一水电站溃坝事件深度分析

在溃坝洪水中熟睡

信奉佛教的老挝，是亚洲最贫穷的国家之一。

地处东南亚，却没有任何海域资源，是一个彻彻底底的内陆国家；而国家内部又以山地和高原为主，发展的空间狭窄。

所幸的是，上天赐予了老挝湄公河，在境内蜿蜒曲折地流淌长达2000公里。

老挝与湄公河流域

湄公河被称为老挝的母亲河亦不为过。除了岸边肥沃的土地，还有几乎取之不竭的水力资源。

随着东南亚经济的发展，用电需求也在不断攀升。这为老挝带来了希望。通过利用湄公河的水力进行发电，可以为老挝创造出口收入，推动经济发展，减轻贫困。

老挝甚至提出了一个更加雄心勃勃的计划：把国家打造成亚洲的蓄电池。除了供电给邻国，还要把电力输送到亚洲的其他国家。

为此，一系列的水电站项目正被快速地提上日程。截至2019年，除已有63个水电站在运行，老挝境内的水电站在建项目有112个，还有340个项目在规划。

老挝已建，在建及规划中的水电项目

其中，Xe-Pian Xe-Namnoy水电站是在建的众多水电项目之一。

Xe-Pian Xe-Namnoy水电站项目（简称XPXN）位于老挝南部的Bolaven高原，距离首都万象约550公里。

水电站的位置

XPXN项目主要是建造一个大型水库，水库由Xe-Namnoy河上的一个大坝蓄水。蓄水后，水库中的水将被一条长长的引水隧道输送，以获得约650米的水头，用于在Bolaven高原下的一个露天发电站进行水力发电。通过水电站后，水最终会被排泄至Xe Kong河释放。

水电站纵剖面图

Xe-Namnoy河上的大坝筑起后，水库总容量可达10.43亿立方米,最高的水位约为72m。大坝的高度则比最高水位还要高2m，约从地面往上74m，在横向上延伸至1600m的长度。

由于地势上的高低不平，除了Xe-Namnoy河的主大坝，整个水库在部分山谷处还需要建造另外五座高度较矮的副坝，以保持水库中的水不会从地势较低的地方流出。这些副坝的最大高度为17m。

XPXN项目平面布置图

主大坝典型剖面图

副坝的典型剖面图

2018年7月，是当地近年雨季中最为湿润的一个月。7月22日录得了438mm的超大降雨量，与同年登录中国的超强台风“山竹”引起的最大点降雨量（426mm）相若。

就在强降雨后的隔天夜晚，五座副坝中的D号副坝（Saddle Dam D）突然出现了溃坝，水库中大量的蓄水奔涌而出。

溃坝后洪水奔涌而出

突如其来的洪水携带着成吨的泥土和碎片，在没有任何预警的情况下，吞没了下游沿岸的村庄，成千上万居民流离失所。

洪水侵袭的路径

家园被淹没

最终，溃坝导致了超过5亿立方米的洪水泄漏。

超过5亿立方米的洪水泄漏

从表面上来看，溃坝是由前一天的超强降雨引起的。毕竟，强降雨后也会经常带来频繁的山体滑坡。然而，在对事故进行深入的调查后，原因似乎并不是那么简单。在“不可抗力”的掩盖下，更多的人为因素逐渐浮上了水面。

发生溃坝的是D号副坝，坝体长度约770m，高度约17m。

D号副坝平面图

蓄水前的副坝鸟瞰图

D号副坝剖面图

调查先从负责大坝建造的承包商开始。在询问中，发现溃坝的前一天，即出现超强降雨的7月22日中午，D号副坝已经出现了裂缝。

这些裂缝是由附近的村民首先发现的，但并没有留下任何的影像资料。因此，出现裂缝的准确时间并不知晓，也不知道当时的裂缝形态是如何的。

直到当天下午5点（17：00），承包商才开始对坝体的损害情况进行巡查与拍照。由于当天一直在下雨，影响了照片的质量，使得拍出来的副坝看起来非常模糊。

这种形式的滑动并不常见，一般在软土地基中才会发生。

大深度的圆弧滑动示意

而D号副坝的地基，却是连挖掘也费劲的硬粘土——红土（Laterite）。

为什么硬粘土地基中也会出现滑裂？这成为了事故现场勘察的研究重点。

事故现场勘察

在决堤发生后，D号副坝的中间部分被彻底摧毁。因此，现场勘察主要集中在左右两侧残留坝体区域。

现场勘察的重点研究部位

首先是残留的坝体。对破坏面用挖掘机进行修整后，可以看出沿水平向的分层痕迹。这意味着坝体在筑坝过程中，有按照常规分层填土碾压的过程进行，且达到了一定的压实度。

残留坝体填土中的分层痕迹

与坝体填土明显的分层性及压实性不同，地基红土的组成要比预想中复杂得多。

复杂的红土地基

在红土中，起码观察到了至少4种现象：

显然，红土地基存在很大的不均匀性。而且，土层中持续的渗水，令人怀疑地基的渗透性是否过高。

对于水库大坝而言，地基中过高的渗透性有时是致命的。

如果大坝地基的渗透性过高，而且没有采取任何措施，在水库蓄水后，水将通过地基绕过大坝渗出。随着水的渗出，地基土也会不断被侵蚀，最终引发大坝的倒塌。

渗水引起的地基侵蚀

为了防止地基的渗透破坏，根据土层情况的不同，一般有多种工法选择进行处理。这些工法的原理最终可以分为两大类：截水（a，b，c）或排水（d）。

防止地基渗透破坏的多种工法

根据D号副坝的设计资料，其最早方案采用的是截水。

在初步设计中，在坝体中线处的红土地基布置了5m深的截水槽，并辅以5排的灌浆帷幕，一直延伸至基岩的表面。同时，为了防止水从坝体坡面渗出，在坝体的下游位置还设置了1m厚的排水垫层。

D号副坝的初步设计方案

然而，到了详细设计阶段，截水槽与灌浆帷幕都被取消了，或者说被“优化”了。理由是根据2014年红土土样的渗透试验结果，认为地基土的渗透性已经足够低，可以视作天然的防渗层，没有必要再多此一举。

D号副坝的详细设计方案

最终施工完成后，坝体的截排水措施又进一步缩减。仅剩的排水垫层厚度比设计图减少了50cm。

竣工设计图纸

从设计方的理由来看，截水槽与灌浆帷幕的取消似乎是合情合理的。地基土的渗透系数十分之低的话，确实没有进一步截水的必要。

但是，设计方得出的结论与溃坝后的现场观察结果是矛盾的。如果地基土的渗透性真的如此之低，无办法解释现场多处出现的渗水现象。

为了查明这个事情，在现场重新进行了大尺寸的试坑渗透试验。

现场大尺寸渗透试验

试验结束后，测出的渗透系数比2014年的结果高出100倍。在某些夹砂层或存在小孔洞的区域，渗透系数可能更高。

这是红土高渗透性的有力证明。2014年的试验结果是仅凭单个土样室内试验得出的，它无法准确地反映现场土层的不均匀性。

同时，也说明了在大坝设计时，工程师并没有仔细考虑地基的不均匀性，而是仅凭少数室内试验或地质勘探结果，对大坝的地基土进行了过于理想化的设计。

对其余未垮塌的副坝检查后发现，部分坝体在下游坡脚位置处也出现了渗水现象。这与现场试坑渗透试验的结果是可以互相印证的。

未垮塌的副坝地基也出现了渗水现象

从一系列的调查结果显示，红土地基的渗透破坏是最关键的因素，而这一切从取消截水措施的那一刻就已经注定了。

综上发现，D号副坝溃坝的发展顺序大致如下：

溃坝前的强降雨只是加速了事故的发生。即使没有降雨，缺乏截水措施的坝体在将来某个时刻也会倒塌。

从XPXN项目D号副坝的溃坝事件中，可以得到几点经验与教训：