舟曲白龙江堰塞河道应急除险及防洪工程建设技术实践

王志强

（甘肃省水利水电勘测设计研究院 甘肃兰州 730000）

1 前言

白龙江穿越甘肃舟曲县城，县城以上集水面积8955km2。2010年8月7日23时左右，舟曲县东北部突降特大暴雨，40多分钟降雨量达97mm，引发白龙江左岸的三眼峪、罗家峪发生泥石流，县城基础设施遭到严重破坏，在白龙江形成堰塞体。堰塞体顺河向总长1500m，最大厚度约10m，方量约150万m3。堰塞后的白龙江抬高舟曲县城段水位约10m，水面宽100～120m，水深9m，蓄水量150～200万m3。这是新中国成立以来发生的最严重的特大山洪泥石流灾害，灾情之重、伤亡人数之多、损失之巨、救灾难度之大，在甘肃省乃至全国都是罕见的。灾情发生后，党中央、国务院高度重视，紧急部署，全力救灾。水利部陈雷部长、刘宁副部长坐镇前方指挥部指挥抢险。

舟曲白龙江堰塞排险与应急疏通主要存在以下问题和困难：一是堰塞体组成物质成分复杂，不同于山体滑坡形成的堰塞体，主要由大块石、树木、建筑材料甚至整栋楼房组成，堰塞堆积体在水面以下厚约10m，顺河长度近1.5km，并形成瓦厂桥、罗家峪、三岔口、三眼峪、城关桥等多个集中淤高阻塞断面，河道淤积严重；二是作业面狭小，水下和淤泥质软基上施工难度大。县城白龙江两岸建筑多，施工作业面位于原河床内，场地狭窄，江水漫流，且难以跨江到右岸开展施工。浸泡在水下的堰塞体开挖困难，临岸堰塞体饱水度高、不承重，极易塌陷，若不采取措施，大型机械不能进入开辟作业面；三是进场条件不利，施工组织困难。泥石流发生后，城关桥以上公路被堰塞湖水淹没，只能从下游到达现场。路面窄，路况差，抢险运输车辆多，一些道路淤塞，要绕路而行，甚至不清淤不行。现场各种抢险救灾队伍多，相互干扰，施工组织极难。由于灾害突发，应对经验有限，周边大量征集设备困难，进场设备种类和型号复杂，施工配置困难；四是堰塞体上下游水位差小，水力利用条件不足。 堰塞体上下游水位差约10m，且多年月平均流量在140m3/s左右，要想全断面冲刷河道，水力动量不足，只能靠束窄河床、归槽水流形成沿程冲刷，以利恢复河道；五是施工正值主汛期，持续降雨对施工威胁大。汛期降雨多，周边山体沟道仍有大量不稳定体，强降雨有可能引发新的山洪、滑坡、泥石流灾害。同时，上游可能发生的洪水过程也会影响施工，甚至威胁抢险救灾人员生命安全。复杂的堰塞与河槽疏通形态，以及上游众多水电站的不间断运用，对水文监测和预报工作也十分不利。

2 应急除险资料的快速获取与应用

白龙江河道水位流量的监测资料是堰塞湖应急除险工程的重要决策依据。鉴于舟曲水文站已被毁坏无法进行各项水文数据的采集和水情的正常报汛，前方指挥部立即启动应急监测方案，水文抢险组首先根据堰塞湖的具体情况在堰塞湖上游、堰塞体中间的湖面及堰塞体下游的河段设立了3组临时水尺断面，分别为锁儿头电站桥断面（上断面）、城江桥断面（中断面）和瓦厂桥断面（下断面）。在3个断面同时按24段次进行应急水位观测，后期为每天早上6∶00至晚上20∶00，每小时观测一次。流量数据借用抢险部队的冲锋舟采用ADCP采集，每天测流3次。

规划设计组紧急调用甘肃省水利水电勘测设计研究院地质、测量队伍，每天进行水下地形测量，对堰塞体的物质组成及工程地质特征作出快速判定，为排险与应急疏通方案的制定提供基础资料。

3 除险与应急疏通方案

按照“安全、科学、迅速”的原则，采取开挖深槽束水泄流和沿程冲刷降低水位的方法，人工处置和水力冲刷相结合，进行堰塞江段排险和河道应急疏通。

堰塞体排险及河道应急疏通工作分为四个阶段：一是采取挖爆结合的措施，迅速排除堰塞体溃决险情，确保下游人民群众生命财产安全；二是采取挖、爆、冲相结合的措施，尽快实施淤积江段应急疏通工程，消除城江桥至瓦厂桥河段的淤堵，降低上游水位2～3m，实现“窄河、深槽、急流”的河形河势，并从右岸将施工道路穿过城江桥推进到上游；三是全力消除城江桥上游河段淤堵，尽快宣泄上游存蓄水量，使上游水位降低5～6m，露出滨河路和街区，313省道舟曲段恢复通行，为受灾群众重返家园及灾后重建创造条件；四是实施河道综合治理与防洪工程建设，恢复河道过流断面，提高县城防洪保安标准。

堰塞体排险工程计划工期5天，应急疏通工程计划工期约18天。8月8～12日进行堰塞体排险，完成第一阶段的目标；13～20日降低堰塞湖上游水位2～3m，完成第二阶段目标；21～31日降低堰塞湖上游水位5～6m，完成第三阶段目标；随后连续实施第四阶段工作。由于时值主汛期，为确保作业安全，实施时应根据实际的水、雨情况，对施工进度合理调整。

3.1 堰塞体除险

白龙江堰塞体高度小、底宽大，在不过流的情况下是稳定的。模拟分析堰塞体漫顶后溃决的初步计算结果表明：假设堰塞体分别在0.5h、1h和2h内全溃，相应的洪峰流量分别为1660m3/s、830m3/s和416m3/s；假设堰塞体以瞬间1/3溃、1/2溃和全溃的方式溃决，相应洪峰流量分别为670m3/s、1450m3/s和4100m3/s。即出现0.5h全溃和1/2瞬间溃决及更恶劣情况，溃决流量将超过河道20年一遇安全泄量897m3/s。若堰塞体全部在行洪水面以下且经过较长时间冲刷，则堰塞体呈现冲刷破坏形式，将不会溃决。由于灾害的突发性且时值主汛期，灾区存在强降雨的可能性。再者，工程措施解除险情需要一定的时间，不能排除堰塞体在漫顶后短时间内发生溃决的风险。根据“除险与避险相结合”的处置原则，制定堰塞湖下游影响区人员转移避险方案。至8月8日晚，舟曲下游陇南市宕昌、武都、文县三县，紧急疏散转移白龙江沿岸危险区域人员1.94万人，确保了人民群众生命安全。

堰塞体宽70～120m，主体段位于城江大桥（亦称南桥）和瓦厂桥之间，长约610m。主要由碎块石组成，并夹带大量毁损建筑等，其中碎块石含量约50%。拟定堰塞江段排险工程措施为挖爆结合，以挖为主。工程措施包括打通瓦厂桥过流通道，在瓦厂桥进行堰塞物质掏挖，并同时对高出水面及水面下一定深度内的堰塞体进行爆破清除。瓦厂桥为三跨共75m简支梁公路桥，泥石流入江后，桥孔全部堵塞，成为最严重的阻水断面，也是除险的控制断面。因此，在瓦厂桥布设多台挖掘机连续不间断掏挖疏通堵塞桥孔的同时，于8月8日晚开始对中孔桥面实施了多次贴药爆破，至10日下午，河道过流能力基本达到了该江段8月份平均来流量124m3/s，堰塞湖险情基本解除。

3.2 河道应急疏通

在堰塞体清挖、河道应急疏通的方式上，经比较，选用反铲挖掘机开挖泄流渠。确定泄流渠基本断面为梯形，底宽20m，纵坡3‰，两侧边坡1∶1.5。由于当时仅左岸有进场条件，且大部分主流在左侧，因此泄流渠在平面上靠河床左侧，依河流河势布置。依据阶段目标，开挖断面分两步实施：第一步，进口段三眼峪部位开挖深度为4.0m，按南桥断面水位降低2～3m控制（以8月13日8∶00 时 水 位1308.88m 起 算，调 整 后 基 面为1289.85m）；第二步，在原开挖断面基础上，逐步将泄流渠进口段三眼峪部位开挖深度增加至7.0m，平面位置随河势和开挖作业动态调整，按南桥断面水位降低5～6m，白龙江右岸滨河路露出水面0.5m控制。泄流渠总长930m，其中，南桥以上220m、南桥至瓦厂桥610m、瓦厂桥以下100m。泄流渠第一步开挖工程量9.5万m3，第二步开挖工程量10.5万m3，开挖总工程量20万m3。在确保施工安全的前提下，根据实际情况动态调整泄流渠的平面与断面设计，并实时调整施工方法以及设备布设和作业时段。泄流渠开挖全部为水下作业，采用1.2～1.6m3反铲掏挖。

由于堰塞体承载能力极低，设备极易下陷，需铺设路基箱，并随后用在河床中挖取的砂石料换基铺设作业平台保证正常作业。从左岸进行泄流渠开挖的施工顺序为：铺设路基箱→挖机进场→换基筑填便道→进行丁字堰施工→在丁字堰下游铺填经淘洗的石渣形成路基，使挖机能到距泄流渠左侧开口线10m左右的河道内施工→依次向上下游方向延伸，同时进行泄流渠开挖。开挖渣料主要作为换基料铺路，多余料用15～20t自卸车外运至左岸下游渣场。从右岸进行泄流渠开挖的施工顺序为：设备先经瓦厂桥上架设的军用便桥过到右岸→然后修筑施工便道到达泄流渠右侧开口线→从下游向上游进行作业平台铺填和泄流渠开挖。右岸施工不修筑丁字堰，开挖渣料不外运。为防止漂浮物堵塞过流孔，采用机械清除上游和施工区域河道内的漂浮物。

至8月20日下游瓦厂桥3m×25m桥孔全部疏通过流，瓦厂桥至城江桥下河段形成了“窄河、深槽、急流”的河形河势。右岸施工道路已穿过城江桥推进到上游，上游水位下降2～3m的第二阶段目标已经完全实现。27日开始，部队打通城江桥上游左岸的施工通道，实现了淤堵河段两岸全线同步开挖，形成了较为稳定的泄流能力。至30日12时，已开挖形成长约1.2km、宽约60m、深8～9m、纵坡约3‰的“窄河、深槽、急流”的泄流渠，并经过了316m3/s下泄洪峰流量的检验。淤堵河段已全线疏通，上游存蓄水量安全下泄，河道应急疏通泄流的任务全面完成，第三阶段目标顺利实现。

4 白龙江堰塞河道综合治理与防洪工程建设

以恢复舟曲县城防洪能力为重点，在堰塞湖除险和河道应急疏通的基础上，进一步提高河道防洪能力，达到灾后重建的防洪标准。按照灾后重建的总体要求，继续清除河道淤积物，疏通河道，基本恢复河道原行洪断面，重建和修复城区段堤防，以防洪规划等已有规划成果为基础，考虑城市近远期发展，完善县城的防洪减灾体系，为打造舟曲绿色生态城市提供防洪安全保障。

白龙江堰塞河道治理坚持了五个原则：一是与城市灾后重建总体规划相协调，并结合穿堤建筑物、排水建筑物等基础设施进行综合治理；二是稳定河势，因害设防，兼顾左右，重点治理；三是因势利导，因地制宜，利用现有节点，堤、林、路结合，工程防护与生态防护结合，防冲固岸；四是充分利用现有工程，尽量减少征地拆迁；五是充分考虑河床的泄洪能力，利用河流本身能量消除淤积，保证泄洪通畅。

根据GB50201—94《防洪标准》的规定，城市按其社会经济地位的重要性或非农业人口数量分级。舟曲县城防洪标准应为20～50年一遇。鉴于该河段是滑坡和泥石流多发区域，有三眼峪、罗家峪等山洪沟道穿越城区，且白龙江干流发生过洪峰流量1100m3/s的大洪水（1935年），推荐舟曲县城白龙江干流防洪标准采用50年一遇，相应洪水流量为1130m3/s。依照50年一遇洪水的设防标准，确定舟曲县城段防洪堤按3 级堤防，穿堤建筑物按3 级建筑物，临时建筑物按5 级建筑物设计。城区段左岸原有堤防是不同时期分段建成的各种形式的堤防，设防标准偏低，再加上受本次特大山洪泥石流灾害影响，防洪堤和护岸受到不同程度的损毁。因此，本次整治考虑对城区段左岸损毁堤防和护岸进行拆除并新建，长度3.1km，范围大致位于锁儿头桥至瓦厂桥之间。右岸防洪堤仅按局部损毁修复考虑，累计长度为0.4km。

5 结论

舟曲县城“8.8”特大山洪泥石流冲入白龙江形成的堰塞体具有体积巨大、速度快、危害大等特点，基本特征不同于滑坡成因的堰塞体。如何迅速排除堰塞湖溃决险情，确保下游人民群众生命财产安全，尽快实施白龙江应急疏通工程，疏通河道，排放堰塞湖存水，降低河道水位，为受灾群众尽快返回家园以及河道整治、灾后重建创造条件，任务迫切。堰塞河道有关地形地质、水情等资料的快速获取与应用，对应急除险和堰塞河道“窄河、深槽、急流”的疏通方案的制定至关重要。

舟曲白龙江堰塞河道除险与应急疏通、河道综合治理防洪工程的成功实施，为我国处置大方量水下堰塞体、大规模山洪泥石流淤堵河道疏通提供了成功范例。实践证明，采用以长臂挖掘机开挖为主，局部爆破的挖、爆、冲结合的综合措施，并合理设计泄流槽的深度、宽度以控制水流下泄流速，冲刷淤积体的应急除险方案是合理可行的，可以有效提高抢险效率、节约时间、降低损失，对于其它类似工程具有一定借鉴意义。