奧羅維爾壩

奧羅維爾壩

奧羅維爾壩是美國最高的人工土石壩,位於加里福尼亞州北部費瑟(Feather)河上,距奧洛維爾市8km。壩高234m,水庫總庫容43.62億立方米,水電站裝機容量67.5萬kW。主要用途為蓄水、發電、防洪、旅遊和養殖。1968年完建。

基本信息

介紹

奧羅維爾壩是美國最高的人工土石壩,位於加里福尼亞州北部 費瑟(Feather)河上,1968年完建。

奧羅維爾大壩的地理位置 奧羅維爾大壩的地理位置

大壩坐落在變質火山岩層上,岩石主要為角閃岩,並含有大量方解石、石英、綠簾石、石棉及黃鐵礦岩脈,岩性堅硬、緻密,有中到大的裂隙。在大壩設計時,壩址附近未發現有活動斷層。1968年大壩建成投入運用 ,1975年8月1日,發生了芮氏5.7級的奧洛維爾地震,表明壩址處實際上存在著活動斷層。

壩址以上流域面積9360平方公里,11月~次年3月為雨季,7~8月為旱季,年平均降雨量1778mm。年平均徑流量(上游引水後)43億立方米,實測最大洪峰流量7530立方米/秒。大壩按450年一遇洪水設計,相應流量為12460立方米/秒;計算的最大可能洪水相當於千年一遇,相應流量為20388立方米/秒。水庫有效庫容33.12億立方米,水庫面積6390平方公里。

樞紐布置

該工程除了大壩外,還包括溢洪道、左岸地下廠房(海厄特Hyatt廠房)、特馬利托(Thermalito)發電廠房(包括引水壩、發電引水渠、前池壩等)、攔魚壩以及費瑟河孵魚場等。土石壩頂長1700m,壩體體積6100萬立方米。採用斜心牆,以減少因不均勻沉陷引起的開裂。心牆底部設混凝土墊層,它既可消除基礎外形的突變,降低土心牆的高度,又可以保護已填築的上游壩體安全度汛。壩軸線微向上游凸,以便在水庫荷載作用下向下游撓曲時,壩體受壓。由於大壩處於地震區,大壩設計時,根據已有地震資料做了地震模型試驗,模型比尺為1∶400和1∶200,以驗算大壩穩定安全係數。

措施

採取了下列措施來提高大壩抗震性能:

①清除覆蓋層(厚度為18m),防止基礎發生液化;

②壩殼和心牆之間的過渡區,採用級配良好的砂礫石,達到既密實又不透水;

③心牆材料有一定的可塑性,以防止產生裂縫;

④增加壩頂超高。

安全評估

壩址附近發生5.7級地震後,大壩按6.5級地震重新進行了安全評估。

分區壩各區的填築材料和厚度分別是(見奧羅維爾壩剖面圖):

(1)區、(1A)區和(1B)區為不透水材料,由級配良好的粘土、粉砂和礫石混合物組成,最大粒徑為7.6cm。碾壓層厚25.4cm,用100t氣胎碾碾壓4遍。

(2)區和(2A)區為過渡區,由級配良好的砂、礫石、卵石及塊石混合物組成,最大粒徑38cm(粒徑小於200號篩的材料不超過6%),碾壓層厚38cm,光筒振動碾碾壓2遍。

(3)區為壩殼區,由砂、礫石、卵石及粒徑小於61cm的大塊石組成,粒徑小於4號標準篩的材料含量占25%,每層厚61cm,用光滑圓筒振動碾碾壓2遍。

(4)區為上游圍堰防滲心牆,使用經篩選的壩肩開挖料,通過200號標準篩的材料占75%~45%,最大粒徑為20cm,碾壓層厚25.4cm,用10t氣胎碾碾壓4遍。(4A)區為可壓縮的緩衝區,其級配與(4)區相同,每層厚38cm,用光筒振動碾碾壓1遍。

(5A)和(5B)區為排水區,由礫石、卵石和巨礫石組成,小於4號標準篩的材料最大為12%,碾壓層厚61cm,用光滑圓筒振動碾碾壓2遍。

組成部分

溢洪道由兩部分組成 :控制一般洪水用的主溢洪道,為裝有8扇寬5.4m、高10.1m的弧形閘門的泄水孔和襯砌式陡槽;緊急溢洪道,為無閘門控制的反弧形堰頂,堰頂長570m。最大泄洪能力17700立方米/秒,最大運用水頭31.4m。地下廠房長167.5m,寬21.6m,高36.6m。裝有3台12.7萬kW混流式水輪機。3台經改進的混流式水泵,水輪機,單機容量9.78萬kW,額定水頭188m,最大發電泄水流量487立方米/秒,抽水能力158立方米/秒。廠房進水口的布置考慮了下游魚類繁殖對水溫的要求,是在鄰近大壩上游的岩坡上嵌上兩個面積為102.2立方米的矩形槽,活動門頂上設有一排可使水流入進水口的設施。進水口後接直徑6.7m的引水隧洞,末端分為3條直徑2.9m的支洞,末端設有球形閥門。進水口設有平板定輪閘門,作為事故和檢修閘門。

主泄洪道和緊急泄洪道位置圖 主泄洪道和緊急泄洪道位置圖

工程施工

採用2條直徑為10.7m,總長2700m的圓形隧洞導流。在混凝土心牆墊層施工時,河水從未施工的墊層處和墊層中預留的孔口通過。其間發生了兩次大洪水,流量分別為3849立方米/秒和5405立方米/秒。1963年11月~1964年3月,河水從#1導流洞通過,汛期洪水超過340立方米/秒時,水流漫過上游土石圍堰和已完工的墊塊。當時上游圍堰僅填築到88m高程。

1964年4~11月(枯水季),圍堰上升到高程184.4m(共填築土石料764萬立方米,土石圍堰全高為135.4m),這時,隧洞泄洪能力達到5405立方米/秒。在大壩上升期間,2條隧洞可通過12460立方米/秒的流量。導流結束後,2條隧洞改為電站尾水隧洞。大壩施工中使用的主要機械有:生產能力每小時5700t斗輪挖掘機1台,寬1.37m,長20km,生產能力為每小時5700t的皮帶1條,100t底卸卡車40台。此外,還有2台索鏟和多台用推土機推料裝料的鏟運機,日最高填築強度為9.4萬立方米。

大壩運行情況良好。1970年對大壩進行了測量,沉陷為18cm,占壩高的0.08%,水平位移3cm,滲漏流量380L/s。

潰壩事件

2016年冬和2017年春,加州連遭暴風雨襲擊,奧羅維爾大壩水位急劇上漲,蓄水量接近最高庫容量。加州有關部門於2017年2月初,開啟奧羅維爾大壩的主泄洪道排水。2月8日,工作人員發現主泄洪道出現一個約一個足球場大小,深約40英尺的大洞。

奧羅維爾大壩的主泄洪道大洞-圖冊 奧羅維爾大壩的主泄洪道大洞-圖冊

2月11日啟用後備的緊急泄洪道。這條排水道底層沒有澆灌混凝土,基本就是一條泥土陡坡,表面被樹叢覆蓋。2月12日,緊急泄洪道在泄洪過程中因水流剝蝕出現大洞。

由於擔心緊急泄洪道坍塌,出現潰壩,當局於12日下午發布命令緊急疏散下游18.8萬居民。13日清晨,直升機將裝滿大石塊的袋子吊運到緊急泄洪道封堵大洞。經過連夜加大主泄洪道排水量緊急泄洪後,大壩的水位已降低至沒有水流向緊急泄洪道排出的水平。2月14日潰壩危機暫時解除。

奧羅維爾大壩的泄洪道 奧羅維爾大壩的泄洪道

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