蘇洼龍水電站遭遇白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施

（中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司，北京市 100024）

0 引言

2018年10月11 日，西藏自治區(qū)昌都市江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格村境內(nèi)金沙江右岸發(fā)生山體滑坡，滑坡體堵塞金沙江形成“10·11”白格堰塞湖。2018年11月3日，“10·11”白格滑坡的殘余滑坡體再次下滑，堵塞泄流槽后形成“11·3”白格堰塞湖。

兩次白格堰塞湖災(zāi)害發(fā)生期間，堰塞湖下游的金沙江上游河段正在建設(shè)葉巴灘、拉哇、巴塘及蘇洼龍水電站，其中蘇洼龍水電站上、下游圍堰已完建，正處于主體工程建設(shè)高峰期。由于蘇洼龍水電站上游圍堰的攔蓄作用，白格堰塞湖潰決洪水對蘇洼龍水電站庫區(qū)、工程區(qū)及電站下游河道的影響已與天然河道差異很大。目前國內(nèi)經(jīng)過紅石巖、唐家山等堰塞湖應(yīng)急處置[1～4]，對堰塞湖的應(yīng)急處置已積累了不少經(jīng)驗，但在大江大河上的大型水電工程施工期遭遇堰塞湖災(zāi)害的案例國內(nèi)幾乎沒有，本文對蘇洼龍水電站遭遇白格堰塞湖災(zāi)害的應(yīng)對措施進(jìn)行介紹。

1 蘇洼龍水電站概況

1.1 工程概況

蘇洼龍水電站為金沙江上游水電規(guī)劃13個梯級電站的第10級，位于白格堰塞湖下游，距離約224km。水庫正常蓄水位2475m，庫容6.74億m3，裝機(jī)容量1200MW，為一等大（1）型工程。樞紐建筑物主要由瀝青混凝土心墻堆石壩、右岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系統(tǒng)、左岸地面廠房等建筑組成。蘇洼龍水電站計劃于2020年12月底首臺機(jī)組發(fā)電。

1.2 施工導(dǎo)流設(shè)計

1.2.1 導(dǎo)流方式及導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

蘇洼龍水電站施工導(dǎo)流采用圍堰一次攔斷河流、隧洞泄流、基坑內(nèi)全年施工的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用全年20年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量6180m3/s。

1.2.2 導(dǎo)流隧洞及泄洪放空洞布置

導(dǎo)流隧洞洞身斷面型式為城門洞型，襯砌后斷面尺寸為15m×19m（寬×高），洞身長896.53m（含明洞段），進(jìn)口底板高程2379m，出口底板高程2367m。

泄洪放空洞采用有壓接無壓型式，工作閘門尺寸9m×6.3m，洞身長706.79m，進(jìn)口底板高程2410m。

1.2.3 上、下游圍堰設(shè)計

（1）上游土石圍堰設(shè)計

上游土石圍堰堰頂高程2432m，對應(yīng)庫容1.37億m3，堰頂寬10m，最大堰高50m，堰頂軸線長約403.89m。圍堰上、下游邊坡坡比分別為1：2.5和1：1.5，堰體部分與壩體結(jié)合。圍堰堰體和堰基采用復(fù)合土工膜斜墻+塑性混凝土防滲墻防滲。塑性混凝土防滲墻厚度為1m，最大深度為85.5m。

（2）下游土石圍堰設(shè)計

下游土石圍堰堰頂高程2396m，頂寬10m，最大堰高15m，堰頂軸線長約405.17m。圍堰迎水面和背水面邊坡坡比分別為1：1.75和1：1.5。圍堰堰體和堰基采用復(fù)合土工膜直心墻+懸掛式塑性混凝土防滲墻防滲。塑性混凝土防滲墻厚度為0.8m，防滲墻底高程2342.00m，最大深度45m。施工導(dǎo)流布置見圖1。

1.3 白格堰塞湖發(fā)生前工程施工形象

蘇洼龍水電站于2017年11月完成大江截流，上、下游圍堰于2018年5月底完建。“10·11”白格堰塞湖發(fā)生前，攔河壩基坑開挖已基本完成，基礎(chǔ)混凝土防滲墻正處于槽孔開挖向混凝土澆筑過渡，壩基振沖碎石樁施工正處于高峰期；地面廠房基坑開挖接近尾聲，正向混凝土澆筑轉(zhuǎn)序。

2 蘇洼龍水電站遭遇白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施

2.1 應(yīng)對措施制定原則

（1）“10·11”白格堰塞湖形成后，堰塞湖水位上升速度快，估算堰塞體蓄滿時間約41h，堰塞湖潰決洪水傳遞至蘇洼龍壩址約12個h，蘇洼龍水電站進(jìn)行應(yīng)對措施制定及實(shí)施的時間約2天左右，時間非常短。因此，蘇洼龍水電站應(yīng)對白格堰塞湖措施以最大程度降低庫區(qū)、工程區(qū)及下游受災(zāi)損失為原則，主要采取撤離避險工程與非工程措施。

（2）“11·03”白格堰塞湖形成后，堰塞體潰決洪水規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“10·11”白格堰塞湖，但由于堰塞體前入庫流量小且堰塞體庫容大，堰塞體蓄滿時間較長，堰塞體具備進(jìn)行人工干預(yù)的條件，蘇洼龍水電站進(jìn)行應(yīng)對措施制定及實(shí)施的時間也較長。因此，蘇洼龍水電站應(yīng)對白格堰塞湖措施結(jié)合白格堰塞體的處理情況，以不增加下游河道的防洪壓力為原則，對上、下游圍堰進(jìn)行破拆處理措施。

2.2 “10·11”白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施

2.2.1 “10·11”白格堰塞湖潰決洪水演進(jìn)分析

“10·11”白格堰塞湖形成到潰決洪水經(jīng)過蘇洼龍水電站，分兩個階段進(jìn)行潰決洪水演進(jìn)分析。

（1）第一階段：白格堰塞湖潰決前，估算潰決洪水至蘇洼龍水電站壩址入庫洪峰流量和傳播時間。

堰塞湖潰壩模擬及洪水演進(jìn)分析[5][6]是制定應(yīng)對措施的基礎(chǔ)，目前潰壩模型大多是經(jīng)驗性的，沒有一個被普遍認(rèn)可的潰壩模型。由于蘇洼龍水電站壩址距離白格堰塞湖約224km，白格堰塞湖發(fā)生后，在短時間內(nèi)無法收集到白格堰塞湖的規(guī)模、形態(tài)及堰塞湖至蘇洼龍水電站壩址區(qū)間的地形資料，因此，依據(jù)上游在建水電站提供的潰口洪峰和潰決下泄水量，采用經(jīng)驗公式估算了潰決洪水演進(jìn)至蘇洼龍壩址處的入庫洪峰流量。潰壩洪水傳播時間采用黃河水利委員會水利科學(xué)研究所根據(jù)實(shí)驗求得的潰壩傳播時間公式計算。

由經(jīng)驗公式估算的洪峰流量疊加當(dāng)時的入庫流量（基流）得潰堰洪水演進(jìn)至蘇洼龍壩址的入庫洪峰流量，不同白格堰塞湖潰口方案估算蘇洼龍水電站壩址的入庫洪峰流量分別為4610m3/s、5140m3/s、5490m3/s和6100m3/s，潰口到蘇洼龍水電站壩址的傳播時間為11.2h～11.6h。各方案對應(yīng)的蘇洼龍水電站壩址入庫洪峰流量均小于圍堰設(shè)計洪峰流量6180 m3/s，上游圍堰最高擋水位均低于堰頂高程2432m，判斷白格堰塞湖潰決洪水不會造成上游圍堰漫頂過水。

（2）第二階段：白格堰塞湖自然過流，潰決洪水尚未演進(jìn)至蘇洼龍壩址。

白格堰塞湖自然過流后，參照上游葉巴灘水電站壩址潰決洪水過程線和巴塘水文站潰決洪水起漲過程，考慮蘇洼龍水電站壩址最大入庫洪峰為7700m3/s、8500m3/s、9000m3/s和9500m3/s四種工況，擬合入庫洪水過程線進(jìn)行調(diào)洪演算。結(jié)果表明，各種工況下，上游圍堰最高擋水位均低于2432m，判斷本次潰決洪水不會造成上游圍堰漫頂，但有可能處于過流的臨界狀態(tài)。

2.2.2 “10·11”白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施

（1）根據(jù)蘇洼龍水電站壩址處的入庫洪水分析成果，上游圍堰滿足抵擋潰決洪水能力。考慮白格堰塞體潰決的不可預(yù)知性，為提高圍堰的防洪設(shè)計能力，上游圍堰采用堰頂上設(shè)置子堰。為便于現(xiàn)場快速施工，子堰采用黏土方案，子堰高2m，頂寬4m，兩側(cè)邊坡1：1.3。

（2）為確保工程區(qū)人員安全，蘇洼龍水電站臨江所有作業(yè)面人員、設(shè)備全部撤離至安全位置。

（3）庫區(qū)2442m高程以下人員撤離至安全地帶，并加強(qiáng)預(yù)警和巡視。

（4）白格堰塞湖潰決洪水造成庫區(qū)及工程區(qū)可能發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害的部位，人員撤離至安全地帶，并加強(qiáng)預(yù)警和巡視。

（5）考慮上游白格堰塞體潰決的不可預(yù)知性，一旦上游圍堰潰堰，對基坑及下游帶來重大災(zāi)害和損失。上游圍堰按堰體1/2潰決方式，提出上游圍堰潰決后出庫洪峰流量及下游2km內(nèi)的河床水位，下游安麥西村、沿江施工場地做好人員撤離應(yīng)急準(zhǔn)備。

2.3 “11·03”白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施

2.3.1 “11·03”白格堰塞湖潰決洪水演進(jìn)分析

“11·03”白格堰塞湖潰決洪水演進(jìn)分析為3個方面內(nèi)容：

圖1 施工導(dǎo)流布置圖Figure 1 Construction diversionplan

（1）依據(jù)“10·11”潰決洪水演進(jìn)至蘇洼龍水電站的入庫流量過程為典型，采用洪量倍比進(jìn)行放大推求不同工況下的蘇洼龍水電站壩址的入庫洪水過程線，其中洪水過程為16.5h，洪峰出現(xiàn)時間為3.5h。以此分析上游圍堰是否滿足擋水條件。

（2）擬定若干白格堰塞體人工干預(yù)方案，依據(jù)“10·11”潰決洪水演進(jìn)至蘇洼龍電站的入庫流量過程為典型，采用洪量倍比進(jìn)行放大推求若干蘇洼龍水電站壩址的入庫洪水過程線，根據(jù)上游圍堰的極限防洪能力，提出白格堰塞體人工干預(yù)處理要求。

（3）開展蘇洼龍水電站上游圍堰潰堰洪水計算，分析上游圍堰潰決后的洪水疊加效應(yīng)，并提出上游圍堰破口方案。

2.3.2 “11·03”白格堰塞湖應(yīng)對措施

2.3.2.1 上、下游圍堰

根據(jù)“11·3”白格堰塞湖潰決洪水演進(jìn)分析結(jié)果，白格堰塞體發(fā)生1/2潰決工況下，蘇洼龍水電站上游圍堰堰前最高水位為2448.35m，高于堰頂高程2432m達(dá)16.35m。由于上游圍堰堰頂寬度僅10m，圍堰加高高度有限，難于抵擋此工況下的洪水，上游圍堰遭遇白格堰塞體潰決洪水時將形成漫頂潰決狀況。

（1）上游圍堰防護(hù)方案可行性分析。

設(shè)計對上游圍堰防護(hù)方案的可行性進(jìn)行了分析，在遭遇白格堰塞體潰決洪水時，假定蘇上、下游圍堰均不潰決，堰頂堰面不破壞，上游圍堰過流后堰前最高水位2437.78m，基坑內(nèi)水位2402.83m，上游圍堰的下游堰面最大流速約23m/s，遠(yuǎn)大于石渣或堆石抗沖流速，采取臨時防護(hù)措施也難以做到不破壞，因此，圍堰防護(hù)方案不可行。

（2）白格堰塞體人工干預(yù)處理可行性分析。

設(shè)計對白格堰塞體人工干預(yù)處理的可行性進(jìn)行了分析，依據(jù)上游圍堰最大擋水能力，若想保上游圍堰，必須降低白格堰塞體潰決時的水位，以降低其蓄水庫容及潰決時突發(fā)洪水規(guī)模。經(jīng)測算分析，若使上游圍堰最高擋水位不超過2432m，則對白格堰塞體人工干預(yù)要求為：白格堰塞體潰決的總水量不超過4億m3，堰塞體潰決時水位不超過2943m。

根據(jù)現(xiàn)場反饋的道路等施工條件，白格堰塞體從頂高程2966m降到2432m，在短時間內(nèi)實(shí)施人工干預(yù)達(dá)到上述目標(biāo)難度較大，因此，上游白格堰塞體實(shí)施人工干預(yù)處理的方案也不可行。

（3）圍堰破口方案。

考慮上游圍堰堰頂高程2432m對應(yīng)的庫容約為1.37億m3，一旦圍堰過水發(fā)生潰堰，對下游防洪將帶來更不利影響。經(jīng)分析，上游圍堰在不破口情況下，按照圍堰堰體“全潰”“2/3潰決”和“1/2潰決”三種潰決方式進(jìn)行了潰堰分析，上游圍堰在堰體“全潰”“2/3潰決”的情況下，潰堰后下泄總流量均大大超過了白格堰塞體1/2潰決狀況形成的蘇洼龍水電站壩址處入庫洪峰流量28200m3/s，疊加效應(yīng)明顯。因此，為減輕上游圍堰潰決洪水對下游的影響，應(yīng)對上游圍堰采取主動破口，開挖泄流槽[7][8]措施。

1）上游圍堰坡口位置的選擇。上游圍堰所在河段受地形影響，河道發(fā)生轉(zhuǎn)彎，金沙江主流偏向右岸。為降低上游圍堰過流后的破壞范圍，以便于后期的圍堰復(fù)建，設(shè)計將坡口位置布置在主河道處。

2）上游圍堰坡口深度的選擇。經(jīng)對上游圍堰不同破口方案（破口開挖泄流槽深度15m、25m、33m）的潰決洪水進(jìn)行了分析，最終推薦泄流槽深度33m（破口底高程2399m）方案，泄流槽斷面為梯形復(fù)合斷面，底寬10m，兩側(cè)邊坡1：1.5。下游圍堰破口底高程為2387m高程，以滿足基坑充水要求。

2.3.2.2 大壩及廠房基坑。

壩基防滲墻，槽孔保護(hù)采用石渣料回填至施工平臺高程，然后在其上部整體回填不小于3m厚的石渣料進(jìn)行覆蓋保護(hù)。

廠房4號機(jī)混凝土采用麻袋對混凝土面進(jìn)行全面覆蓋，然后在表面及四周采用黏土袋碼放一層，最后再采用砂礫石料或細(xì)石渣料進(jìn)行全面覆蓋，覆蓋厚度不小于2m。

2.3.2.3 其他。

蘇洼龍水電站工程區(qū)臨江所有作業(yè)面人員、設(shè)備全部撤離至安全位置。庫區(qū)2442m高程以下人員撤離至安全地帶，并加強(qiáng)預(yù)警和巡視。白格堰塞湖潰決洪水造成庫區(qū)及工程區(qū)可能發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害的部位，人員撤離至安全地帶，并加強(qiáng)預(yù)警和巡視。

3 應(yīng)對措施實(shí)施過程與效果

3.1 “10·11”白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施實(shí)施及過流情況

10月11日12時，蘇洼龍水電站工程區(qū)臨江所有作業(yè)面人員、設(shè)備全部撤離至安全位置。

10月12日17：15 白格堰塞體開始自然過流，10月13日6：00潰口出庫流量達(dá)到最大值約10000m3/s，10月13日14：30分基本退至基流。

10月13日14：50 ，蘇洼龍水電站壩址入庫流量由基流460 m3/s漲至2200m3/s，18：30達(dá)到洪峰流量7800m3/s，超過100年一遇洪水峰值，之后入庫流量緩慢減退，但圍堰堰前水位持續(xù)上漲，至22：10圍堰堰前水位達(dá)到最高值2426.34m，10月14日12：00入庫流量退到2000 m3/s左右。蘇洼龍水電站最大出庫流量5657m3/s，相當(dāng)于10年一遇洪水峰值。

“10·11”白格堰塞湖潰決洪水從潰口至蘇洼龍水電站壩址傳播時間約11.5h，平均流速約5.4m/s。

上游圍堰成功抵擋了“10·11”白格堰塞湖潰決洪水，大壩及廠房基坑未受損失，經(jīng)過上游圍堰的調(diào)蓄作用，出庫洪峰流量由100年一遇降低到10年一遇，降低了下游河道的防洪壓力。

3.2 “11·3”白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施實(shí)施及過流情況

上游圍堰于11月7日0：07開始破口施工，于11月10日22：10完成。實(shí)測破口開挖成形斷面：頂部開口寬度120.57m，底部寬度10.89m，底部高程最高點(diǎn)EL.2398.86，最低點(diǎn)EL.2397.17。下游圍堰于11月8日1：40開始破口施工，于11月10日16：06完成作業(yè)。實(shí)測破口成形斷面：頂部開口寬度108m，底部寬度105m，底部高程最高點(diǎn)EL.2387，最低點(diǎn)EL.2378.78。

“11·3”白格堰塞湖采取人工干預(yù)開挖泄流槽后，11月12日10：50泄流槽開始過流，11月13日18點(diǎn)潰口最大出庫流量達(dá)到31000m3/s，11月14日8：30基本退至基流。

11月14日1：30 ，蘇洼龍水電站壩址入庫流量由基流452 m3/s漲至1910m3/s，隨著水位不斷上漲，在洪水的沖擊下上游圍堰破口不斷垮塌，潰口逐漸變大，2：25上游圍堰堰前水位達(dá)到最高值2417.6m，隨后水位迅速下降，但入庫流量依然迅猛上升，至3：50入庫洪峰達(dá)到最高值19800m3/s，11月14日8：00流量退到10000 m3/s以下，11月15日3：00流量減小到2000 m3/s以下。本次洪水過程入庫洪峰流量超過了蘇洼龍水電站PMF設(shè)計洪峰流量12500m3/s。

“11·3”白格堰塞湖潰決洪水從潰口至蘇洼龍水電站壩址傳播時間約9.8h，平均流速約6.3m/s，洪水傳播速度高于“10·11”白格堰塞湖。上游圍堰從破口開始過流至出現(xiàn)洪峰流量約2h。

洪水過后，上游圍堰沖毀寬度約285m（圍堰軸線長約403m），其中左岸殘留堰體堰頂長度約82m，沖刷側(cè)邊坡坡比約1：0.8，右岸殘留堰體堰頂長度約36m，沖刷側(cè)邊坡坡比約1：1，殘留堰體頂部及上游側(cè)均分布多條拉裂縫。混凝土防滲墻蓋帽約150m范圍破壞嚴(yán)重，蓋帽被沖走，下部防滲墻頂部被破壞，部分防滲墻蓋帽未沖毀段，錨固的土工膜已被拉斷。下游圍堰損壞情況比上游圍堰略輕，沖毀寬度約219m（圍堰軸線長約405m）。防滲墻蓋帽約30m范圍被沖走，下部防滲墻頂部被破壞。

大壩基坑基本被淤平，淤積頂高程約2396m，超出大壩建基面2370m約26m。廠房基坑內(nèi)水位約為2386.50m，高于基坑最低部位約為34.5m，淤積厚度約為20m。裝卸間墻體鋼筋全部損壞。

“11·3”白格堰塞湖潰決洪水按預(yù)期通過了蘇洼龍水電站，上游圍堰采取破口措施，未造成洪水疊加效應(yīng)。

圖2 上游圍堰（洪水前）Figure 2 Upstream cofferdam （before flood）

圖3 上游圍堰（洪水后）Figure 3 Upstream cofferdam （after flood）

圖4 大壩基坑（洪水前）Figure 4 The dam foundation pit（before flood）

圖5 大壩基坑（洪水后）Figure 5 The dam foundation pit（after flood）

4 結(jié)語

“10·11”和“11·03”白格堰塞湖潰決洪水在蘇洼龍水電站壩址的入庫洪峰流量遠(yuǎn)大于施工導(dǎo)流設(shè)計流量，為降低工程經(jīng)濟(jì)損失，確保現(xiàn)場人員及設(shè)備安全，并有效減輕下游河段的防洪壓力，蘇洼龍水電站遭遇白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施綜合分析了兩次白格堰塞湖的規(guī)模、蘇洼龍水電站上游圍堰的防洪能力、圍堰潰決造成的洪水疊加效應(yīng)及工程應(yīng)對措施實(shí)施的可行性，分別提出了利用上游圍堰擋水和圍堰主動坡口兩種不同的應(yīng)對措施。實(shí)踐證明蘇洼龍水電站遭遇兩次白格堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對方案合理、可靠，可為水電工程遭遇堰塞湖災(zāi)害應(yīng)對措施提供借鑒和參考。