舟曲白龍江堰塞河道應急除險及防洪工程建設(shè)技術(shù)實踐

王志強

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院 甘肅蘭州 730000）

1 前言

白龍江穿越甘肅舟曲縣城，縣城以上集水面積8955km2。2010年8月7日23時左右，舟曲縣東北部突降特大暴雨，40多分鐘降雨量達97mm，引發(fā)白龍江左岸的三眼峪、羅家峪發(fā)生泥石流，縣城基礎(chǔ)設(shè)施遭到嚴重破壞，在白龍江形成堰塞體。堰塞體順河向總長1500m，最大厚度約10m，方量約150萬m3。堰塞后的白龍江抬高舟曲縣城段水位約10m，水面寬100～120m，水深9m，蓄水量150～200萬m3。這是新中國成立以來發(fā)生的最嚴重的特大山洪泥石流災害，災情之重、傷亡人數(shù)之多、損失之巨、救災難度之大，在甘肅省乃至全國都是罕見的。災情發(fā)生后，黨中央、國務(wù)院高度重視，緊急部署，全力救災。水利部陳雷部長、劉寧副部長坐鎮(zhèn)前方指揮部指揮搶險。

舟曲白龍江堰塞排險與應急疏通主要存在以下問題和困難：一是堰塞體組成物質(zhì)成分復雜，不同于山體滑坡形成的堰塞體，主要由大塊石、樹木、建筑材料甚至整棟樓房組成，堰塞堆積體在水面以下厚約10m，順河長度近1.5km，并形成瓦廠橋、羅家峪、三岔口、三眼峪、城關(guān)橋等多個集中淤高阻塞斷面，河道淤積嚴重；二是作業(yè)面狹小，水下和淤泥質(zhì)軟基上施工難度大。縣城白龍江兩岸建筑多，施工作業(yè)面位于原河床內(nèi)，場地狹窄，江水漫流，且難以跨江到右岸開展施工。浸泡在水下的堰塞體開挖困難，臨岸堰塞體飽水度高、不承重，極易塌陷，若不采取措施，大型機械不能進入開辟作業(yè)面；三是進場條件不利，施工組織困難。泥石流發(fā)生后，城關(guān)橋以上公路被堰塞湖水淹沒，只能從下游到達現(xiàn)場。路面窄，路況差，搶險運輸車輛多，一些道路淤塞，要繞路而行，甚至不清淤不行。現(xiàn)場各種搶險救災隊伍多，相互干擾，施工組織極難。由于災害突發(fā)，應對經(jīng)驗有限，周邊大量征集設(shè)備困難，進場設(shè)備種類和型號復雜，施工配置困難；四是堰塞體上下游水位差小，水力利用條件不足。 堰塞體上下游水位差約10m，且多年月平均流量在140m3/s左右，要想全斷面沖刷河道，水力動量不足，只能靠束窄河床、歸槽水流形成沿程沖刷，以利恢復河道；五是施工正值主汛期，持續(xù)降雨對施工威脅大。汛期降雨多，周邊山體溝道仍有大量不穩(wěn)定體，強降雨有可能引發(fā)新的山洪、滑坡、泥石流災害。同時，上游可能發(fā)生的洪水過程也會影響施工，甚至威脅搶險救災人員生命安全。復雜的堰塞與河槽疏通形態(tài)，以及上游眾多水電站的不間斷運用，對水文監(jiān)測和預報工作也十分不利。

2 應急除險資料的快速獲取與應用

白龍江河道水位流量的監(jiān)測資料是堰塞湖應急除險工程的重要決策依據(jù)。鑒于舟曲水文站已被毀壞無法進行各項水文數(shù)據(jù)的采集和水情的正常報汛，前方指揮部立即啟動應急監(jiān)測方案，水文搶險組首先根據(jù)堰塞湖的具體情況在堰塞湖上游、堰塞體中間的湖面及堰塞體下游的河段設(shè)立了3組臨時水尺斷面，分別為鎖兒頭電站橋斷面（上斷面）、城江橋斷面（中斷面）和瓦廠橋斷面（下斷面）。在3個斷面同時按24段次進行應急水位觀測，后期為每天早上6∶00至晚上20∶00，每小時觀測一次。流量數(shù)據(jù)借用搶險部隊的沖鋒舟采用ADCP采集，每天測流3次。

規(guī)劃設(shè)計組緊急調(diào)用甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)、測量隊伍，每天進行水下地形測量，對堰塞體的物質(zhì)組成及工程地質(zhì)特征作出快速判定，為排險與應急疏通方案的制定提供基礎(chǔ)資料。

3 除險與應急疏通方案

按照“安全、科學、迅速”的原則，采取開挖深槽束水泄流和沿程沖刷降低水位的方法，人工處置和水力沖刷相結(jié)合，進行堰塞江段排險和河道應急疏通。

堰塞體排險及河道應急疏通工作分為四個階段：一是采取挖爆結(jié)合的措施，迅速排除堰塞體潰決險情，確保下游人民群眾生命財產(chǎn)安全；二是采取挖、爆、沖相結(jié)合的措施，盡快實施淤積江段應急疏通工程，消除城江橋至瓦廠橋河段的淤堵，降低上游水位2～3m，實現(xiàn)“窄河、深槽、急流”的河形河勢，并從右岸將施工道路穿過城江橋推進到上游；三是全力消除城江橋上游河段淤堵，盡快宣泄上游存蓄水量，使上游水位降低5～6m，露出濱河路和街區(qū)，313省道舟曲段恢復通行，為受災群眾重返家園及災后重建創(chuàng)造條件；四是實施河道綜合治理與防洪工程建設(shè)，恢復河道過流斷面，提高縣城防洪保安標準。

堰塞體排險工程計劃工期5天，應急疏通工程計劃工期約18天。8月8～12日進行堰塞體排險，完成第一階段的目標；13～20日降低堰塞湖上游水位2～3m，完成第二階段目標；21～31日降低堰塞湖上游水位5～6m，完成第三階段目標；隨后連續(xù)實施第四階段工作。由于時值主汛期，為確保作業(yè)安全，實施時應根據(jù)實際的水、雨情況，對施工進度合理調(diào)整。

3.1 堰塞體除險

白龍江堰塞體高度小、底寬大，在不過流的情況下是穩(wěn)定的。模擬分析堰塞體漫頂后潰決的初步計算結(jié)果表明：假設(shè)堰塞體分別在0.5h、1h和2h內(nèi)全潰，相應的洪峰流量分別為1660m3/s、830m3/s和416m3/s；假設(shè)堰塞體以瞬間1/3潰、1/2潰和全潰的方式潰決，相應洪峰流量分別為670m3/s、1450m3/s和4100m3/s。即出現(xiàn)0.5h全潰和1/2瞬間潰決及更惡劣情況，潰決流量將超過河道20年一遇安全泄量897m3/s。若堰塞體全部在行洪水面以下且經(jīng)過較長時間沖刷，則堰塞體呈現(xiàn)沖刷破壞形式，將不會潰決。由于災害的突發(fā)性且時值主汛期，災區(qū)存在強降雨的可能性。再者，工程措施解除險情需要一定的時間，不能排除堰塞體在漫頂后短時間內(nèi)發(fā)生潰決的風險。根據(jù)“除險與避險相結(jié)合”的處置原則，制定堰塞湖下游影響區(qū)人員轉(zhuǎn)移避險方案。至8月8日晚，舟曲下游隴南市宕昌、武都、文縣三縣，緊急疏散轉(zhuǎn)移白龍江沿岸危險區(qū)域人員1.94萬人，確保了人民群眾生命安全。

堰塞體寬70～120m，主體段位于城江大橋（亦稱南橋）和瓦廠橋之間，長約610m。主要由碎塊石組成，并夾帶大量毀損建筑等，其中碎塊石含量約50%。擬定堰塞江段排險工程措施為挖爆結(jié)合，以挖為主。工程措施包括打通瓦廠橋過流通道，在瓦廠橋進行堰塞物質(zhì)掏挖，并同時對高出水面及水面下一定深度內(nèi)的堰塞體進行爆破清除。瓦廠橋為三跨共75m簡支梁公路橋，泥石流入江后，橋孔全部堵塞，成為最嚴重的阻水斷面，也是除險的控制斷面。因此，在瓦廠橋布設(shè)多臺挖掘機連續(xù)不間斷掏挖疏通堵塞橋孔的同時，于8月8日晚開始對中孔橋面實施了多次貼藥爆破，至10日下午，河道過流能力基本達到了該江段8月份平均來流量124m3/s，堰塞湖險情基本解除。

3.2 河道應急疏通

在堰塞體清挖、河道應急疏通的方式上，經(jīng)比較，選用反鏟挖掘機開挖泄流渠。確定泄流渠基本斷面為梯形，底寬20m，縱坡3‰，兩側(cè)邊坡1∶1.5。由于當時僅左岸有進場條件，且大部分主流在左側(cè)，因此泄流渠在平面上靠河床左側(cè)，依河流河勢布置。依據(jù)階段目標，開挖斷面分兩步實施：第一步，進口段三眼峪部位開挖深度為4.0m，按南橋斷面水位降低2～3m控制（以8月13日8∶00 時 水 位1308.88m 起 算，調(diào) 整 后 基 面為1289.85m）；第二步，在原開挖斷面基礎(chǔ)上，逐步將泄流渠進口段三眼峪部位開挖深度增加至7.0m，平面位置隨河勢和開挖作業(yè)動態(tài)調(diào)整，按南橋斷面水位降低5～6m，白龍江右岸濱河路露出水面0.5m控制。泄流渠總長930m，其中，南橋以上220m、南橋至瓦廠橋610m、瓦廠橋以下100m。泄流渠第一步開挖工程量9.5萬m3，第二步開挖工程量10.5萬m3，開挖總工程量20萬m3。在確保施工安全的前提下，根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整泄流渠的平面與斷面設(shè)計，并實時調(diào)整施工方法以及設(shè)備布設(shè)和作業(yè)時段。泄流渠開挖全部為水下作業(yè)，采用1.2～1.6m3反鏟掏挖。

由于堰塞體承載能力極低，設(shè)備極易下陷，需鋪設(shè)路基箱，并隨后用在河床中挖取的砂石料換基鋪設(shè)作業(yè)平臺保證正常作業(yè)。從左岸進行泄流渠開挖的施工順序為：鋪設(shè)路基箱→挖機進場→換基筑填便道→進行丁字堰施工→在丁字堰下游鋪填經(jīng)淘洗的石渣形成路基，使挖機能到距泄流渠左側(cè)開口線10m左右的河道內(nèi)施工→依次向上下游方向延伸，同時進行泄流渠開挖。開挖渣料主要作為換基料鋪路，多余料用15～20t自卸車外運至左岸下游渣場。從右岸進行泄流渠開挖的施工順序為：設(shè)備先經(jīng)瓦廠橋上架設(shè)的軍用便橋過到右岸→然后修筑施工便道到達泄流渠右側(cè)開口線→從下游向上游進行作業(yè)平臺鋪填和泄流渠開挖。右岸施工不修筑丁字堰，開挖渣料不外運。為防止漂浮物堵塞過流孔，采用機械清除上游和施工區(qū)域河道內(nèi)的漂浮物。

至8月20日下游瓦廠橋3m×25m橋孔全部疏通過流，瓦廠橋至城江橋下河段形成了“窄河、深槽、急流”的河形河勢。右岸施工道路已穿過城江橋推進到上游，上游水位下降2～3m的第二階段目標已經(jīng)完全實現(xiàn)。27日開始，部隊打通城江橋上游左岸的施工通道，實現(xiàn)了淤堵河段兩岸全線同步開挖，形成了較為穩(wěn)定的泄流能力。至30日12時，已開挖形成長約1.2km、寬約60m、深8～9m、縱坡約3‰的“窄河、深槽、急流”的泄流渠，并經(jīng)過了316m3/s下泄洪峰流量的檢驗。淤堵河段已全線疏通，上游存蓄水量安全下泄，河道應急疏通泄流的任務(wù)全面完成，第三階段目標順利實現(xiàn)。

4 白龍江堰塞河道綜合治理與防洪工程建設(shè)

以恢復舟曲縣城防洪能力為重點，在堰塞湖除險和河道應急疏通的基礎(chǔ)上，進一步提高河道防洪能力，達到災后重建的防洪標準。按照災后重建的總體要求，繼續(xù)清除河道淤積物，疏通河道，基本恢復河道原行洪斷面，重建和修復城區(qū)段堤防，以防洪規(guī)劃等已有規(guī)劃成果為基礎(chǔ)，考慮城市近遠期發(fā)展，完善縣城的防洪減災體系，為打造舟曲綠色生態(tài)城市提供防洪安全保障。

白龍江堰塞河道治理堅持了五個原則：一是與城市災后重建總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，并結(jié)合穿堤建筑物、排水建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施進行綜合治理；二是穩(wěn)定河勢，因害設(shè)防，兼顧左右，重點治理；三是因勢利導，因地制宜，利用現(xiàn)有節(jié)點，堤、林、路結(jié)合，工程防護與生態(tài)防護結(jié)合，防沖固岸；四是充分利用現(xiàn)有工程，盡量減少征地拆遷；五是充分考慮河床的泄洪能力，利用河流本身能量消除淤積，保證泄洪通暢。

根據(jù)GB50201—94《防洪標準》的規(guī)定，城市按其社會經(jīng)濟地位的重要性或非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量分級。舟曲縣城防洪標準應為20～50年一遇。鑒于該河段是滑坡和泥石流多發(fā)區(qū)域，有三眼峪、羅家峪等山洪溝道穿越城區(qū)，且白龍江干流發(fā)生過洪峰流量1100m3/s的大洪水（1935年），推薦舟曲縣城白龍江干流防洪標準采用50年一遇，相應洪水流量為1130m3/s。依照50年一遇洪水的設(shè)防標準，確定舟曲縣城段防洪堤按3 級堤防，穿堤建筑物按3 級建筑物，臨時建筑物按5 級建筑物設(shè)計。城區(qū)段左岸原有堤防是不同時期分段建成的各種形式的堤防，設(shè)防標準偏低，再加上受本次特大山洪泥石流災害影響，防洪堤和護岸受到不同程度的損毀。因此，本次整治考慮對城區(qū)段左岸損毀堤防和護岸進行拆除并新建，長度3.1km，范圍大致位于鎖兒頭橋至瓦廠橋之間。右岸防洪堤僅按局部損毀修復考慮，累計長度為0.4km。

5 結(jié)論

舟曲縣城“8.8”特大山洪泥石流沖入白龍江形成的堰塞體具有體積巨大、速度快、危害大等特點，基本特征不同于滑坡成因的堰塞體。如何迅速排除堰塞湖潰決險情，確保下游人民群眾生命財產(chǎn)安全，盡快實施白龍江應急疏通工程，疏通河道，排放堰塞湖存水，降低河道水位，為受災群眾盡快返回家園以及河道整治、災后重建創(chuàng)造條件，任務(wù)迫切。堰塞河道有關(guān)地形地質(zhì)、水情等資料的快速獲取與應用，對應急除險和堰塞河道“窄河、深槽、急流”的疏通方案的制定至關(guān)重要。

舟曲白龍江堰塞河道除險與應急疏通、河道綜合治理防洪工程的成功實施，為我國處置大方量水下堰塞體、大規(guī)模山洪泥石流淤堵河道疏通提供了成功范例。實踐證明，采用以長臂挖掘機開挖為主，局部爆破的挖、爆、沖結(jié)合的綜合措施，并合理設(shè)計泄流槽的深度、寬度以控制水流下泄流速，沖刷淤積體的應急除險方案是合理可行的，可以有效提高搶險效率、節(jié)約時間、降低損失，對于其它類似工程具有一定借鑒意義。