰雪、冰雹、雷電、暴雨、洪水、大風(龍卷風)、地震。

2.2 風險分析

風險分析應考慮導致風險的原因，風險源、風險事件的正面和負面的后果及其發生的可能性，影響后果和可能性的因素，不同因素及其風險的相互關系以及風險的其他特性，風險控制措施是否存在及其有效性。

水電工程應從風險發生概率與風險后果嚴重程度進行風險分析。風險發生概率分析可利用相關歷史數據來識別過去發生的事件或情況，推斷其發生的可能性；也可利用故障樹和事件樹等技術預測其可能性。風險后果分析應綜合考慮人員傷亡、經濟損失、安全故障影響、環境影響和社會影響等因素，宜通過對事件的結果建模確定。

2.3 評級方法

結合風險分析的結果和規定的風險等級標準，確定風險等級，以便作出風險應對的決策。

3 大壩風險評估

從風險管控角度出發，查閱工程相關資料，進行現場踏勘以及與大壩相關運行維護人員進行溝通交流相結合的方式，對烏江渡大壩所有可能存在的安全隱患和風險源進行識別和分類。

3.1 風險源識別

查閱流域自然地理和水文氣象資料、水庫功能與保護對象等基本資料，工程勘測、設計、施工、監理、安全鑒定等建設期資料，同類及類似水電工程運行、建設的經驗和風險事故或相關數據資料，大壩改(擴)建、補強加固的設計、審查、施工和驗收資料，運行過程中的監測、檢查、檢測、安全評價、運行管理等資料和現場檢查等，羅列出烏江渡大壩安全風險源清單。

3.2 風險分析與評級

根據風險源清單及風險辨識類型、結果，通過事件推演，對識別出的風險進行定性和定量分析，分析事件發生的可能性和后果，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 風險管控措施

烏江渡大壩安全風險評估是為了制定可操作、便于實施的風險管控措施，遵循可行性、適用性、有效性以及主動、及時、全過程的原則，針對不同等級的風險，主要從日常管控、預測預警、降低風險和應急應對等四方面開展風險管控措施制定。

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

(2)預測預警措施主要為采用梯級聯合調度系統，對下游構皮灘水庫的頂托危害進行預測預警和對小黃崖、大黃崖、官崖危巖體開展監測、預警等。

(3)降低風險措施主要為更換左泄洪中孔液壓啟閉機設備或改造，對右泄洪中孔液壓啟閉機進行現場復查和維修或更換4號機組進水口檢修閘門右端鎖錠裝置操作把手等。

(4)應急應對措施主要為根據調查結果制定相應應急預案和針對船只失控、攔漂裝置松脫撞擊大壩、堵塞溢流表孔等風險編制應急處置方案等。

5 風險管控評價

5.1 管理體系的優化

5.1.1 大壩安全管理制度規程

根據現行大壩安全管理相關法律法規、行業標準規范，制定了大壩安全管理、防汛管理、應急管理、績效管理、檔案管理等制度，總體能根據實際適時對相關制度進行修訂，編制了《水工觀測規程》《水工維護規程》《水務管理規程》《水工作業安全規程》《水工機電設備運行檢修規程》等技術規程，相關制度規程能根據管理實際及時修訂并發布，總體滿足大壩安全管理需要。

5.1.2 安全評價、監測監控、檢查

按計劃開展大壩安全定期檢查工作，對歷次定檢提出的意見、建議和運行中應重點關注的問題能制定整改計劃，明確責任部門，總體落實到位。

總體能按水工維護規程、水工觀測規程要求開展日常巡視檢查、專項檢查、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，檢查記錄詳細完整，發現的問題基本能做到閉環管理。

大壩安全監測項目齊全，監測儀器布置合理，監測重點明確，監測設施大部分運行工作狀態正常。監測方法總體合適，監測頻次滿足要求，監測精度總體符合規范要求，監測成果基本合理?？偟膩碚f，監測系統總體滿足大壩安全監控要求。

5.1.3 隱患、缺陷管理

總體能按《水電站大壩除險加固管理辦法》《水電站大壩安全監測工作管理辦法》開展隱患、缺陷管理工作，但目前仍存在水情測報系統備品備件不足，1號發電引水壓力鋼管投運43 a來未進行過安全檢測，引張線自動化觀測不穩定、KW53量水堰儀損壞、黃崖危巖體監測設施均損壞，監測自動化系統大部測點故障等缺陷未及時處理等情況。

5.1.4 防汛管理

成立了防汛組織機構，建立了防汛責任體系，能按要求開展防汛檢查、防汛設備維護、防洪調度、防汛應急管理工作；汛期實行24 h防汛值班制，能按要求向相關單位報送汛情信息、大壩安全監測信息，汛后能及時開展防汛總結工作。

5.1.5 應急管理

編制了綜合預案及自然災害類、事故災難類、公事衛生事件類、社會安全事件類等專項應急預案，并編制了相應處置方案。其中，防洪搶險應急預案每年修編1次，經第三方審查后報貴州省防汛抗旱指揮部，獲得批復；同時向國家能源局貴州監管辦、遵義市防汛辦等單位報備。每年根據演練計劃開展防汛應急演練，有演練方案和演練總結評估。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認證中心開展應急能力建設評估工作，得分86.49；應急管理工作總體到位。

5.1.6 大壩作業安全管理

現場檢查，大壩安全防護設施、警示標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 風險管控綜合評價

制定的大壩安全管理制度規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、監測、檢查工作，能對工程存在的隱患、缺陷制定整改計劃，并逐一落實。監控手段基本滿足大壩正常運行要求，防汛管理工作到位；大壩應急管理工作及大壩現場安全防護設施、警示標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，工程投運以來，大壩運行性態良好。

5.3 改進措施

(1)根據《水電站大壩安全現場檢查技術規程》(DL/T 2204—2020)修訂完善《大壩安全檢查評級制》《水工維護規程》等制度規程，補充水工金屬結構、庫岸邊坡的缺陷管理要求及壩前攔漂裝置的檢查維護要求。

(2)根據工程實際，完善大壩安全管理各監控指標，設置相對明確的預警值，完備監控手段，有效實現在線監控管理。

(3)定期對壩前攔漂裝置進行檢查維護，發現問題及時處理。

(4)進一步加強對隱患、缺陷的處理工作，如：根據《水情自動測報系統運行維護規程》(DL/T 1014—2006)開展水情測報系統維護、故障處理工作；選擇有資質的第三方對1號發電引水壓力鋼管進行檢測；應對監測設施存在的缺陷及時進行處理。

(5)根據《水電站大壩運行安全應急預案編制導則》(DL/T 1901—2018)編制《烏江渡水電站大壩運行安全應急預案》。梳理并修訂綜合預案、防洪搶險應急預案、水淹廠房應急預案中有關廠房防洪標準的描述不完全一致處，根據《水電站防水淹廠房安全檢查技術規程》(DL/T 2447—2021)完善防水淹廠房相關管理監控措施；編制失控船只撞擊大壩或堵塞泄水建筑物的應急處置方案。

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

6 結論與展望

6.1 結論

對整改落實有困難的管控措施及時溝通反饋，定期檢查日常管控、預測預警、降低風險和應急應對等的管控措施落實情況，確保管控措施落實到位，并對管控措施動態更新。

6.2 展望

在探討水電站大壩安全風險評估的未來展望時，可以從以下幾個方面進行詳細論述，這些方面均代表了該領域未來研究和實踐的關鍵趨勢：

(1)高級技術的融合與創新

未來的大壩安全風險評估將深度融合高級技術，如人工智能(AI)、物聯網(IOT)和大數據分析。利用這些技術，可以實現對大壩結構完整性的實時監控，以及基于機器學習的風險預測模型。此外，數字孿生技術的應用可能成為趨勢，通過創建大壩的虛擬副本，能夠模擬各種極端情況下的響應，從而提高風險評估的準確性和預測能力。

(2)全面的多維度數據分析

隨著數據采集技術的進步，包括地質、水文、氣象和結構健康監測等多種數據的集成將成為標準做法。通過整合和分析這些數據，可以對大壩的安全狀態進行更全面的評估，特別是在預測潛在風險和識別薄弱環節方面。

(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的影響，未來的風險評估必須納入更長遠的視角，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，以及在設計和運維中考慮這些變化。

(4)綜合應急管理策略的發展

在對大壩進行風險評估的基礎上，制定和實施全面的應急管理策略將成為關鍵，這包括提高應急響應能力、優化疏散計劃和提高公共安全意識。與此同時，應急預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的風險評估和管理提供支持。通過共享最佳實踐、研究成果和創新解決方案，可以加強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險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急準備能力和風險意識。通過透明化的信息共享和公眾教育，可以建立更強的社區參與和支持。

未來的大壩安全風險評估將是一個多方面、多技術集成的復雜過程，它不僅依賴于先進技術的發展，還涉及到政策制定、公眾參與和國際合作等多個方面。通過這些努力，我們可以朝著更科學、更全面的大壩安全管理邁進，以應對未來可能出現的挑戰。