牛欄江紅石巖堰塞湖整治工程

張宗亮，張?zhí)烀?，楊再宏，?凱

(1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051；2.云南省水利廳牛欄江紅石巖堰塞湖整治工作建設指揮部，云南昭通657100)

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牛欄江紅石巖堰塞湖整治工程

張宗亮1，張?zhí)烀?，楊再宏1，程 凱1

(1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051；2.云南省水利廳牛欄江紅石巖堰塞湖整治工作建設指揮部，云南昭通657100)

牛欄江紅石巖堰塞湖為2014年魯?shù)?·3地震時形成的大型堰塞湖，由于堰塞體形成的位置的獨特性及堰塞體組成物質(zhì)較好，為應急處置、后續(xù)處置及永久整治提供了條件。介紹了紅石巖堰塞體形成概況、應急處置及后續(xù)處置情況、永久整治的必要性和緊迫性，以及永久整治工程方案及實施情況。

整治工程；應急處置；魯?shù)榈卣穑慌诮?；紅石巖堰塞湖

1 堰塞體形成及概況

2014年8月3日16時30分，云南省魯?shù)榭h發(fā)生6.5級地震，在魯?shù)榭h火德紅鄉(xiāng)李家山村和巧家縣包谷垴鄉(xiāng)紅石巖村交界的牛欄江干流上，因地震造成山體塌方形成堰塞湖。堰塞體位于原紅石巖水電站取水壩與廠房之間，在取水壩下游1 200 m處，如圖1所示。紅石巖左岸滑坡體在歷史上曾發(fā)生堵江事件，地震發(fā)生后，滑坡表面物質(zhì)被震松，大孤石及局部失穩(wěn)碎石土滑移進入牛欄江，但滑坡體整體沒有滑動，處于穩(wěn)定狀態(tài)。右岸崩塌體高速傾倒崩滑，滑向河床堆積而形成了堰塞體。根據(jù)SL450—2009《堰塞湖風險等級劃分標準》，紅石巖堰塞湖屬大型堰塞湖，危險級別為極高危險，潰決損失嚴重性為嚴重。根據(jù)危險性級別和潰決損失嚴重性確定堰塞湖風險等級為I級(最高級別)。

圖1 牛欄江紅石巖堰塞體

2 應急處置及后續(xù)處置簡介

紅石巖堰塞湖形成后，湖水水位持續(xù)上漲，堰塞體迎水面最高水位達到1 180 m，上游會澤、魯?shù)閮煽h牛欄江沿岸5 000多畝土地及居民房屋被淹沒，近4 000名群眾進行了轉(zhuǎn)移安置。原紅石巖水電站引水隧洞在堰塞體右岸山體內(nèi)，地震時電站進水口閘門開啟，下游有露天式調(diào)壓井與堰塞湖連通，堰塞湖水位壅高后，湖水從調(diào)壓井頂部自由溢流，形成獨特的應急泄洪通道。從2014年8月4日起，堰塞湖水位超過調(diào)壓井頂高程1 171.80 m時，開始從調(diào)壓井頂部自由溢出。堰塞湖處置階段采取了多項非工程措施，例如，做好群眾轉(zhuǎn)移安置工作、利用上游德澤水庫滯洪、騰出下游天花板和黃角樹水電庫容、加密現(xiàn)場實施監(jiān)測、組織提出堰塞湖處置技術(shù)方案等。同時還有多項工程措施，例如，8月11日中午，對調(diào)壓井底部施工支洞堵頭檢修門進行爆破拆除，拆除后檢修門1.8 m直徑鋼管下泄流量約60 m3/s；由于上游來流量不大，應急處置和后續(xù)處置期間堰塞湖水位基本穩(wěn)定在1 180 m附近，未繼續(xù)上升；8月28日，堰頂泄流槽底開挖至1 208 m高程，底寬約5 m，右岸新建長280 m的應急泄洪洞連通原紅石巖電站引水隧洞，于2014年10月3日貫通，10月4日晚堰塞湖已基本放空。采取上述措施使得堰塞體安全度過了2014年汛期，暫時解除了潰堰風險，為后期永久性整治創(chuàng)造了條件。

3 永久整治的必要性和緊迫性

3.1 堰塞湖危險依然存在、度汛形勢嚴峻

堰塞湖應急處置、后續(xù)處置完成后僅能滿足全年常年洪水標準的度汛要求，達不到規(guī)范規(guī)定的100年一遇洪水標準要求。

堰塞湖集水面積12 087 km2，是唐家山堰塞湖徑流面積的近4倍，洪量大，度汛風險十分高。如果不及時進行后期整治，到2015年汛期如遇較大洪水，將對上游部分居民和小巖頭電站造成淹沒，加劇庫區(qū)地質(zhì)災害的發(fā)生，同時堰塞湖威脅著下游沿江兩岸的魯?shù)?、巧家、昭陽三縣(區(qū))10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3萬余人、2 200萬m2(3.3萬畝)耕地，以及下游牛欄江干流上天花板、黃角樹等水電站的安全。一旦潰決形成潰壩洪水，對下游沿岸人民生命財產(chǎn)造成的危害難以估量，極易引發(fā)災害鏈，故堰塞湖永久性整治迫在眉睫。

3.2 地震引起的堰塞湖地質(zhì)災害問題嚴重

堰塞體右岸崩塌形成了高達600 m的邊坡，邊坡坡度陡峻，裂縫發(fā)育，穩(wěn)定性很差，依然存在不斷坍塌和崩落，嚴重危及下部安全。左岸為體積達5 670萬m3的古滑坡體，地震使該滑坡表面局部破壞。堰塞湖庫區(qū)發(fā)育有12個滑坡、7個崩堆積體、14處不穩(wěn)定斜坡及4條泥石流溝。上述不良的地質(zhì)體對堰塞體、堰塞湖庫周居民安全均存在巨大的威脅，必須盡快整治。

3.3 受災群眾生產(chǎn)生活急需安置

紅石巖堰塞湖形成后，大部分受災群眾均安置在堰塞湖附近村莊或公路路邊，生活條件極其惡劣，安全風險較高。受災群眾的安置工程應立即啟動并實施，使災民盡快轉(zhuǎn)入正常的生產(chǎn)生活。

紅石巖堰塞湖淹沒影響的村組地處山高坡陡區(qū)域，土地資源較為匱乏，不但受紅石巖堰塞湖淹沒影響同時也受地震災害影響，損失土地資源的受災群眾就近調(diào)劑或開墾土地較為困難，加之周邊村組、鄉(xiāng)鎮(zhèn)同屬于山高坡陡、人多地少區(qū)域，同樣受地震災害影響，基本沒有區(qū)域能再接納受災群眾，需要在其他區(qū)域開展必要的生產(chǎn)開發(fā)及水利設施配套工程建設。由于堰塞湖上下游周邊區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展水平低，水利基礎設施差，昭通魯?shù)榈卣鸷脱呷蜎]雙重影響，打破了區(qū)域群眾原有生活、生產(chǎn)環(huán)境，影響了原有生產(chǎn)條件，改變了群眾交通等設施保障，同時引起潛在的地質(zhì)次生災害。為實現(xiàn)災區(qū)生產(chǎn)恢復、生活改善目標，因地制宜利用堰塞湖形成的庫容，為區(qū)域干熱河谷2 400萬m2農(nóng)田灌溉和4.5萬人飲水提供水源，擴大當?shù)厣a(chǎn)生活環(huán)境容量，緩解土地資源受損群眾安置壓力，為當?shù)厥転娜罕娫缛栈謴蜕a(chǎn)生活提供必要的保障，促進災區(qū)經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展。

堰塞湖后期永久性整治按照先除害、再興利、輕重緩急的思路，著力抓好堰塞湖除險、防洪等永久性安全工程整治和堰塞湖受災群眾生產(chǎn)生活安置等工作，在此基礎上因地制宜分期開展后期電站重建工程等工作。

4 整治工程簡介

紅石巖堰塞湖進行永久性整治后，使其成為一個大型水利樞紐工程，其作用是除險防洪(消除地震可能引發(fā)的洪水等次生災害)、供水、灌溉、發(fā)電(裝機201 MW，年發(fā)電量7.87億kW·h)。整治工程主要由除險防洪工程(堰塞體整治、新建溢洪洞、改建泄洪沖沙洞、高邊坡治理)、電站重建工程和下游供水、灌溉工程組成，如圖2所示。

圖2 堰塞湖整治工程平面布置

按整治基本思路，紅石巖堰塞湖永久性整治工程主要目標是提高堰塞湖的防洪標準，確保防洪及邊坡治理等主體工程完工，實現(xiàn)堰塞湖永久性安全，并對受災群眾進行永久安置，確保人民群眾恢復正常的生產(chǎn)生活；在確保堰塞湖安全的基礎上，重建堰塞湖地引水發(fā)電工程，并擇機興建下游地震受災區(qū)供水、灌溉工程，發(fā)揮水資源綜合效益。

4.1 永久性整治工程

4.1.1 堰塞湖除險防洪工程

堰塞湖除險防洪工程主要內(nèi)容包括交通工程、右岸新建溢洪洞、堰塞體右岸崩塌邊坡治理及左岸清坡、堰塞體防滲加固處理、原紅石巖引水隧洞改建為泄洪沖沙洞等項目。

(1)交通工程。該工程主要包括進場公路及場內(nèi)交通公路等。主線和輔線進場道路的恢復、聯(lián)絡公路、原交通洞新建岔洞的修建從2014年10月底開始施工，2014年12月底全部完成，為工程施工創(chuàng)造條件。過堰塞體交通洞及庫區(qū)復建交通洞于2016年3月開工。

(2)右岸新建溢洪洞。在堰塞體頂應急泄流槽不過流的情況下，導流隧洞僅可以下泄5年一遇全年洪水。2015年汛期堰塞體壩擋水，度汛標準須采用全年100年一遇洪水，Q=3 520 m3/s。因此，必須增加泄洪建筑物來宣泄100年一遇洪水。根據(jù)整治工程建筑物布置、施工工期要求，需利用整治工程中的未完建溢洪洞參與泄流。右岸布置新建一條溢洪洞，由引渠段、閘室段、無壓洞段及出口鼻坎段組成，全長約1.2 km。無壓洞斷面為14 m×21 m的城門洞形。校核水位時，溢洪洞最大泄量為3 742 m3/s。主洞分3層開挖，2015年5月底完成上層開挖及支護，2015年汛期利用溢洪洞上層過流，過流斷面為15.6 m×9 m，滿足度汛標準要求，預計2017年下半年溢洪洞工程完工。

(3)堰塞體左右岸高邊坡治理。①右岸山坡崩塌高約600 m，坡度70°～85°。在崩塌后緣坡面約60 m(距崩塌邊緣)范圍內(nèi)卸荷變形縫多見，發(fā)育頻率約5 m一條。右岸崩塌邊坡治理方案為從上至下清除開裂、松動及倒懸?guī)r體，清坡后實施噴錨支護保護邊坡。坡頂至1 750 m高程約100 m高范圍內(nèi)松動開裂巖體進行開挖處理，開挖綜合坡比為1∶1，開挖方量約70萬m3。1 470～1 750 m高程為崩塌形成的陡峭坡面，清除表面松動及倒懸?guī)r體，清坡后素噴混凝土進行表面封閉保護。揭露軟巖部位布置預應力錨索及錨拉板。1 470 m高程以下緩傾平臺以清理松渣為主。②左岸山坡整體是穩(wěn)定的，主要是清除表面局部不穩(wěn)定體及表面浮石，對陡崖部位開裂區(qū)域做開挖及清坡方案處理。堰塞體邊坡于2016年7月底基本完成。

(4)堰塞體防滲加固處理。堰塞體作為永久性擋水建筑物需進行防滲處理，初擬采用防滲墻及灌漿帷幕進行防滲加固處理。防滲墻頂高程為1 209 m，沿防滲線路對堰塞體進行槽挖，防滲墻頂部長267 m，最深位置約130 m；左岸堆積體范圍內(nèi)開挖灌漿洞，并延伸灌漿洞與地下水位線相接，左岸灌漿洞總長約278 m，堆積體范圍內(nèi)洞長184 m，左岸堆積體范圍內(nèi)進行雙排帷幕灌漿防滲，堆積體范圍內(nèi)帷幕深度約90 m，基巖范圍內(nèi)采用單排灌漿防滲；右岸崩塌體邊坡內(nèi)設灌漿洞，與q=5Lu線相交，灌漿洞長106 m，洞內(nèi)設單排帷幕。帷幕底線按伸入基巖單位吸水率ω≤0.05 L/(min·m·m)地層5 m控制。防滲墻計劃工期24個月。

(5)原紅石巖引水隧洞改建為泄洪沖沙洞。改建后的沖沙洞主要承擔汛期泄洪、沖沙功能，必要時作為水庫放空洞。泄洪沖沙洞由進水塔、有壓隧洞段、出口工作閘室及挑流鼻坎組成，隧洞全長1 659.439 m。有壓洞斷面為圓形，直徑7.6 m，其中與原紅石巖引水隧洞結(jié)合段長1 156.175 m。校核水位時，泄洪沖沙洞最大泄量約944 m3/s。

4.1.2 堰塞湖影響受災群眾安置

經(jīng)初步調(diào)查分析，紅石巖堰塞湖整治工程水庫淹沒影響范圍涉及云南省昭通市魯?shù)榭h、巧家縣和曲靖市會澤縣共計2市3個縣、6個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、12個村民委、57個村民小組。建設征地涉及土地總面積5.314 km2，其中陸地面積4.031 km2，水域面積1.283 km2。包括耕地165萬m2、園地67.7萬m2、林地88.3萬m2、魚塘4 667 m2，建設用地24.3萬m2，未利用地57.33萬m2。水庫淹沒影響范圍內(nèi)居民2 524人，涉及房屋面積共計102 982 m2。

4.1.3 電站重建工程

(1)電站重建工程。堰塞體進行整治后將成為永久性的擋水建筑物，泄洪建筑物也已同步實施，可利用堰塞湖進行電站重建。輸水發(fā)電系統(tǒng)布置于右岸，由電站進水口、輸水隧洞、調(diào)壓井和壓力鋼管、廠房組成。電站共3臺機，單機發(fā)電容量67 MW，共201 MW，建成后年發(fā)電量7.87億kW·h。鑒于水庫運行后，無法進行電站進水口的施工，因此，電站進水口宜在水庫蓄水前完建，其余電站重建工程根據(jù)實際條件適時開展。

(2)堰塞湖下游地震受災區(qū)供水、灌溉工程。下游供水、灌區(qū)位于牛欄江中下游兩岸，受益魯?shù)椤⑶杉?、昭?個縣區(qū)共8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，灌溉面積2 400萬m2，遠景規(guī)劃4 200萬m2，供水人口4.5萬人，遠景規(guī)劃6.91萬人，牲畜2.0萬頭，遠景規(guī)劃3.32萬頭。引用流量6.6 m3/s?？偢汕L31.166 km，其中包括5條隧洞，總長19.541 km；2 座倒虹吸，總長1.144 km；6 座渡槽，總長0.57 km；明渠9.911 km；2條支洞，總長0.541 km。

5 小 結(jié)

堰塞湖后期永久性整治按照“先除害、再興利”的思路分輕重緩急治理，標本兼治，系統(tǒng)規(guī)劃。堰塞湖永久性整治工程著力加快實施堰塞湖除險、防洪等永久性安全工程整治，以提高堰塞湖防洪標準，確保防洪及邊坡治理等主體工程完工，實現(xiàn)堰塞湖永久性安全。目前，溢洪洞全洞已貫通，滿足堰塞體2016年度汛要求，兩岸高邊坡治理正在實施，2016年將繼續(xù)開展堰塞體整治、泄洪沖沙洞改建等項目，為滿足2017年底電站首臺機組發(fā)電的目標，電站重建工程也已開工建設。后期將擇機實施供水灌溉工程。經(jīng)綜合整治，最終將紅石巖堰塞湖變廢為寶、除害興利，改造成一個綜合性水利樞紐工程，發(fā)揮水資源綜合效益，開拓了地震災后重建的新篇章。

[1] 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司. 云南省牛欄江紅石巖堰塞湖整治工程 可行性研究報告[R]. 昆明： 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司， 2015．

[2]陳五一， 鄭家祥， 譚建. 唐家山堰塞湖應急排險設計及綜合整治的設想[J]. 水力發(fā)電， 2008， 34(11)： 10- 14．

(責任編輯 王 琪)

Remediation Project of Hongshiyan Dammed Lake in Niulan River

ZHANG Zongliang1, ZHANG Tianming2, YANG Zaihong1, CHENG Kai1

(1.PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China; 2. Yunnan Provincial Department of Water Resources Niulanjiang Hongshiyan Dammed Lake Remediation Work Construction Headquarters, Zhaotong 657100, Yunnan, China)

Hongshiyan Dammed Lake in Niulan River is formed by 8·3 Ludian earthquake in 2014. As unique position and preferable composition of dammed body, it provides a good condition for emergency treatment, follow-up treatment and permanent remediation. The general conditions of Hongshiyan Dammed Lake are introduced. The emergency response and subsequent treatment, the necessity and urgency of permanent remediation, and the permanent treatment project scheme and its implementation are also presented．

remediation project; emergency treatment; Ludian earthquake; Niulan River; Hongshiyan Dammed Lake

2016- 03- 09

張宗亮(1963—)，男，山東濟南人，教授級高工，博士生導師，全國工程設計大師，長期從事水利水電工程設計、咨詢及管理工作．

TV86

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0559- 9342(2016)09- 0083- 04