楊彥龍，池建軍，沈海堯

(國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江 杭州 311122)

堰塞湖是指由于地震、降雨和融雪等原因引起大規(guī)模山體滑坡、泥石流堵塞河道形成的湖泊，與之相應堵塞河道的堆積體稱為堰塞體[1]。堰塞壩缺乏專門的泄水設施時，無控制蓄水會淹沒上游，同時潰壩后洪水會對下游造成重大影響[2]。2008年汶川地震形成256座堰塞湖，對下游居民生命和財產安全造成重大威脅[3- 4]；2010年白龍江泥石流行成堰塞湖，淹沒舟曲縣城[5]；2014年云南魯甸地震形成紅石巖堰塞湖[6]，對下游居民和天花板、黃角樹兩座水電站的安全造成威脅。為降低堰塞湖潰壩洪水影響[7]，通常采取工程措施和非工程措施兩類應急處置方案，工程措施受地質水文條件不明、水陸交通不便或完全中斷、周邊環(huán)境危險、施工時間緊迫等制約，如有不當亦會造成災難性后果[8]。

2018年10月和11月，金沙江右岸江達縣波羅鄉(xiāng)白格村附近發(fā)生兩次滑坡堵江險情，上游江達縣波羅鄉(xiāng)、白玉縣金沙鄉(xiāng)先后被淹沒，同時嚴重威脅下游兩岸人民群眾生命財產安全及梯級水電站工程安全。堰塞湖險情發(fā)生后，國家應急部、水利部、國際能源局等有關部委、四川、西藏和云南各級政府啟動應急響應，堅持底線思維與科學決策并重，經過有關方面的共同努力，采取堰塞體人工排險減少潰壩洪峰，蘇洼龍圍堰拆除避免圍堰潰決風險，梨園水庫放空減少庫區(qū)淹沒，下游梯級水庫應急調度阻斷潰壩洪水傳播等應急處置方案，未造成因堰塞湖潰壩引起的人身傷亡事故，創(chuàng)造了處理大型堰塞湖的奇跡。

1 金沙江白格堰塞湖及下游梯級電站情況

1.1 白格堰塞湖基本情況

白格滑坡體后緣發(fā)育波羅-木協逆沖斷層，滑坡母巖為蛇紋巖、片麻巖夾絹云石英片巖及二云石英片巖及大理巖，巖性較軟，硬度較低，為滑坡的發(fā)育提供了基礎條件[9]。從1966年2月美國KeyHole衛(wèi)星影像可見，該滑坡體中部已有明顯拉裂縫和小規(guī)模滑塌等變形[10]。2015年，該滑坡后緣已形成基本貫通的拉裂面，有明顯的錯臺，2018年2月滑源區(qū)整體變形進一步加劇，2018年8月滑坡源區(qū)已非常破碎，進入臨滑狀態(tài)。金沙江白格滑坡剖面如圖1所示。

圖1 金沙江白格滑坡剖面

2018年10月11日凌晨，金沙江右岸江達縣白格村附近發(fā)生滑坡堵江，滑坡體規(guī)模約1000萬m3，堰塞體順河長約1200m，橫河寬約500m，平均壩高70m。12日17：30，堰塞湖水位超過堰塞體凹槽高程2930.30m后自然過流，當時蓄水量約2.5億m3；12日18：40，泄流槽上下游全線貫通后堰塞體開始潰決，潰壩洪峰發(fā)生在13日凌晨3：00左右，潰壩洪峰流量約1萬m3/s[11]。堰塞湖潰決后形成寬約70m，長約600～800m的河道，殘余堰塞體約有700萬～800萬m3?！?0.11”堰塞湖潰壩洪水于15 日14: 00傳到梨園庫區(qū)，洪峰流量4880m3/s，包括約1100m3/s的區(qū)間天然徑流。

2018年11月3日17：00左右，原殘留的滑坡體再次發(fā)生垮塌[12]，新增200萬m3滑坡體堵塞原堰塞體殘留部分的低洼處，新增滑坡體以塊碎石為主，局部見1～2m的孤石，平均粒徑較原“10.11”滑坡體略大。堰塞體堰頂龍口寬度195m、頂部順江長度273m，實測堰頂埡口高程2966.00m，較“10·11”堰塞體增加約36m。按照當時上游來水流量計算，10天左右堰塞湖蓄滿，庫容預估將達7.7億m3。金沙江白格堰塞湖衛(wèi)星圖如圖2所示。

圖2 金沙江白格堰塞湖衛(wèi)星圖

1.2 下游梯級電站情況

白格堰塞湖下游依次有葉巴灘、拉哇、巴塘、蘇洼龍等在建或籌建水電工程，以及已投運的梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯地拉、觀音巖等水電站，上述6座投運電站當時均已在國家能源局注冊。堰塞湖潰決后，將會對兩岸人民生命財產和下游梯級水電站造成巨大損失，特別是蘇洼龍土石圍堰防洪標準低，若處置不當會引起連潰風險[13]。堰塞湖下游梯級電站概況見表1，金沙江梯級電站規(guī)劃示意圖如圖3所示。

圖3 金沙江梯級電站規(guī)劃示意圖

2 應急處置方案與決策

金沙江“11.3”白格堰塞湖屬大型堰塞湖，危險等別為極高危險，潰決損失為極其嚴重[14]。根據當時來水估算，預計11月10日白格堰塞湖即將漫頂。根據潰壩洪水分析成果，若等堰塞體自由漫頂后潰壩危害極大，采用人工開挖泄洪槽，可有效減小堰塞湖蓄滿庫容和潰壩洪峰流量。應急指揮部有關專家提出3條應急處置建議：①對堰塞體采取人工干預措施，提前開挖泄流槽引流，降低堰塞湖安全風險；②拆除在建蘇洼龍水電站施工圍堰，避免梯級連潰危害；③下庫梯級電站梨園、阿海、金安橋等梯級電站騰庫調蓄洪水，減輕下游防洪壓力。

2.1 堰塞體人工排險方案

金沙江11月份正處于枯水期，上游來流量逐漸減小，為爭取時間人工排險贏得時間。經多方研究，應急指揮部11月5 日決定對堰塞體采取人工干預措施，8日下午挖掘機開至堰塞體頂部，11日完成堰塞體人工泄洪槽挖掘任務。最終開挖的人工泄洪槽頂寬42m，底寬3m，最大開挖深度15m，總長度220m，累計修筑施工便道2.5km，開挖和翻渣累計土石方工程量13.5萬m3。泄洪槽進口渠底部高程約2952.52m，較天然堰塞體蓄滿的總庫容減少近2億m3，減輕了下游潰壩洪水損失風險。

2.2 蘇洼龍水電工程圍堰拆除

蘇洼龍水電站圍堰攔水標準為20年一遇，對應洪峰流量6180m3/s，堰頂高程2432.00m，對應總庫容1.367億m3?！?0·11”堰塞湖潰壩洪水蘇洼龍洪峰流量7700m3/s，對應最高水位2426.341m，距離堰頂高程2432.00m有約5.6m高差，圍堰和導流洞經受了超標準洪水考驗。

根據預測計算結果，堰塞湖潰壩洪水會導致蘇洼龍圍堰漫頂，土石圍堰潰決風險極大。北京院提出了圍堰拆除方案，為降低上游圍堰過水時的上下游水頭差，在上游圍堰拆除完成后，對下游圍堰部分拆除，基坑提前進行充水。11月10日22時完成上游圍堰于破口施工，破口頂部開口寬度120.57m，底部寬度10.89m，底部高程最高點2398.86m，最低點2397.17m。11月10日16時下游圍堰完成破口施工，破口頂部開口寬度108m，底部寬度105m，底部高程最高點2387.00m，最低點2378.78m。

2.3 下游梯級電站騰庫應急調度

梨園水電站校核泄洪流量為17400m3/s，攔河壩為面板堆石壩，漫壩易造成潰決，必須提前騰庫應對風險。故梨園水庫的調度，是本次應急處置的另外一個重點。

根據堰塞湖險情進展情況，長江防總動態(tài)提出金沙江中游梯級水庫應急調度方案，使得梯級電站能夠騰出足夠庫容應對潰壩洪水，全力保障大壩安全，并能減輕下游損失[15]，堰塞湖水位及來流量變化圖如圖4所示。梯級電站應急調度過程如下，11月5日12時發(fā)布64號調度令，要求梨園水電站8日8時水位控制1610.00m以下(應急調度過程如圖5所示)，阿海8日20時水位控制1500.00m以下(應急調度過程如圖6所示)，金安橋10日8時控制水位在1412.00以下(應急調度過程如圖7所示)。7日、9日和10日連續(xù)下達65號、66號和67號調度令，降低梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯地拉和觀音巖等6座電站運行水位。根據11月10日13時發(fā)布的67號調度令，11月12日20時梨園、阿海水庫水位分別按不高于1592.00m、1493.30m控制運行，金安橋、龍開口、魯地拉、觀音巖水庫水位分別按1406.00m、1294.00m、1220.00m、1130.00m左右運行。堰塞湖泄洪槽于11月12日凌晨開展過水，至11月12日14：00，上述梯級水庫共騰出庫容8.07億m3，可用調節(jié)庫容13.0億m3，做好了應對潰壩洪水的準備。根據11月13日20：00運行參數統(tǒng)計，梯級水庫應急調度騰庫情況見表2。

表2 金沙江中游梯級水庫應急調度騰庫情況

圖4 堰塞湖水位及來流量變化圖

圖5 梨園水電站應急調度過程

圖6 阿海水電站應急調度過程

圖7 金安橋水電站應急調度過程

3 人工排險實施效果及評估

3.1 人工排險方案潰壩洪峰演進情況

堰塞湖人工排險，降低了上游淹沒損失和潰壩庫容，減輕了下游淹沒損失。泄流槽約11月12日凌晨開始進水，12日10：50全渠道過流，13日上午8時開始潰決，13日14：00堰塞湖水位達到最高值2956.40m，對應蓄水量約5.78億m3，較人工干預前的蓄滿總庫容減小近2億m3。

本次堰塞湖潰壩流量為33900m3/s(13日18：20)；葉巴灘水電站壩址于13日20：00出現最大洪峰流量28300m3/s；拉哇水電站壩址13日23：15出現最大洪峰流量22000m3/s；巴塘水電站壩址14日1：00出現最大洪峰流量21200m3/s；蘇洼龍電站壩址14日3：50出現最大洪峰流量19800m3/s，由于圍堰及早拆除，未發(fā)生連潰次生災害；奔子欄水文站14日13：15出現最大洪峰流量15700m3/s；由于金沙江石鼓段河道開闊，潰壩洪水淹沒兩岸，河道流速降低，石鼓水文站15日08：40出現最大洪峰流量7170m3/s；由于上游石鼓河段洪峰坦化明顯，梨園水電站15日14：00觀測到最大入庫洪峰流量7200m3/s，洪水重現期不到10年。堰塞湖潰決后各控制斷面洪峰流量如圖8所示。

圖8 堰塞湖潰決后各控制斷面洪峰流量

本次堰塞湖應急處置過程中，主要技術支撐單位均開展了不同方案的潰壩洪水計算，根據各單位預測成果與實際潰壩后觀測情況對比，預測計算成果與實際成果差別較大，多數單位計算的潰壩洪峰偏小，但下游洪峰偏大，尤其是梨園入庫洪峰偏大。分析認為，主要與計算方法，對潰壩機理認識、石鼓河段突然開闊等特性有關。

3.2 潰壩洪水對在建工程影響

(1)葉巴灘電站：潰壩洪水導致壩址出現最大流量28300m3/s，遠超設計校核標準5000年一遇洪峰流量10100m3/s。白格堰塞湖潰壩洪水對下游54km的葉巴灘水電站影響重大，導致右岸導流洞洞內外供電、制漿、排水等設施全部損毀；6#臨時橋至左右岸導流洞便道全部損毀；4#臨時橋至401#公路和7#臨時橋便道(路面、路基及擋護設施)全部損毀；左岸導流洞出口圍堰沖毀；左右岸導流洞洞內充水。在建的葉巴灘水庫總庫容10.87億m3，調節(jié)庫容5.37億m3。根據成都院估算[16]，假若葉巴灘工程投運，在確保下游行洪安全的前提下，2.5天內可以放空至死水位2855m高程，放空率接近53%，放空庫容5.7億m3。若提前將葉巴灘水庫預降至死水位2855m，堰塞湖潰壩后，假定葉巴灘水庫持續(xù)下泄流量3900m3/s繼續(xù)降低水位應急潰壩洪水，庫內最高水位2877m，遠低于壩頂高程2894m，且控制下泄流量對下游不會造成重大損失。由此可見，若是葉巴灘水庫建成，只要合理運用，可以有效控制本次自然災害。

(2)拉哇電站：壩址最大洪峰流量22000m3/s，遠超設計校核標準可能最大洪水洪峰流量11900m3/s；潰壩洪水導致金沙江大橋及左岸連接道路工程上游索橋鋼絲繩、橋臺受損，3號公路受損，上游索橋左、右岸連接道路沖毀，拉哇溝1號路隧洞進水，混凝土系統(tǒng)沖毀，拉哇溝口鋼筋加工場場地沖毀等。

(3)巴塘電站：壩址最大洪峰流量21200m3/s，遠超設計校核標準5000年一遇洪峰流量10500m3/s；右岸場內交通工程1#渣場至右岸炸藥庫道路損毀1.5km，1#渣場損毀等。

(4)蘇洼龍電站：壩址最大洪峰流量19800m3/s，遠超設計校核標準可能最大洪水洪峰流量12500m3/s。潰壩洪水導致大壩上、下游圍堰全部沖毀，防滲墻和振沖樁受損，瀝青拌合系統(tǒng)等臨建設施全部被沖毀；廠房基坑過水，指揮中心、鋼筋場及拌合樓相關附屬設施沖毀嚴重。

3.3 潰壩洪水對梨園電站的影響

梨園水庫15日14：00出現最大入庫流量7410m3/s，潰壩洪水未對電站運行造成較大影響，主要威脅是潰壩洪水帶來的大體積漂浮物和水庫調度過程中庫區(qū)滑坡體風險。

梨園庫區(qū)分布有多個滑坡以及混合堆積體，其中規(guī)模在100萬m3以上的滑坡有三處，為龍門陡坡滑坡、草可都滑坡和興培當滑坡；九處主要混合堆積體規(guī)模巨大，其中念生墾溝堆積體、下咱日堆積體距大壩較近。庫岸穩(wěn)定對水位變化因素較敏感，設計對庫水位變化速率均有控制要求，明確水庫蓄水過程中及蓄水后運行中若出現需降低水位的情況時，應避免水庫水位連續(xù)快速驟降，水位下降速率不超過3m/d。本次應急調度過程中，考慮時間及各類不確定因素，水位降幅最大一天達到8.01m，對庫岸穩(wěn)定不利，但巡查尚未見庫岸失穩(wěn)現象。

4 結論與建議

金沙江白格堰塞湖的成功處置，減輕了上下游淹沒損失，避免了一系列次生災害，保證了下游在運水電工程安全。主要建議有：

(1)控制性調蓄水庫對地質自然災害是有一定控制能力的，對弱化乃至消除不良地質體災害影響、保護下游人民財產和基礎設施有積極作用，建議推動金沙江上游控制性水庫開發(fā)建設。

(2)本次堰塞體泄洪槽過水貫通到開始潰決，經歷了約9小時，潰決時庫水位超過開挖渠底高程3.87m，此時渠內流速才可以啟動沖刷堰塞體顆粒。潰壩洪水預測計算多是按照堰塞體頂高程或開挖底高程對應庫容計算潰壩洪水，對潰壩洪峰成果及潰壩時刻判斷的準確性有一定影響。建議加強對堰塞體潰決機理研究，提升潰壩洪水模擬技術。

(3)水庫水位暴漲爆落，容易造成庫岸失穩(wěn)，水庫應急調度不僅要關注泄洪對下游的影響，同時還要關注水位變化對庫岸的影響。