金沙江白格堰塞湖险情处置

杨彦龙，池建军，沈海尧

(国家能源局大坝安全监察中心，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规模山体滑坡、泥石流堵塞河道形成的湖泊，与之相应堵塞河道的堆积体称为堰塞体[1]。堰塞坝缺乏专门的泄水设施时，无控制蓄水会淹没上游，同时溃坝后洪水会对下游造成重大影响[2]。2008年汶川地震形成256座堰塞湖，对下游居民生命和财产安全造成重大威胁[3- 4]；2010年白龙江泥石流行成堰塞湖，淹没舟曲县城[5]；2014年云南鲁甸地震形成红石岩堰塞湖[6]，对下游居民和天花板、黄角树两座水电站的安全造成威胁。为降低堰塞湖溃坝洪水影响[7]，通常采取工程措施和非工程措施两类应急处置方案，工程措施受地质水文条件不明、水陆交通不便或完全中断、周边环境危险、施工时间紧迫等制约，如有不当亦会造成灾难性后果[8]。

2018年10月和11月，金沙江右岸江达县波罗乡白格村附近发生两次滑坡堵江险情，上游江达县波罗乡、白玉县金沙乡先后被淹没，同时严重威胁下游两岸人民群众生命财产安全及梯级水电站工程安全。堰塞湖险情发生后，国家应急部、水利部、国际能源局等有关部委、四川、西藏和云南各级政府启动应急响应，坚持底线思维与科学决策并重，经过有关方面的共同努力，采取堰塞体人工排险减少溃坝洪峰，苏洼龙围堰拆除避免围堰溃决风险，梨园水库放空减少库区淹没，下游梯级水库应急调度阻断溃坝洪水传播等应急处置方案，未造成因堰塞湖溃坝引起的人身伤亡事故，创造了处理大型堰塞湖的奇迹。

1 金沙江白格堰塞湖及下游梯级电站情况

1.1 白格堰塞湖基本情况

白格滑坡体后缘发育波罗-木协逆冲断层，滑坡母岩为蛇纹岩、片麻岩夹绢云石英片岩及二云石英片岩及大理岩，岩性较软，硬度较低，为滑坡的发育提供了基础条件[9]。从1966年2月美国KeyHole卫星影像可见，该滑坡体中部已有明显拉裂缝和小规模滑塌等变形[10]。2015年，该滑坡后缘已形成基本贯通的拉裂面，有明显的错台，2018年2月滑源区整体变形进一步加剧，2018年8月滑坡源区已非常破碎，进入临滑状态。金沙江白格滑坡剖面如图1所示。

图1 金沙江白格滑坡剖面

2018年10月11日凌晨，金沙江右岸江达县白格村附近发生滑坡堵江，滑坡体规模约1000万m3，堰塞体顺河长约1200m，横河宽约500m，平均坝高70m。12日17：30，堰塞湖水位超过堰塞体凹槽高程2930.30m后自然过流，当时蓄水量约2.5亿m3；12日18：40，泄流槽上下游全线贯通后堰塞体开始溃决，溃坝洪峰发生在13日凌晨3：00左右，溃坝洪峰流量约1万m3/s[11]。堰塞湖溃决后形成宽约70m，长约600～800m的河道，残余堰塞体约有700万～800万m3。“10.11”堰塞湖溃坝洪水于15 日14: 00传到梨园库区，洪峰流量4880m3/s，包括约1100m3/s的区间天然径流。

2018年11月3日17：00左右，原残留的滑坡体再次发生垮塌[12]，新增200万m3滑坡体堵塞原堰塞体残留部分的低洼处，新增滑坡体以块碎石为主，局部见1～2m的孤石，平均粒径较原“10.11”滑坡体略大。堰塞体堰顶龙口宽度195m、顶部顺江长度273m，实测堰顶垭口高程2966.00m，较“10·11”堰塞体增加约36m。按照当时上游来水流量计算，10天左右堰塞湖蓄满，库容预估将达7.7亿m3。金沙江白格堰塞湖卫星图如图2所示。

图2 金沙江白格堰塞湖卫星图

1.2 下游梯级电站情况

白格堰塞湖下游依次有叶巴滩、拉哇、巴塘、苏洼龙等在建或筹建水电工程，以及已投运的梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩等水电站，上述6座投运电站当时均已在国家能源局注册。堰塞湖溃决后，将会对两岸人民生命财产和下游梯级水电站造成巨大损失，特别是苏洼龙土石围堰防洪标准低，若处置不当会引起连溃风险[13]。堰塞湖下游梯级电站概况见表1，金沙江梯级电站规划示意图如图3所示。

图3 金沙江梯级电站规划示意图

2 应急处置方案与决策

金沙江“11.3”白格堰塞湖属大型堰塞湖，危险等别为极高危险，溃决损失为极其严重[14]。根据当时来水估算，预计11月10日白格堰塞湖即将漫顶。根据溃坝洪水分析成果，若等堰塞体自由漫顶后溃坝危害极大，采用人工开挖泄洪槽，可有效减小堰塞湖蓄满库容和溃坝洪峰流量。应急指挥部有关专家提出3条应急处置建议：①对堰塞体采取人工干预措施，提前开挖泄流槽引流，降低堰塞湖安全风险；②拆除在建苏洼龙水电站施工围堰，避免梯级连溃危害；③下库梯级电站梨园、阿海、金安桥等梯级电站腾库调蓄洪水，减轻下游防洪压力。

2.1 堰塞体人工排险方案

金沙江11月份正处于枯水期，上游来流量逐渐减小，为争取时间人工排险赢得时间。经多方研究，应急指挥部11月5 日决定对堰塞体采取人工干预措施，8日下午挖掘机开至堰塞体顶部，11日完成堰塞体人工泄洪槽挖掘任务。最终开挖的人工泄洪槽顶宽42m，底宽3m，最大开挖深度15m，总长度220m，累计修筑施工便道2.5km，开挖和翻渣累计土石方工程量13.5万m3。泄洪槽进口渠底部高程约2952.52m，较天然堰塞体蓄满的总库容减少近2亿m3，减轻了下游溃坝洪水损失风险。

2.2 苏洼龙水电工程围堰拆除

苏洼龙水电站围堰拦水标准为20年一遇，对应洪峰流量6180m3/s，堰顶高程2432.00m，对应总库容1.367亿m3。“10·11”堰塞湖溃坝洪水苏洼龙洪峰流量7700m3/s，对应最高水位2426.341m，距离堰顶高程2432.00m有约5.6m高差，围堰和导流洞经受了超标准洪水考验。

根据预测计算结果，堰塞湖溃坝洪水会导致苏洼龙围堰漫顶，土石围堰溃决风险极大。北京院提出了围堰拆除方案，为降低上游围堰过水时的上下游水头差，在上游围堰拆除完成后，对下游围堰部分拆除，基坑提前进行充水。11月10日22时完成上游围堰于破口施工，破口顶部开口宽度120.57m，底部宽度10.89m，底部高程最高点2398.86m，最低点2397.17m。11月10日16时下游围堰完成破口施工，破口顶部开口宽度108m，底部宽度105m，底部高程最高点2387.00m，最低点2378.78m。

2.3 下游梯级电站腾库应急调度

梨园水电站校核泄洪流量为17400m3/s，拦河坝为面板堆石坝，漫坝易造成溃决，必须提前腾库应对风险。故梨园水库的调度，是本次应急处置的另外一个重点。

根据堰塞湖险情进展情况，长江防总动态提出金沙江中游梯级水库应急调度方案，使得梯级电站能够腾出足够库容应对溃坝洪水，全力保障大坝安全，并能减轻下游损失[15]，堰塞湖水位及来流量变化图如图4所示。梯级电站应急调度过程如下，11月5日12时发布64号调度令，要求梨园水电站8日8时水位控制1610.00m以下(应急调度过程如图5所示)，阿海8日20时水位控制1500.00m以下(应急调度过程如图6所示)，金安桥10日8时控制水位在1412.00以下(应急调度过程如图7所示)。7日、9日和10日连续下达65号、66号和67号调度令，降低梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉和观音岩等6座电站运行水位。根据11月10日13时发布的67号调度令，11月12日20时梨园、阿海水库水位分别按不高于1592.00m、1493.30m控制运行，金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩水库水位分别按1406.00m、1294.00m、1220.00m、1130.00m左右运行。堰塞湖泄洪槽于11月12日凌晨开展过水，至11月12日14：00，上述梯级水库共腾出库容8.07亿m3，可用调节库容13.0亿m3，做好了应对溃坝洪水的准备。根据11月13日20：00运行参数统计，梯级水库应急调度腾库情况见表2。

表2 金沙江中游梯级水库应急调度腾库情况

图4 堰塞湖水位及来流量变化图

图5 梨园水电站应急调度过程

图6 阿海水电站应急调度过程

图7 金安桥水电站应急调度过程

3 人工排险实施效果及评估

3.1 人工排险方案溃坝洪峰演进情况

堰塞湖人工排险，降低了上游淹没损失和溃坝库容，减轻了下游淹没损失。泄流槽约11月12日凌晨开始进水，12日10：50全渠道过流，13日上午8时开始溃决，13日14：00堰塞湖水位达到最高值2956.40m，对应蓄水量约5.78亿m3，较人工干预前的蓄满总库容减小近2亿m3。

本次堰塞湖溃坝流量为33900m3/s(13日18：20)；叶巴滩水电站坝址于13日20：00出现最大洪峰流量28300m3/s；拉哇水电站坝址13日23：15出现最大洪峰流量22000m3/s；巴塘水电站坝址14日1：00出现最大洪峰流量21200m3/s；苏洼龙电站坝址14日3：50出现最大洪峰流量19800m3/s，由于围堰及早拆除，未发生连溃次生灾害；奔子栏水文站14日13：15出现最大洪峰流量15700m3/s；由于金沙江石鼓段河道开阔，溃坝洪水淹没两岸，河道流速降低，石鼓水文站15日08：40出现最大洪峰流量7170m3/s；由于上游石鼓河段洪峰坦化明显，梨园水电站15日14：00观测到最大入库洪峰流量7200m3/s，洪水重现期不到10年。堰塞湖溃决后各控制断面洪峰流量如图8所示。

图8 堰塞湖溃决后各控制断面洪峰流量

本次堰塞湖应急处置过程中，主要技术支撑单位均开展了不同方案的溃坝洪水计算，根据各单位预测成果与实际溃坝后观测情况对比，预测计算成果与实际成果差别较大，多数单位计算的溃坝洪峰偏小，但下游洪峰偏大，尤其是梨园入库洪峰偏大。分析认为，主要与计算方法，对溃坝机理认识、石鼓河段突然开阔等特性有关。

3.2 溃坝洪水对在建工程影响

(1)叶巴滩电站：溃坝洪水导致坝址出现最大流量28300m3/s，远超设计校核标准5000年一遇洪峰流量10100m3/s。白格堰塞湖溃坝洪水对下游54km的叶巴滩水电站影响重大，导致右岸导流洞洞内外供电、制浆、排水等设施全部损毁；6#临时桥至左右岸导流洞便道全部损毁；4#临时桥至401#公路和7#临时桥便道(路面、路基及挡护设施)全部损毁；左岸导流洞出口围堰冲毁；左右岸导流洞洞内充水。在建的叶巴滩水库总库容10.87亿m3，调节库容5.37亿m3。根据成都院估算[16]，假若叶巴滩工程投运，在确保下游行洪安全的前提下，2.5天内可以放空至死水位2855m高程，放空率接近53%，放空库容5.7亿m3。若提前将叶巴滩水库预降至死水位2855m，堰塞湖溃坝后，假定叶巴滩水库持续下泄流量3900m3/s继续降低水位应急溃坝洪水，库内最高水位2877m，远低于坝顶高程2894m，且控制下泄流量对下游不会造成重大损失。由此可见，若是叶巴滩水库建成，只要合理运用，可以有效控制本次自然灾害。

(2)拉哇电站：坝址最大洪峰流量22000m3/s，远超设计校核标准可能最大洪水洪峰流量11900m3/s；溃坝洪水导致金沙江大桥及左岸连接道路工程上游索桥钢丝绳、桥台受损，3号公路受损，上游索桥左、右岸连接道路冲毁，拉哇沟1号路隧洞进水，混凝土系统冲毁，拉哇沟口钢筋加工场场地冲毁等。

(3)巴塘电站：坝址最大洪峰流量21200m3/s，远超设计校核标准5000年一遇洪峰流量10500m3/s；右岸场内交通工程1#渣场至右岸炸药库道路损毁1.5km，1#渣场损毁等。

(4)苏洼龙电站：坝址最大洪峰流量19800m3/s，远超设计校核标准可能最大洪水洪峰流量12500m3/s。溃坝洪水导致大坝上、下游围堰全部冲毁，防渗墙和振冲桩受损，沥青拌合系统等临建设施全部被冲毁；厂房基坑过水，指挥中心、钢筋场及拌合楼相关附属设施冲毁严重。

3.3 溃坝洪水对梨园电站的影响

梨园水库15日14：00出现最大入库流量7410m3/s，溃坝洪水未对电站运行造成较大影响，主要威胁是溃坝洪水带来的大体积漂浮物和水库调度过程中库区滑坡体风险。

梨园库区分布有多个滑坡以及混合堆积体，其中规模在100万m3以上的滑坡有三处，为龙门陡坡滑坡、草可都滑坡和兴培当滑坡；九处主要混合堆积体规模巨大，其中念生垦沟堆积体、下咱日堆积体距大坝较近。库岸稳定对水位变化因素较敏感，设计对库水位变化速率均有控制要求，明确水库蓄水过程中及蓄水后运行中若出现需降低水位的情况时，应避免水库水位连续快速骤降，水位下降速率不超过3m/d。本次应急调度过程中，考虑时间及各类不确定因素，水位降幅最大一天达到8.01m，对库岸稳定不利，但巡查尚未见库岸失稳现象。

4 结论与建议

金沙江白格堰塞湖的成功处置，减轻了上下游淹没损失，避免了一系列次生灾害，保证了下游在运水电工程安全。主要建议有：

(1)控制性调蓄水库对地质自然灾害是有一定控制能力的，对弱化乃至消除不良地质体灾害影响、保护下游人民财产和基础设施有积极作用，建议推动金沙江上游控制性水库开发建设。

(2)本次堰塞体泄洪槽过水贯通到开始溃决，经历了约9小时，溃决时库水位超过开挖渠底高程3.87m，此时渠内流速才可以启动冲刷堰塞体颗粒。溃坝洪水预测计算多是按照堰塞体顶高程或开挖底高程对应库容计算溃坝洪水，对溃坝洪峰成果及溃坝时刻判断的准确性有一定影响。建议加强对堰塞体溃决机理研究，提升溃坝洪水模拟技术。

(3)水库水位暴涨爆落，容易造成库岸失稳，水库应急调度不仅要关注泄洪对下游的影响，同时还要关注水位变化对库岸的影响。