奥罗维尔大坝溢洪道到底发生了什么?

《大众科学》的存档提供了一些背景信息。

更新,2 月 15 日:本文已更新,以反映自最初发布以来发布的其他信息。

周日,超过 20 万人被疏散出加州奥罗维尔大坝周围的区域。经过数周的暴雨,当局担心一个从未投入使用过的紧急系统——该系统用于排放超出水库容量的过剩水——可能会失效。2 月 14 日,疏散令被解除。但接下来将讲述发生了什么,以及为什么该地区仍未完全脱险。

上周,水库溢洪道(用于处理湖泊溢出的铺砌通道)中部出现了一个坑洞。这个坑洞长约 250 英尺,宽 170 英尺,深 40-50 英尺——它和曼哈顿一个街区一样长,和足球场一样宽,和六个奥运标准泳池叠起来的深水区一样深。不用说,这并非易事。官员们表示,直到旱季才能开始进行妥善修复。

Oroville dam spillover
奥罗维尔大坝的溢流进入费瑟河,开始 600 英里通往南方的水路。来自《大众科学》,1972 年 9 月。大众科学,1972

在正常情况下,这不会成为问题。溢洪道仅在萨克拉门托以北、奇科以东的奥罗维尔湖达到满库容时使用。溢洪道的目的是阻止“不受控制的水流”。换句话说:溢洪道应该阻止湖水随意漫过下方的社区和农田。但经过多年的干旱,最近数周的强降雨意味着加州许多地区现在的水量超出了其基础设施的处理能力。

周末,情况变得严峻。奥罗维尔湖达到 100% 库容——是该日期历史平均库容的 148%。要了解这里有多少水,需要知道奥罗维尔大坝是美国最高的。它的高度比胡佛大坝高 40 英尺。

奥罗维尔湖溢出,首次在其 48 年历史中,通过其应急溢洪道进行了不受控制的泄洪。应急溢洪道位于主溢洪道(有坑洞的那个)旁边,几乎只是一条土路。这是为了引导水流避开人群的“最后一搏”。随着水流过溢洪道,官员警告称,应急溢洪道可能会失效,因为它已经开始侵蚀。具体来说,他们发现应急溢洪道系统(由一个 30 英尺高的挡土墙构成)下方有一个洞(《洛杉矶时报》有一张您可以在此处查看的插图)。如果它完全坍塌,将会有大量水流向下面的社区,而且威胁足够大,以至于他们命令18.8 万人疏散。

在接受《萨克拉门托蜜蜂报》采访时,美国陆军工程兵团前工程师、中央谷地防洪委员会成员 Joe Countryman 指出,如果应急溢洪道失效,70 号公路周围的许多地区也将消失。该大坝为中央谷地供水——中央谷地是美国大部分水果和蔬菜的产地,这表明失效的影响将远远超出加州。十二年前,三个环保组织——塞拉俱乐部、河流之友和南尤巴公民联盟——向联邦政府提交了一份动议,警告称土质应急溢洪道在强降雨下可能会坍塌,《旧金山纪事报》对此进行了报道。官员们忽视了警告。预计周四将有更多风暴来袭。与此同时,工人一直在争分夺秒地用石块和沙袋填补主溢洪道的坑洞,作为临时修补,以便能够将更多的水排入其中,从而降低奥罗维尔湖的水位,并停止应急溢洪道的水流。

他们设法稳定了主溢洪道,得以进行少量、有控制的泄洪,将奥罗维尔湖的水位从 100% 库容降至目前的 92%。尽管水位较低,但仍为历史水平的 137%。

graph of Oroville water levels
此图表显示了奥罗维尔水库的水位下降情况。加州水资源部数据交换中心。

为了让您感受奥罗维尔大坝的规模和影响力,我们从 1972 年 9 月的刊物中提取了一篇文章,讲述了这个工程奇迹如何为缺水地区带来水源。您可以在下方阅读。

用世界上最大的水利工程缓解加州巨大的口渴

北方剩余的水通过这个耗资 23 亿美元的庞大工程流入干旱地区

作者:Joseph Zmuda,绘图:Ray Pioch

Historical picture of Oroville reservoir
北方水库是 15,800 英亩的奥罗维尔湖。中间是 770 英尺高的水坝的溢洪道。大众科学,1972

从加州特哈查皮山脉的悬崖边望去,南圣华金谷干涸的地貌展现在您眼前。在那里,在一个炎热的正午,我眺望着我从该州水资源丰富的北部跟随了约 300 英里而来的 V 形混凝土渡槽。这条运河为这个缺水山谷和南部人口稠密地区带来了新的生机。

在我下方,在 A.D. Edmonston 抽水站,巨大的水泵克服了洛杉矶以北的最后一道水流障碍:一个直径 12.5 到 14 英尺的巨大水柱被泵送 1970 英尺高的山上。然后,这些水将穿过布满活跃地震断层的特哈查皮山脉,输送到干旱的南加州水库。

Edmonston pumping plant, pump
Edmonston 抽水站双翼中的一翼,设计用于容纳车站 14 台水泵中的一半(最终总容量)。水从水池表面以下 77 英尺处进入水泵。巨大的压力可以每天将 30 亿加仑的水推过特哈查皮山脉,消耗 830,000 千瓦电力。大众科学

加州渡槽和特哈查皮穿越工程的工程奇迹是加州水利项目(约 25 年前构思)的重要组成部分。该项目现已有限投入使用——部分仍在设计和建造中——并获得了今年的美国土木工程师协会杰出成就奖。完工后,它将获得一系列的最高荣誉

  • 六座发电厂、22 座水坝和水库、六个主要渡槽系统和 23 个抽水站。
  • 每年输送给用户的水量(423 万英亩-英尺)比任何其他配送系统都多。
  • 在奥罗维尔湖,这是美国最高的土石坝。[PS,1967 年 2 月]。
  • 在 Edmonston 抽水站,将更大体积的水提升到比世界任何地方以前尝试过的都高的高度。

该项目不仅确保了稳定优质的水源供应,还提供了冬春季的防洪、清洁的 hidroeléctrica 能源、方便城市使用的娱乐场所,并通过水资源管理改善了鱼类和野生动物的栖息地。

这一切都始于该州北部。在那里,内华达山脉的冬季降雨和融雪将水源充入费瑟河三个支流上的水库,流入奥罗维尔湖盆地。在夏季和秋季,奥罗维尔湖储存的水被释放以满足下游需求。奥罗维尔大坝的溢流在地下爱德华·海亚特发电厂产生电力,在夜间非高峰用电时,剩余电力运行水泵,将额外的水储存在 Thermolito Afterbay。在高峰用电时,水被释放以提供廉价能源。

大多数时候,费瑟河主干流的调节水流进入萨克拉门托河,然后流入旧金山湾并最终入海。但在萨克拉门托三角洲的一个抽水站,剩余的水被提升至海平面以上 213 英尺,流入加州渡槽的起点——一个宽阔的 V 形渠道,每秒可容纳超过 10,000 立方英尺的水流。

一旦进入渡槽,水就会通过重力流向其他水泵站,最终将水位提升至海平面以上 3480 英尺。微型水泵将水引流到当地社区和私人用户。

为了管理横跨 600 英里渡槽运河的设施,工程师设计了一个计算机监控和控制系统,涉及 12,000 项独立功能。全面投入使用后,传感器将持续读取水位、闸门位置、流量、水泵和发电机组状态以及其他重要数据。

中央控制监控。自动化责任由五个主要现场部门的控制中心分担。此外,项目控制中心监控和记录所有运行数据,制定整体系统水和电调度计划,并协调各中心的运行。

水利项目的规模令人惊叹;在 Edmonston 抽水站,这项工程的复杂性体现得淋漓尽致。我的向导是圣华金地区工程师 Bill Curry。

抽水站建筑物的巨大摆动围绕着一个深水池,渡槽在此处流入。水通过独立的进水口和钢制格栅(用于过滤杂物)流入工厂的每个翼。一个六个隔间的变电站接收来自所有四个加州供应商的 230,000 伏电力。

我参观工厂时,只有三个电机-泵组合完全运行。该站最多 14 台水泵中的 11 台已签约以满足未来需求。一台水泵全天运行;另外两台在夜间上线以利用更便宜的电力。同样,尽管疏散令已经解除,但这取决于奥罗维尔湖的水位能否保持在较低水平。预计周四到周末将有降雨。

抽水站本身,其混凝土墙厚度为六到十二英尺,就像一座冰山——可见的部分只是地下的很小一部分。当 Curry 和我进入顶层观察廊时,我们下方的男人们正在堆叠另一个电机的单独转子板。稍后会将一个便携式烤箱放在堆叠上方,以达到 1/20,000 英寸的紧配合,将其固定在主轴上。二楼提供通往泵-电机联轴器的通道;三楼包含每个电机的密封隔间。当我打开一个隔间的门时,我感到耳朵因超过 100 分贝的 80,000 马力西屋同步电机发出的声音而鼓胀。电机直接连接在水泵上方。每个泵-电机组合高 65 英尺,总重 420 吨。

为了防止启动每个电机时可能出现的电压骤降,首先会启动两个电机-发电机(MG)组中的一个。然后,切断外部电源,并将 MG 组连接到泵-电机。当装置以 120 转/分钟锁定在一起时,MG 组重新连接到公用事业系统电源,并将两个装置提升到 600 转/分钟。然后,MG 组用于以每六分钟一台的速度启动下一个电机。

虽然水利项目的运行看似相对顺利,但要走到这一步并非一帆风顺。动物不断掉入渡槽,甚至浪漫的草木也堵塞了格栅,严重阻碍了水流。

大多数涉及人为因素的挫折都促使采取了巧妙的对策。一次,一个排放阀因运输过程中,下方腔体中被困的水结冰而出现大裂缝。后来的阀门设计了排水孔。

阀门故障和罢工。Bill Curry 讲述了一场因 Edmonston 排放管线排水阀设计不当而近乎发生的悲剧。800 psi 的背压——足以将人切成两半——在操作中被降低到 50 psi。但是,当测试阀门时,冲击太大。通向抽水池的管道从混凝土墙中弹出并爆裂,将下层储罐中的所有人淋湿。幸运的是,没有人离得太近而受伤。

劳务纠纷也带来了问题。事实上,在我准备离开南加州时,有人告诉我一些工人计划罢工。

项目联络控制官 Don McKillup 迅速提醒我墨菲定律:凡是可能出错的事情都会出错。

McKillup 说:“很难相信 NASA 克服了所有我们水利项目遇到的困难才到达月球。”但他欣慰地承认,尽管遇到了所有挫折,他们也接近按计划完成。

明年,在其一期工程完工时,加州水利项目将定期将水重新分配给该州南部三分之二的地区,那里占总需求的 60%。作为该国第一个全州范围内的供水项目,耗资 23 亿美元,它将在 21 世纪初继续缓解加州的干渴。

 

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