云南鲁甸“8.03”地震红石岩堰塞湖应急处置的回顾与思考

黄启平，周海慧，易玉平

（中电投云南国际电力投资有限公司，云南昆明，650228）

云南鲁甸“8.03”地震红石岩堰塞湖应急处置的回顾与思考

黄启平，周海慧，易玉平

（中电投云南国际电力投资有限公司，云南昆明，650228）

2014年8月3日16∶30，云南省昭通市鲁甸县境内发生6.5级地震，震中烈度达Ⅸ度，震源深度12 km。地震引起了山体垮塌，在牛栏江干流形成堰塞湖，堰塞体总方量约1 200万m3，严重危及上下游人民生命财产安全及电站安全。笔者就红石岩堰塞湖的处置做了一个简单的回顾，对堰塞体溃坝风险、下游大坝及近坝库岸变形堆积体安全稳定做了初浅的分析，对处置过程中的不足进行了思考，希望从实战中积累经验，为类似事件处置提供借鉴。

红石岩堰塞体；天花板电站；堆积体；溃坝

1 云南鲁甸“8.03”地震及堰塞湖概述

2014年8月3日16∶30，云南昭通鲁甸县境内发生6.5级地震，地震烈度达Ⅸ度，震源深度12 km。震中位于鲁甸县龙头山镇，距天花板水电站大坝约11 km。地震引起两岸山体崩塌，在牛栏江干流形成了堰塞湖。堰塞体位于红石岩水电站大坝下游600 m处，堰塞体坝顶高程1 216 m，坝高83～96 m，上游侧坝宽286 m、下游侧坝宽78 m，顺河方向长753 m。堰塞体为两岸强风化白云岩高速崩落而成，总方量约1 200万m3。堆积物中巨石体约占10%，粒径30 cm以上的块石约占30%，粒径10～30 cm的块石约占40%，粒径10 cm以下的块石约占20%。堰塞湖水位1 216 m时，总库容约为2.6亿m3。

2 红石岩堰塞湖应急处置回顾

2.1 应急预案的启动

图1 牛栏江红石岩堰塞湖Fig.1 View of the Hongshiyan barrier lake

云南鲁甸“8.03”地震的震级高、震源浅，造成了重大人员伤亡及地质灾害，因山体滑坡形成了牛栏江红石岩堰塞湖，水位以1 m/h的速度迅速上涨，对牛栏江流域各个水电站及人员安危形成了严重威胁。中国电力投资集团公司高度重视，立即研究部署抗震救灾工作，成立了应急领导小组，指派4位专家赶赴灾区了解灾情，协助指导有关工作。二级公司云南国际第一时间启动了应急预案，总经理紧急带队赶赴灾区，现场指挥救援工作；建立与地方政府及牛栏江红石岩堰塞湖排险处置指挥部的工作联系，安排专人跟踪堰塞湖处理方案及实施进度；按牛栏江红石岩堰塞湖排险处置指挥部要求，加大天花板水电站下泄流量，尽快腾空库容；将天花板水电站现场人员撤至安全区域，并做好现场值守人员安排，请求地方政府给予现场值守人员生活

物资的补充；加强天花板水电站库区左岸变形体监测，要求设计单位开展地震对天花板水电站大坝及库区左岸变形体影响分析；为防止因堰塞湖水位上升可能导致小岩头水电站尾水水淹厂房，拟定了修筑临时挡水子堤方案；组织安排各电站开展排查，评估本次地震造成的损失等等。

2.2 红石岩堰塞湖对上下游电站可能产生的危害

堰塞湖位于红石岩水电站大坝与厂房之间，距离下游天花板水电站大坝约19 km，距上游小岩头水电站厂房约26 km。堰塞湖与上下游电站平面位置见图2。

图2 堰塞湖与上下游电站平面位置示意图Fig.2 Locations of the barrier lake and dams upstream and downstream

2.2.1 对上游小岩头水电站的危害

小岩头水电站为引水式电站，装机3×43.3 MW，尾水平台高程1 211 m。红石岩堰塞体坝顶高程1 216 m，高出小岩头水电站尾水平台5 m。若不采取措施降低堰顶高程或对堰塞湖引流降低湖水位，湖水位升高超过小岩头水电站厂房尾水平台1 211 m时，将可能导致水淹厂房。

2.2.2 对下游天花板水电站的危害

天花板水电站为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶高程1 076.8 m，坝高107 m，坝顶长159.87 m，装机容量2×90 MW。正常蓄水位1 071 m，相应库容6 569万m3，校核洪水位1 076.5 m，相应库容7 878万m3。若不采取措施降低堰顶高程或对堰塞湖引流降低湖水位，堰塞湖将持续蓄水，最大可能蓄水量达2.6亿m3。若发生大范围溃坝，高速、大流量洪水可能影响大坝、厂房及附属建筑物的安全，且会剧烈冲刷被国家能源局云南省监管办列为二级重大安全隐患的天花板电站库区左岸田坝村堆积体的坡脚，可能导致其失稳，引发三次灾害。

2.3 采取的应急措施

2.3.1 上游小岩头电站对策

为防止因堰塞湖水位上升而发生小岩头水电站尾水水淹厂房，拟定了在尾水平台修筑临时挡水子堤的方案。子堤顶高程1 216 m，与红石岩堰塞体齐平，子堤高3～5 m。方案分三步实施，首先做好施工准备，备好建筑材料，组织抽排水设备；第二，将场内低洼地带填筑至尾水平台高程1 211 m；第三，视堰塞湖水位上涨情况，完成子堤的修筑和有关排水等孔洞的封堵。

2.3.2 下游天花板电站对策

为了尽可能减小天花板水电站库水位快速下降可能对库区左岸变形体的影响，天花板水电站采取了必要的控泄措施。地震发生前，库水位为1 069.01 m。8月3日16∶30地震发生后，机组全部停机；坝顶电源中断，迅速启动柴油发电机开启了表孔闸门，库水位控制在1 069.00 m。8月3日晚，发现堰塞湖后，陆续开启中孔，8月4日9时库水位控制在1 063.3 m。8月4日14∶00，云南国际分析德泽水库关闸控制其上游来水量和堰塞湖以上总体来水情况，经研究拟按48 h将库水位降至死水位1 050 m的标准调整中孔开度。8月5日9时，库水位为1 056.8 m；当日，应牛栏江红石岩堰塞湖排险处置指挥部的要求，尽最大可能迅速腾空水库，于是中孔全开，库水位迅速下降，8月6日16时，水库基本达到来泄水量平衡,库水位大约1 022 m左右，腾出库容约7 500万m3。具体水位变化情况见表1。

2.4 堰塞体溃坝对天花板大坝的风险分析

2.4.1 溃坝洪水分析

堰塞湖形成后，牛栏江红石岩堰塞湖排险处置指挥部决定采取工程措施和转移群众相结合的处置方案。工程措施是在堰塞体顶部右侧开挖一条上口宽29 m、底宽5 m、深8 m、长753 m的泄流槽。国内多家著名设计、科研院所根据前方传回的水位库容关系曲线（图3）、堰塞体现场查勘收集的资料，参考唐家山堰塞体计算成果，采用IWHR-DB、MIKEⅡ软件对堰塞体进行了初步的溃决流量计算分析。采用IWHR-DB程序计算得到的溃决流量峰值约为6 110 m3/s，历时6个多小时。采用MIKEⅡ软件，研究了堰塞体全溃、2/3溃坝和1/3溃坝三种情况。在全溃和2/3溃决情况下，由于洪峰流量及水量均很大，即使天花板水库进行了调蓄，仍超过了天花板大坝校核洪水位下的坝体建筑物泄流能力5 003 m3/s，天花板水库将漫坝。全溃坝情况下坝顶以上水头在16.4～20.1 m之间；2/3溃坝情况下坝顶以上水头在8.3～10.9 m之间；1/3溃坝情况下天花板水库大坝处洪峰流量在3 500～1 700 m3/s之间，洪水均可以通过坝身泄洪设施下泄。

表1 天花板水电站库水位变化情况表Table 1 Change of the reservoir level of Tianhuaban hydropower station

图3 堰塞湖库容曲线Fig.3 Storage curve of the barrier lake

2.4.2 天花板大坝的安全风险

（1）天花板水电站泄水建筑物包括2个中孔和3个表孔，校核洪水位1 076.61 m，校核洪水位时，最大泄量5 003 m3/s，水库水位在1 078 m时，最大泄量5 557.1 m3/s。泄洪建筑物泄流能力见表2。

（2）根据专家计算成果，为将溃坝风险降到最低，根据洪水调节计算，在遭遇上游溃坝洪水时，水库从泄洪中孔底板高程1 020 m起调，调洪高水位1076.62m，最大泄量5048m3/s，削峰流量1062m3/s。

（3）参考相关专家的计算成果，在堰塞体降低8 m后，发生50%溃坝时，坝顶溢流水深4.63 m。经原设计单位计算分析，坝顶溢流水深5 m时，大坝整体名义安全系数为3.10，最大拉应力为1.36 MPa，小于设计允许值1.5 MPa，最大压应力5.06 MPa，小于设计允许值5.88 MPa；坝顶溢流水深20 m时，大坝整体名义安全系数为2.41，最大拉应力为1.75MPa，最大压应力6.87 MPa，均大于设计允许值,恶化了大坝的应力状态，高应力区范围有所扩大，但范围为局部，初步判断不会影响大坝的整体安全。

2.5 近坝库岸堆积体失稳风险分析

天花板水电站库区左岸田坝村堆积体距离大坝约1.0～2.3 km，变形体沿河流方向宽约1.3 km，坡体斜长约0.6 km，堆积体总方量约4 406万m3。堆积体共分为三个区，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，其中I区分为四个亚区，分别为Ⅰ-1区、Ⅰ-2区、I-3区、Ⅰ-4区；Ⅱ区分为三个亚区，分别为Ⅱ-1区、Ⅱ-2区、Ⅱ-3区。表面共布置5个表观自动化监测点、2个深部监测点。表面GPS自动化监测点布置见图4。

图4 表面GPS自动化监测平面布置图Fig.4 Distribution of surface GPS automatic monitoring points

原设计单位复核计算分析后认为，地震后表面实时GPS监测点在2 h内出现了小幅变化，变化后趋于收敛，属于地震引起的正常变形。水库水位陡降后，造成了Ⅰ-4区前部产生局部错落、Ⅰ-1区与Ⅰ-2区前缘底部产生库岸再造，仍属局部现象，不会影响堆积体稳定性。地震后水库蓄水会提高堆积体的稳定性；如果不发生大的余震及库水位陡降，堆积体整体是稳定的。上游堰塞湖下泄如形成高速水流持续冲刷，会对边坡的稳定性有加大影响，使现有的岸坡坍塌范围进一步扩大，边坡坍塌模式仍为局部牵引式分散解体为主。考虑到堆积体靠近大坝，库水位上升较快，高速水流剧烈冲刷时间有限，因此，堰塞湖水流下泄不会对堆积体整体稳定造成大的影响。

3 堰塞湖排险处置基本完成，天花板电站恢复生产

3.1 堰塞湖排险处置基本完成

经过解放军、武警和民兵预备役部队1 100多名官兵7d紧张奋战，牛栏江堰塞湖泄流槽于8月12日17时全面打通。当晚21点云南省昭通鲁甸“8·03”地震抗震救灾指挥部举行新闻发布会，宣布云南鲁甸“8·03”地震牛栏江红石岩堰塞湖应急排险工程任务已经完成。通过专家分析测算，联合运用堰塞体右岸应急泄流通道和堰塞体顶部泄洪槽，可以达到宣泄5年一遇标准的洪水，满足国家相关规范规定的“应急处置”阶段的行洪要求。有关专家认为，借鉴国内外大型堰塞湖处置的先进经验，针对红石岩堰塞湖的具体情况，后期可以将堰塞湖变为控制性水库，使其成为具有综合效益的水利工程，发挥灌溉、发电、防洪、旅游等功能。

表2 泄洪建筑物泄流能力Table 2 Discharge capacity of the flood discharge structures

3.2 天花板电站恢复生产

当云南省昭通鲁甸“8·03”地震抗震救灾指挥部宣布牛栏江红石岩堰塞体排险处置基本完成后，云南国际公司随即向指挥部上报了关于天花板电站临时蓄水发电的请示，并于8月13日获得了指挥部的批复同意。8月16日22时22分，经过近3 d的大坝蓄水、引水隧洞充水、机组设备恢复等生产准备，天花板电站2号机组顺利并网运行，开始恢复发电生产，标志着天花板水电站抗震自救、恢复生产运行取得初步胜利。

4 红石岩堰塞湖应急处置思考

4.1 及时构建权威信息平台，统一对外发布口径

现在红石岩堰塞湖险情已基本排除，正在开展堰塞湖的后期处置工作，堰塞湖对上下游的危害程度，政府有关部门也做了比较详细的解释和权威信息发布，广大人民群众也没了当初的恐慌，全身心地投入到灾后恢复重建工作当中。然回顾地震刚发生的那两三天，有关部门和网络媒体的信息发布还是有需要总结提高的地方，因为当时信息发布有些混乱和无序，有些信息甚至相互矛盾，如堰塞湖的位置，有的部门说位于红石岩电站大坝上游，有的部门说位于红石岩大坝与厂房之间；再如堰塞湖规模更是五花八门，笔者所听说的堰塞体高度就有好几种，起初说坝高66 m，中间又说坝高116 m，最终确定为83～96 m，堰塞体的方量也从100万m3逐步扩大到了1 700万m3，最终回到1 200万m3。如此这般，不利于稳定民心和救灾工作的有效开展。

今后遇到类似事件，建议地方政府有关部门在第一时间加强相关信息的归口管理，统一对外发布口径，通过行政、技术手段取得前方的一手资料，组织权威专家迅速做出判断。如应对红石岩堰塞湖，一是及时发布堰塞体的规模、高度等，对其做出科普性的介绍；二是根据流域水文、气象资料，预报上游的来水情况，并考虑上游德泽水库的拦蓄能力，对堰塞湖水位上升的速度做出相对准确的预测，有序地组织湖区群众撤离；三是深入浅出地介绍堰塞体溃决的前提条件，抓紧分析绘制堰塞湖溃决影响区域风险图，对红石岩堰塞体80%为堆石组成、体积硕大、稳定性好的特性可做重点阐释，其全溃的可能性较小，很有可能是小范围溃坝，下泄流量较小，洪峰持续时间较长，对上下游、水库大坝可能造成的危害较小，重点检查落实监测预警措施，消除下游群众的恐惧情绪，不宜盲目扩大、按照全溃大范围撤离群众和腾空下游水库。

4.2 尊重科学，进一步提高次生灾害应急处置能力

我国自2008年“5.12”汶川大地震后，基本建立了救灾应急体系，为了适应突发事件应急管理形势的发展变化，在充分吸取四川汶川、青海玉树抗震救灾经验基础上，2012年8月国务院办公厅正式印发了修订后的《国家地震应急预案》。国务院编制《国家地震应急预案》的主要目的就是依法科学统一、有力有序有效地实施地震应急，最大程度减少人员伤亡和经济损失，维护社会正常秩序。虽然应急救援、运输保障、生活救助、卫生防疫等应急处置能力大大增强，这次“8.03”鲁甸地震中也得到了充分验证，社会总体评价良好，不过，如果处置得当，有些经济损失是可以减小的。

我国是一个地震灾害频发的国家，从历史震例

来看，最主要的地震次生灾害有：火灾、水灾、毒气污染、细菌污染、放射性污染、滑坡、海啸、瘟疫等。自然规律和历史记录表明，大地震过后往往会产生次生灾害，危害不可小视，如防范不当，仍会带来巨大损失。政府有关部门应在全国范围内筛选专家，建立地震次生灾害防治专家库，分专业分层级建立子库，并成立专家委员会，明确工作章程，规定应急响应原则。地震发生后，政府有关部门就可令专家委员会启动预案，及时组织相关专家开展现场考察和勘察，有序有效地拟定重大次生灾害的处置方案，作为抢险救灾决策的依据。

笔者认为红石岩堰塞湖处置模式值得商榷，政府有关部门临时找了几家设计、科研院所搭班子，各家按各家的习惯计算分析研究，计算结果千差万别，提出了不少“选择题”，政府有关部门还得另外组织专家对计算成果进行评审，在专家意见出台之前，政府只能按最大可能性组织上下游群众撤离及腾空下游水库。如果专家意见能够及时形成，就能明确堰塞湖的溃决条件，预测溃决时间及泛滥范围，制定工程排险措施和下游危险区的应急处置方案。如果能够准确把握险情，减小下游群众撤离的规模是可能的，也有可能不需要过度腾空天花板电站库容，这样，天花板电站震后1～2 d就有可能恢复生产，每天发400多万度电，能为抗震救灾提供稳定的电力支持，1亿m3多的水可能不会白白流掉。因此说，科学技术是第一生产力，应尊重科学，进一步提高应急处置能力。

4.3 重视三次灾害的风险

地震灾害包括直接灾害、次生灾害和三次灾害，直接灾害的预防是个巨大的系统工程，难以一步到位，但次生灾害应以预防为主，贯彻躲避和综合治理相结合，长远的措施和短期的工程措施相结合的原则，合理制定对策。由次生灾害引起的或因抗震防灾体制不健全，人们防灾意识淡薄、指挥系统失灵而造成社会恐慌动乱，使震灾加重称为三次灾害。按理说，次生灾害防治到位、组织得力的话，三次灾害是可以避免的。

灾情面前，把履行社会责任放在第一位，根据政府有关部门的要求，不顾水位骤降可能引发近坝库岸田坝村巨型堆积体失稳的重大三次灾害风险，不顾电量巨损，迅速腾空天花板电站库容，以应对上游红石岩堰塞湖溃决，防止洪水对下游村镇造成的破坏。

天花板水电站左岸近坝库岸田坝村堆积体一直在变形，属于二级重大安全隐患项目，地震过程中发生了较小变形，后趋于稳定。根据以前边坡稳定分析成果，影响边坡稳定的主要因素为地震、暴雨和库水位陡降陡升，尤其库水位骤升、降影响明显，因此水库调度时要求库水位变化每天不能超过2 m。事实也证明水位骤降会引起边坡较大变形，自8月5～6日日降幅超过20 m后，G3监测点水平位移几天内就超过了2 m，虽然电站已经重新蓄水发电，但变形仍在发展，只是变形速率趋小，已经进一步恶化了边坡稳定条件，如果再遭遇暴雨、余震，堆积体有可能出现失稳。

建议政府有关部门今后在处理类似问题时，多倾听相关方的意见，既要考虑带有普遍性的地质灾害，还要考虑特殊情况，实事求是，更加有针对性地加强科学分析，高度重视三次灾害风险。这样也许就不会迅速下达腾空天花板库容的命令，因为当时已有救援人员达到堰塞体，无人机也完成了航拍，基本确定堰塞体主要由大小不同的岩石堆成，坡缓、体积庞大，根据国内外工程经验，应不至于整体溃坝，而且根据有关专家的计算，即使发生1/3溃坝，下游天花板电站可以自由泄洪，无需腾空库容。另外，8月5日10时堰塞湖湖面水位为1 170.9 m，距离坝顶1 216 m尚差45 m多，假定堰塞体不会渗漏、红石岩电站发电引水洞淤塞、不发挥上游德泽水库的拦蓄作用，湖水位尚需一周才能到达堰顶，何况这些假定都不成立，其实8月底堰塞湖水位离坝顶还差30 m多，且水位不断降低，这说明有足够的时间来缓慢降低库水位。

5 结语

就红石岩堰塞湖的处置做了一个简单的回顾，对堰塞湖溃坝风险、下游大坝及近坝库岸变形堆积体的安全稳定做了初浅的分析，对处置过程中的不足做了一些思考，希望从实战中积累经验，为类似事件处置提供借鉴。 ■

On the 3rd August 2014,Ms 6.5 earthquake occurred in Ludian County,Yunnan Province. The epicenter intensity reached IX and the source depth was 12 km.As a result,a barrier lake was in⁃duced by the earthquake and the deposit body was 1 200 m3.The paper reviewed the emergency treat⁃ment of Hongshiyan barrier lake.As well,the barrier breach risk,the safety of downstream dams and the deposit body near dam were analyzed.At last,the lessons learnt were presented for reference.

Hongshiyan barrier body;Tianhuaban hydropower station;deposit body;dam breach

TV697.1

B

1671-1092（2014）05-0001-05

2014-09-12

黄启平（1957-），男，教授级高级工程师，中电投云南分公司副总经理兼总工，主要从事水电与新能源工程建设管理研究。

Title:Review of the emergency treatment of Hongshiyan barrier lake induced by the 8.03 earthquake in Ludian County,Yunnan Province//by HUANG Qi-ping,ZHOU Hai-hui and YI Yu-ping//Yunnan Inter⁃national Power Investment Co.,Ltd.of China Power Investment Corporation