苏洼龙水电站遭遇白格堰塞湖灾害应对措施

（中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京市 100024）

0 引言

2018年10月11 日，西藏自治区昌都市江达县波罗乡白格村境内金沙江右岸发生山体滑坡，滑坡体堵塞金沙江形成“10·11”白格堰塞湖。2018年11月3日，“10·11”白格滑坡的残余滑坡体再次下滑，堵塞泄流槽后形成“11·3”白格堰塞湖。

两次白格堰塞湖灾害发生期间，堰塞湖下游的金沙江上游河段正在建设叶巴滩、拉哇、巴塘及苏洼龙水电站，其中苏洼龙水电站上、下游围堰已完建，正处于主体工程建设高峰期。由于苏洼龙水电站上游围堰的拦蓄作用，白格堰塞湖溃决洪水对苏洼龙水电站库区、工程区及电站下游河道的影响已与天然河道差异很大。目前国内经过红石岩、唐家山等堰塞湖应急处置[1～4]，对堰塞湖的应急处置已积累了不少经验，但在大江大河上的大型水电工程施工期遭遇堰塞湖灾害的案例国内几乎没有，本文对苏洼龙水电站遭遇白格堰塞湖灾害的应对措施进行介绍。

1 苏洼龙水电站概况

1.1 工程概况

苏洼龙水电站为金沙江上游水电规划13个梯级电站的第10级，位于白格堰塞湖下游，距离约224km。水库正常蓄水位2475m，库容6.74亿m3，装机容量1200MW，为一等大（1）型工程。枢纽建筑物主要由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系统、左岸地面厂房等建筑组成。苏洼龙水电站计划于2020年12月底首台机组发电。

1.2 施工导流设计

1.2.1 导流方式及导流标准

苏洼龙水电站施工导流采用围堰一次拦断河流、隧洞泄流、基坑内全年施工的导流方式。导流标准采用全年20年一遇洪水，相应洪峰流量6180m3/s。

1.2.2 导流隧洞及泄洪放空洞布置

导流隧洞洞身断面型式为城门洞型，衬砌后断面尺寸为15m×19m（宽×高），洞身长896.53m（含明洞段），进口底板高程2379m，出口底板高程2367m。

泄洪放空洞采用有压接无压型式，工作闸门尺寸9m×6.3m，洞身长706.79m，进口底板高程2410m。

1.2.3 上、下游围堰设计

（1）上游土石围堰设计

上游土石围堰堰顶高程2432m，对应库容1.37亿m3，堰顶宽10m，最大堰高50m，堰顶轴线长约403.89m。围堰上、下游边坡坡比分别为1：2.5和1：1.5，堰体部分与坝体结合。围堰堰体和堰基采用复合土工膜斜墙+塑性混凝土防渗墙防渗。塑性混凝土防渗墙厚度为1m，最大深度为85.5m。

（2）下游土石围堰设计

下游土石围堰堰顶高程2396m，顶宽10m，最大堰高15m，堰顶轴线长约405.17m。围堰迎水面和背水面边坡坡比分别为1：1.75和1：1.5。围堰堰体和堰基采用复合土工膜直心墙+悬挂式塑性混凝土防渗墙防渗。塑性混凝土防渗墙厚度为0.8m，防渗墙底高程2342.00m，最大深度45m。施工导流布置见图1。

1.3 白格堰塞湖发生前工程施工形象

苏洼龙水电站于2017年11月完成大江截流，上、下游围堰于2018年5月底完建。“10·11”白格堰塞湖发生前，拦河坝基坑开挖已基本完成，基础混凝土防渗墙正处于槽孔开挖向混凝土浇筑过渡，坝基振冲碎石桩施工正处于高峰期；地面厂房基坑开挖接近尾声，正向混凝土浇筑转序。

2 苏洼龙水电站遭遇白格堰塞湖灾害应对措施

2.1 应对措施制定原则

（1）“10·11”白格堰塞湖形成后，堰塞湖水位上升速度快，估算堰塞体蓄满时间约41h，堰塞湖溃决洪水传递至苏洼龙坝址约12个h，苏洼龙水电站进行应对措施制定及实施的时间约2天左右，时间非常短。因此，苏洼龙水电站应对白格堰塞湖措施以最大程度降低库区、工程区及下游受灾损失为原则，主要采取撤离避险工程与非工程措施。

（2）“11·03”白格堰塞湖形成后，堰塞体溃决洪水规模远远大于“10·11”白格堰塞湖，但由于堰塞体前入库流量小且堰塞体库容大，堰塞体蓄满时间较长，堰塞体具备进行人工干预的条件，苏洼龙水电站进行应对措施制定及实施的时间也较长。因此，苏洼龙水电站应对白格堰塞湖措施结合白格堰塞体的处理情况，以不增加下游河道的防洪压力为原则，对上、下游围堰进行破拆处理措施。

2.2 “10·11”白格堰塞湖灾害应对措施

2.2.1 “10·11”白格堰塞湖溃决洪水演进分析

“10·11”白格堰塞湖形成到溃决洪水经过苏洼龙水电站，分两个阶段进行溃决洪水演进分析。

（1）第一阶段：白格堰塞湖溃决前，估算溃决洪水至苏洼龙水电站坝址入库洪峰流量和传播时间。

堰塞湖溃坝模拟及洪水演进分析[5][6]是制定应对措施的基础，目前溃坝模型大多是经验性的，没有一个被普遍认可的溃坝模型。由于苏洼龙水电站坝址距离白格堰塞湖约224km，白格堰塞湖发生后，在短时间内无法收集到白格堰塞湖的规模、形态及堰塞湖至苏洼龙水电站坝址区间的地形资料，因此，依据上游在建水电站提供的溃口洪峰和溃决下泄水量，采用经验公式估算了溃决洪水演进至苏洼龙坝址处的入库洪峰流量。溃坝洪水传播时间采用黄河水利委员会水利科学研究所根据实验求得的溃坝传播时间公式计算。

由经验公式估算的洪峰流量叠加当时的入库流量（基流）得溃堰洪水演进至苏洼龙坝址的入库洪峰流量，不同白格堰塞湖溃口方案估算苏洼龙水电站坝址的入库洪峰流量分别为4610m3/s、5140m3/s、5490m3/s和6100m3/s，溃口到苏洼龙水电站坝址的传播时间为11.2h～11.6h。各方案对应的苏洼龙水电站坝址入库洪峰流量均小于围堰设计洪峰流量6180 m3/s，上游围堰最高挡水位均低于堰顶高程2432m，判断白格堰塞湖溃决洪水不会造成上游围堰漫顶过水。

（2）第二阶段：白格堰塞湖自然过流，溃决洪水尚未演进至苏洼龙坝址。

白格堰塞湖自然过流后，参照上游叶巴滩水电站坝址溃决洪水过程线和巴塘水文站溃决洪水起涨过程，考虑苏洼龙水电站坝址最大入库洪峰为7700m3/s、8500m3/s、9000m3/s和9500m3/s四种工况，拟合入库洪水过程线进行调洪演算。结果表明，各种工况下，上游围堰最高挡水位均低于2432m，判断本次溃决洪水不会造成上游围堰漫顶，但有可能处于过流的临界状态。

2.2.2 “10·11”白格堰塞湖灾害应对措施

（1）根据苏洼龙水电站坝址处的入库洪水分析成果，上游围堰满足抵挡溃决洪水能力。考虑白格堰塞体溃决的不可预知性，为提高围堰的防洪设计能力，上游围堰采用堰顶上设置子堰。为便于现场快速施工，子堰采用黏土方案，子堰高2m，顶宽4m，两侧边坡1：1.3。

（2）为确保工程区人员安全，苏洼龙水电站临江所有作业面人员、设备全部撤离至安全位置。

（3）库区2442m高程以下人员撤离至安全地带，并加强预警和巡视。

（4）白格堰塞湖溃决洪水造成库区及工程区可能发生次生地质灾害的部位，人员撤离至安全地带，并加强预警和巡视。

（5）考虑上游白格堰塞体溃决的不可预知性，一旦上游围堰溃堰，对基坑及下游带来重大灾害和损失。上游围堰按堰体1/2溃决方式，提出上游围堰溃决后出库洪峰流量及下游2km内的河床水位，下游安麦西村、沿江施工场地做好人员撤离应急准备。

2.3 “11·03”白格堰塞湖灾害应对措施

2.3.1 “11·03”白格堰塞湖溃决洪水演进分析

“11·03”白格堰塞湖溃决洪水演进分析为3个方面内容：

图1 施工导流布置图Figure 1 Construction diversionplan

（1）依据“10·11”溃决洪水演进至苏洼龙水电站的入库流量过程为典型，采用洪量倍比进行放大推求不同工况下的苏洼龙水电站坝址的入库洪水过程线，其中洪水过程为16.5h，洪峰出现时间为3.5h。以此分析上游围堰是否满足挡水条件。

（2）拟定若干白格堰塞体人工干预方案，依据“10·11”溃决洪水演进至苏洼龙电站的入库流量过程为典型，采用洪量倍比进行放大推求若干苏洼龙水电站坝址的入库洪水过程线，根据上游围堰的极限防洪能力，提出白格堰塞体人工干预处理要求。

（3）开展苏洼龙水电站上游围堰溃堰洪水计算，分析上游围堰溃决后的洪水叠加效应，并提出上游围堰破口方案。

2.3.2 “11·03”白格堰塞湖应对措施

2.3.2.1 上、下游围堰

根据“11·3”白格堰塞湖溃决洪水演进分析结果，白格堰塞体发生1/2溃决工况下，苏洼龙水电站上游围堰堰前最高水位为2448.35m，高于堰顶高程2432m达16.35m。由于上游围堰堰顶宽度仅10m，围堰加高高度有限，难于抵挡此工况下的洪水，上游围堰遭遇白格堰塞体溃决洪水时将形成漫顶溃决状况。

（1）上游围堰防护方案可行性分析。

设计对上游围堰防护方案的可行性进行了分析，在遭遇白格堰塞体溃决洪水时，假定苏上、下游围堰均不溃决，堰顶堰面不破坏，上游围堰过流后堰前最高水位2437.78m，基坑内水位2402.83m，上游围堰的下游堰面最大流速约23m/s，远大于石渣或堆石抗冲流速，采取临时防护措施也难以做到不破坏，因此，围堰防护方案不可行。

（2）白格堰塞体人工干预处理可行性分析。

设计对白格堰塞体人工干预处理的可行性进行了分析，依据上游围堰最大挡水能力，若想保上游围堰，必须降低白格堰塞体溃决时的水位，以降低其蓄水库容及溃决时突发洪水规模。经测算分析，若使上游围堰最高挡水位不超过2432m，则对白格堰塞体人工干预要求为：白格堰塞体溃决的总水量不超过4亿m3，堰塞体溃决时水位不超过2943m。

根据现场反馈的道路等施工条件，白格堰塞体从顶高程2966m降到2432m，在短时间内实施人工干预达到上述目标难度较大，因此，上游白格堰塞体实施人工干预处理的方案也不可行。

（3）围堰破口方案。

考虑上游围堰堰顶高程2432m对应的库容约为1.37亿m3，一旦围堰过水发生溃堰，对下游防洪将带来更不利影响。经分析，上游围堰在不破口情况下，按照围堰堰体“全溃”“2/3溃决”和“1/2溃决”三种溃决方式进行了溃堰分析，上游围堰在堰体“全溃”“2/3溃决”的情况下，溃堰后下泄总流量均大大超过了白格堰塞体1/2溃决状况形成的苏洼龙水电站坝址处入库洪峰流量28200m3/s，叠加效应明显。因此，为减轻上游围堰溃决洪水对下游的影响，应对上游围堰采取主动破口，开挖泄流槽[7][8]措施。

1）上游围堰坡口位置的选择。上游围堰所在河段受地形影响，河道发生转弯，金沙江主流偏向右岸。为降低上游围堰过流后的破坏范围，以便于后期的围堰复建，设计将坡口位置布置在主河道处。

2）上游围堰坡口深度的选择。经对上游围堰不同破口方案（破口开挖泄流槽深度15m、25m、33m）的溃决洪水进行了分析，最终推荐泄流槽深度33m（破口底高程2399m）方案，泄流槽断面为梯形复合断面，底宽10m，两侧边坡1：1.5。下游围堰破口底高程为2387m高程，以满足基坑充水要求。

2.3.2.2 大坝及厂房基坑。

坝基防渗墙，槽孔保护采用石渣料回填至施工平台高程，然后在其上部整体回填不小于3m厚的石渣料进行覆盖保护。

厂房4号机混凝土采用麻袋对混凝土面进行全面覆盖，然后在表面及四周采用黏土袋码放一层，最后再采用砂砾石料或细石渣料进行全面覆盖，覆盖厚度不小于2m。

2.3.2.3 其他。

苏洼龙水电站工程区临江所有作业面人员、设备全部撤离至安全位置。库区2442m高程以下人员撤离至安全地带，并加强预警和巡视。白格堰塞湖溃决洪水造成库区及工程区可能发生次生地质灾害的部位，人员撤离至安全地带，并加强预警和巡视。

3 应对措施实施过程与效果

3.1 “10·11”白格堰塞湖灾害应对措施实施及过流情况

10月11日12时，苏洼龙水电站工程区临江所有作业面人员、设备全部撤离至安全位置。

10月12日17：15 白格堰塞体开始自然过流，10月13日6：00溃口出库流量达到最大值约10000m3/s，10月13日14：30分基本退至基流。

10月13日14：50 ，苏洼龙水电站坝址入库流量由基流460 m3/s涨至2200m3/s，18：30达到洪峰流量7800m3/s，超过100年一遇洪水峰值，之后入库流量缓慢减退，但围堰堰前水位持续上涨，至22：10围堰堰前水位达到最高值2426.34m，10月14日12：00入库流量退到2000 m3/s左右。苏洼龙水电站最大出库流量5657m3/s，相当于10年一遇洪水峰值。

“10·11”白格堰塞湖溃决洪水从溃口至苏洼龙水电站坝址传播时间约11.5h，平均流速约5.4m/s。

上游围堰成功抵挡了“10·11”白格堰塞湖溃决洪水，大坝及厂房基坑未受损失，经过上游围堰的调蓄作用，出库洪峰流量由100年一遇降低到10年一遇，降低了下游河道的防洪压力。

3.2 “11·3”白格堰塞湖灾害应对措施实施及过流情况

上游围堰于11月7日0：07开始破口施工，于11月10日22：10完成。实测破口开挖成形断面：顶部开口宽度120.57m，底部宽度10.89m，底部高程最高点EL.2398.86，最低点EL.2397.17。下游围堰于11月8日1：40开始破口施工，于11月10日16：06完成作业。实测破口成形断面：顶部开口宽度108m，底部宽度105m，底部高程最高点EL.2387，最低点EL.2378.78。

“11·3”白格堰塞湖采取人工干预开挖泄流槽后，11月12日10：50泄流槽开始过流，11月13日18点溃口最大出库流量达到31000m3/s，11月14日8：30基本退至基流。

11月14日1：30 ，苏洼龙水电站坝址入库流量由基流452 m3/s涨至1910m3/s，随着水位不断上涨，在洪水的冲击下上游围堰破口不断垮塌，溃口逐渐变大，2：25上游围堰堰前水位达到最高值2417.6m，随后水位迅速下降，但入库流量依然迅猛上升，至3：50入库洪峰达到最高值19800m3/s，11月14日8：00流量退到10000 m3/s以下，11月15日3：00流量减小到2000 m3/s以下。本次洪水过程入库洪峰流量超过了苏洼龙水电站PMF设计洪峰流量12500m3/s。

“11·3”白格堰塞湖溃决洪水从溃口至苏洼龙水电站坝址传播时间约9.8h，平均流速约6.3m/s，洪水传播速度高于“10·11”白格堰塞湖。上游围堰从破口开始过流至出现洪峰流量约2h。

洪水过后，上游围堰冲毁宽度约285m（围堰轴线长约403m），其中左岸残留堰体堰顶长度约82m，冲刷侧边坡坡比约1：0.8，右岸残留堰体堰顶长度约36m，冲刷侧边坡坡比约1：1，残留堰体顶部及上游侧均分布多条拉裂缝。混凝土防渗墙盖帽约150m范围破坏严重，盖帽被冲走，下部防渗墙顶部被破坏，部分防渗墙盖帽未冲毁段，锚固的土工膜已被拉断。下游围堰损坏情况比上游围堰略轻，冲毁宽度约219m（围堰轴线长约405m）。防渗墙盖帽约30m范围被冲走，下部防渗墙顶部被破坏。

大坝基坑基本被淤平，淤积顶高程约2396m，超出大坝建基面2370m约26m。厂房基坑内水位约为2386.50m，高于基坑最低部位约为34.5m，淤积厚度约为20m。装卸间墙体钢筋全部损坏。

“11·3”白格堰塞湖溃决洪水按预期通过了苏洼龙水电站，上游围堰采取破口措施，未造成洪水叠加效应。

图2 上游围堰（洪水前）Figure 2 Upstream cofferdam （before flood）

图3 上游围堰（洪水后）Figure 3 Upstream cofferdam （after flood）

图4 大坝基坑（洪水前）Figure 4 The dam foundation pit（before flood）

图5 大坝基坑（洪水后）Figure 5 The dam foundation pit（after flood）

4 结语

“10·11”和“11·03”白格堰塞湖溃决洪水在苏洼龙水电站坝址的入库洪峰流量远大于施工导流设计流量，为降低工程经济损失，确保现场人员及设备安全，并有效减轻下游河段的防洪压力，苏洼龙水电站遭遇白格堰塞湖灾害应对措施综合分析了两次白格堰塞湖的规模、苏洼龙水电站上游围堰的防洪能力、围堰溃决造成的洪水叠加效应及工程应对措施实施的可行性，分别提出了利用上游围堰挡水和围堰主动坡口两种不同的应对措施。实践证明苏洼龙水电站遭遇两次白格堰塞湖灾害应对方案合理、可靠，可为水电工程遭遇堰塞湖灾害应对措施提供借鉴和参考。