朱玲玲,李圣偉，董炳江,許全喜,袁 晶

(長江水利委員會水文局,武漢 430010)

長江干流通天河在楚瑪爾河匯入后，自直門達水文站至四川省宜賓市岷江口稱為金沙江. 其中，巴塘至石鼓為上游，石鼓至攀枝花為中游，攀枝花至岷江口為下游. 向家壩水電站運行前，金沙江出口控制站屏山站多年平均(1955-2011年)徑流量和輸沙量分別為1430億m3和2.35億t，分別占同期長江中游宜昌站的33.6%和55.7%，泥沙占比尤為顯著，是長江流域泥沙最重要的來源[1-2]. 金沙江下游屏山站多年平均含沙量為1.64 kg/m3，大于長江干流中游宜昌站的0.989 kg/m3及產(chǎn)沙量較大的一級支流嘉陵江(1.56 kg/m3)和烏江(0.497 kg/m3)等. 地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性因素是影響流域產(chǎn)沙的主要原因之一. 金沙江地處干熱河谷，流域特殊的自然環(huán)境，是造成其水土大量流失的先決條件[3]. 起伏變化巨大的流域地形以及其破碎豐富的巖石、碎屑，孕育了可大量流失的松散物質(zhì)，在較大重力分力及暴雨促發(fā)動力的作用下，泥沙以滑坡、泥石流、崩塌等方式，匯入流域干、支流，是金沙江輸沙量偏大的重要因素[4].

2018年10月10日和11月3日，在大量強降雨及持續(xù)降雨作用下，西藏昌都市江達縣波羅鄉(xiāng)白格村日安組先后發(fā)生2次大型庫岸巖質(zhì)滑坡，總方量約3380萬m3，滑坡體迅速形成長約270 m、可見高近60 m的堰塞壩，阻斷金沙江干流，形成堰塞湖[5-6](以下簡稱白格堰塞湖)，嚴重威脅上、下游人民群眾生命財產(chǎn)安全. 兩次白格堰塞湖險情先后經(jīng)自然和人工泄流后解除，最大下泄流量分別達到10000和31000 m3/s[7](萬年一遇洪水)，大洪水同時挾帶滑坡體泥沙和河道河床上的泥沙往下游輸移，下游巴塘站先后出現(xiàn)21.6、42.0 kg/m3的沙峰過程，高含沙洪水到達金沙江中游后，經(jīng)梨園、阿海等梯級電站的聯(lián)合調(diào)度和攔蓄，洪峰大幅削減[8]，泥沙也被大量攔截. 堰塞湖事件發(fā)生以來，先后有學者就白格滑坡體產(chǎn)生機制和發(fā)展趨勢、堰塞湖應急監(jiān)測、泄流方案論證及金沙江中游梯級水庫應急調(diào)度等內(nèi)容開展了研究[5-10]，對堰塞湖險情解除中的技術(shù)問題及其金沙江防洪安全影響的評估有相對全面的總結(jié). 金沙江作為長江流域最重要的水沙來源，其突發(fā)事件對于水沙情勢的影響備受關(guān)注，同時金沙江上、中、下游規(guī)劃和開發(fā)了多級大型梯級電站[11]，水沙條件突變會影響電站的建設、運行及使用壽命等[12]，目前關(guān)于該類問題尚未開展研究工作.

本文通過收集白格堰塞體附近、上下游河道控制性水文站、下游河道固定觀測斷面以及金沙江上、中、下游梯級電站建設和運行等資料，分析了高含沙洪水傳播過程及金沙江中下游水沙的變化特征，估算了梯級水庫的攔沙量，綜合研究了白格堰塞湖事件對于金沙江上、中、下游水沙及梯級電站建設及運行的影響，可為金沙江上、中、下游梯級電站的建設和運行提供數(shù)據(jù)基礎. 此外，研究對比分析了堰塞湖自然和人工泄流條件下的下游河道水沙沿程輸移特征，有助于進一步豐富和完善潰壩洪水傳播及水沙輸移的模擬計算.

1 金沙江白格堰塞湖險情

2018年10月10日22時06分，西藏自治區(qū)江達縣波羅鄉(xiāng)白格村發(fā)生山體滑坡，阻斷金沙江干流形成堰塞湖，堰頂埡口高程為2931 m(白格堰塞湖地理位置見圖1). 2018年10月13日凌晨0時45分左右，滑坡壩漫頂溢流后自然泄洪，逐漸沖刷形成泄流槽，最大下泄流量約10000 m3/s. 堰塞湖水位持續(xù)下降，截至10月16日堰塞水位由2915.1 m下降至2894.60 m. 11月3日17時40分，右岸山體再次發(fā)生滑坡，形成二次堰塞堵江斷流，堰塞體順河長約270 m，橫河寬約580 m，高出原河道泄流槽73～77 m，比首次堰塞湖堰頂高出約35 m. 11月8日起，通過3天連續(xù)開挖，形成一條長220 m的倒梯形導流槽. 11月12日5時，堰塞湖水位漲至導流槽底高程2952.5 m，13日13時45分，堰塞湖壩前水位達到最高值2956.4 m，總漲幅64.0 m，對應蓄水量5.78億m3，18時堰塞壩潰決達到洪峰流量31000 m3/s. 11月15日8時，堰塞湖入庫流量507 m3/s，出庫流量529 m3/s，出入庫水量平衡，水位穩(wěn)定，險情解除.

據(jù)鄧建輝等對此次滑坡時間產(chǎn)生的原因及機制研究，白格滑坡地處金沙江縫合帶，巖性為元古界熊松群片麻巖組，具有多期、多次變形與變質(zhì)特點，糜棱巖化和蝕變均很嚴重[5]. 2018年及此前2年里，滑坡所在的江達縣降雨量急劇增加，常有大量強降雨及持續(xù)降雨過程，在長期重力、降雨和地下水的綜合影響下，山體產(chǎn)生累積時效變形[6]，且白格滑坡存留的變形區(qū)仍有再次滑塌和堵江的風險[5-6].

2 堰塞湖泄流時洪峰、沙峰傳播過程

2.1 第一次泄洪期(自然)

白格堰塞湖第一次泄流為自然漫溢過流，泄流期間白格至石鼓段洪峰和沙峰傳播過程連續(xù)性較好. 2018年10月13日6時堰塞湖出現(xiàn)最大下泄流量10000 m3/s，根據(jù)觀測，下游190 km的巴塘站13日14時出現(xiàn)洪峰7850 m3/s，同時出現(xiàn)21.6 kg/m3的沙峰，含沙量大于5.0 kg/m3的水流過程持續(xù)約14 h；下游590 km的石鼓站15日0時出現(xiàn)5210 m3/s的洪峰，15日2時出現(xiàn)11.6 kg/m3的沙峰，沙峰稍稍滯后洪峰，且沙峰峰值有所坦化，含沙量大于5.0 kg/m3的過程持續(xù)約16 h(表1、圖2). 主要受上游來流和河道上一時段沉積的泥沙不斷補給作用，石鼓站高含沙量過程持續(xù)時間較巴塘站偏長. 綜合來看，白格堰塞湖自然泄流期間，堰塞體下游河道的洪峰和沙峰幾乎同步傳播，洪峰傳播速度沿程遞減，堰塞湖泄流洪峰傳播至巴塘站的速度約23.7 km/h，自巴塘站傳播至石鼓站的速度約為11.8 km/h，速度減小一半；堰塞湖水體下泄時挾帶的泥沙一部分在下游河道內(nèi)沉積，按控制站10月13-15日輸沙總量的差值統(tǒng)計，沉積在巴塘至石鼓河段的泥沙約有400萬t，另一部分則輸送至金沙江中游水庫內(nèi).

表1 白格堰塞湖泄流后沿程洪峰、沙峰特征值統(tǒng)計*

石鼓下游水流逐級進入金沙江中游梯級水庫群. 此前，梨園、阿海和金安橋水庫共騰出近3億m3庫容接納堰塞湖洪水[8]，因而洪峰過程經(jīng)梨園和阿海電站調(diào)蓄后，阿海電站下游的阿海水文站15日、16日平均流量下降至2560、2630 m3/s，較正常情況下的10月平均流量略偏大；再經(jīng)金安橋電站調(diào)蓄后，至攀枝花站16日流量減小為2000 m3/s，日均含沙量為0.007 kg/m3，徑流基本恢復正常水平，含沙量的大幅減小主要受金沙江中游梯級電站攔沙作用的影響.

圖2 白格堰塞湖第一次泄流后洪峰和沙峰傳播過程

2.2 第二次泄洪期(人工)

白格堰塞湖第二次泄流經(jīng)由人工挖掘的通道，洪峰流量達萬年一遇，洪水過程傳播迅速. 2018年11月13日18時白格堰塞湖出現(xiàn)最大下泄流量31000 m3/s，巴塘站14日1時出現(xiàn)洪峰21200 m3/s，沙峰先于洪峰 1 h 出現(xiàn)，含沙量高達42.0 kg/m3，沙峰過程瘦尖，含沙量大于5 kg/m3的過程持續(xù)約11 h. 石鼓站15日8時出現(xiàn)8380 m3/s洪峰，沙峰提前洪峰6 h出現(xiàn)，含沙量為28.5 kg/m3，沙峰過程有所坦化，含沙量大于5 kg/m3的過程持續(xù)約28 h(圖3). 相較于自然泄流情況，人工泄流期洪峰流量顯著偏大，洪峰傳播更為迅速，白格至巴塘區(qū)間洪峰傳播速度為27.1 km/h，巴塘至石鼓區(qū)間洪峰傳播速度為12.9 km/h. 此次泄流期間，堰塞湖水除挾帶二次滑坡體產(chǎn)生的泥沙以外，還將第一次泄流期沉積在河道內(nèi)的泥沙再次沖起，致使堰塞體下游河道沙峰含沙量較第一次泄流期高出1倍，沙峰相較于洪峰提前出現(xiàn)，且高含沙量持續(xù)過程時間也有所延長，石鼓站高含沙量過程持續(xù)時間延長尤為明顯. 11月13-16日期間，巴塘至石鼓河段內(nèi)總計沉積泥沙僅95.8萬t，遠小于第一次自然泄流期.

圖3 白格堰塞湖第二次泄流后洪峰和沙峰傳播過程

洪峰經(jīng)過石鼓站后，開始進入金沙江中游梯級電站，為削減洪峰，梨園、阿海和金安橋電站開展緊急調(diào)度，至12日14時，金沙江中游梯級水庫共騰出庫容8.07億m3，可用調(diào)節(jié)庫容13.0億m3[8]，以應對堰塞湖潰壩洪水. 洪峰經(jīng)梯級電站攔截后，15日阿海和金安橋站日均流量分別削減至763和796 m3/s，至攀枝花站流量變化不大，含沙量基本小于0.01 kg/m3.

可見，白格堰塞湖兩次泄流時的洪峰和沙峰傳播過程持續(xù)影響至金沙江中游，經(jīng)金沙江中游梯級電站逐級調(diào)蓄后，至金沙江中游出口，水沙條件基本恢復正常. 第一次泄流期間，堰塞湖水挾帶的泥沙大量在河道內(nèi)沉積下來，洪峰和沙峰幾乎同步傳播，傳播速度沿程遞減；第二次泄流期間，洪峰流量較第一次顯著偏大，傳播過程更為迅速，堰塞湖水將第一次泄流期間沉積于河道的大部分泥沙再次掀起挾帶至下游，沙峰先于洪峰出現(xiàn)，挾帶的泥沙最終在金沙江中游梯級電站內(nèi)沉積下來，金沙江中游出口含沙量依然維持極低的水平.

3 對金沙江水沙條件的影響

3.1 對徑流量及其過程的影響

2018年長江上游來流較往年偏豐，尤其是汛期流量明顯偏大. 在天然來流偏豐、堰塞湖潰壩洪水及梯級電站調(diào)蓄綜合作用下，金沙江中下游的年內(nèi)流量過程與往年有一定差別. 具體就堰塞湖事件的影響來看，兩次堵江對干流流量的影響發(fā)展過程均可分為四個階段，首先是滑坡體堵江，導致堰塞湖下游河道流量驟減，10月11日和11月5日，堰塞湖上游崗拖站(堰塞湖上游約90 km)日均流量分別為1320、670 m3/s，下游巴塘站流量則分別減小至315、208 m3/s；其次是金沙江中游梯級水庫為消納堰塞湖水體提前預泄，對應金沙江中游出口攀枝花站增大，10月13日和11月8日，水庫預泄使得攀枝花站日均流量分別達到4980和3250 m3/s；第三階段堰塞湖漫溢(潰決)，下游巴塘、石鼓站流量驟增；最后一個階段金沙江中游梯級對堰塞湖洪水進行調(diào)蓄，之后金沙江中游出口流量過程恢復正常(圖4). 可見，2018年堰塞湖事件加大了下游金沙江干流一段時期內(nèi)的流量變幅.

圖4 金沙江上游及中游主要站點2018年10-11月日均流量、含沙量變化

進一步統(tǒng)計對比1981年以來金沙江干流控制站10月、11月的徑流量和最大流量(表2)，首先，2018年10月和11月，金沙江中下游徑流量偏大主要與上游來水偏大有關(guān)，與1981-2010年、2011-2017年均值相比，10月崗拖站徑流量分別偏大83.8%和51.7%，下游巴塘、石鼓、金安橋及攀枝花站偏大的幅度均不及崗拖站. 其次，堰塞湖對徑流過程的影響集中體現(xiàn)在月最大流量的變化，上游崗拖站10月、11月最大流量均未超出1981年以來的最大范圍，但下游巴塘至攀枝花站幾乎都出現(xiàn)了超歷史的最大流量. 可見，堰塞湖事件并未改變金沙江中下游徑流總量，僅影響了局部時段內(nèi)的徑流分配. 堰塞湖事件對于其下游金沙江干流的水流過程可以從堰塞體形成到恢復天然過流的過程進行解釋，堰塞湖形成至潰決前，持續(xù)匯集上游來流，匯集的水流在潰決后一段時間內(nèi)集中向下游輸送，簡單意義上可看作是將上游幾天的來流壓縮在較短的時間內(nèi)輸送，導致局部時段流量驟增.

表2 1981-2018年金沙江干流控制站10-11月徑流輸沙特征對比*

綜上，2018年10月和11月金沙江中游控制站的徑流量偏大主要與上游來流量偏豐有關(guān)，白格堰塞湖對流量過程的影響，主要體現(xiàn)為堰塞體匯聚上游幾天來流后在潰決時集中向下游輸送，導致局部時段流量驟增，自巴塘至攀枝花10月、11月最大流量大多超過歷史最大值. 特大洪水經(jīng)金沙江中游梨園、阿海和金安橋電站聯(lián)合調(diào)度后，到達下游阿海、金安橋站已削減為正常洪水，至金沙江中游出口攀枝花站，流量過程變化不明顯.

3.2 對輸沙量及其過程的影響

據(jù)許強等的研究，2018年10月第一次滑坡體的體積約有2200萬m3，巖土體失穩(wěn)堵塞金沙江后形成堰塞壩；11月第二次滑坡總體積達930萬m3[9]. 綜合鄧建輝等的研究成果，估算出兩次滑坡堆積至金沙江河道內(nèi)的土體體積在約3200萬m3[5,9]，若按土體干容重1.65 t/m3計算，進入河道內(nèi)的土體總計約5300萬t. 泥沙進入河道后，部分隨水流向下游輸移并沿程沉積下來，直至進入金沙江中游梯級電站被攔截，至金沙江出口，泥沙輸移強度恢復至正常水平. 因此，白格堰塞湖事件產(chǎn)生的大量泥沙可能分布在3個區(qū)域，一是仍留在堰塞湖區(qū)域，二是短暫沉積在堰塞湖下游至石鼓段的河道內(nèi)，三是進入金沙江中游梯級水庫. 下文擬研究給出滑坡體產(chǎn)生的泥沙在這3個區(qū)域的分配情況.

3.2.1 泥沙輸移總量變化及其分配區(qū)域 自滑坡土體進入河道開始，泥沙便由水體挾帶在河道內(nèi)輸移并持續(xù)相當長的一段時間，統(tǒng)計2018年10月11日至11月30日期間(2018年12月至2019年3月枯水期間，金沙江上游和中游水文控制站均不開展泥沙觀測)，金沙江干流的徑流、輸沙總量如表3. 上游崗拖站不開展泥沙觀測，據(jù)此前的泥沙觀測資料，估算這一時段內(nèi)該站輸沙量總和不超過20萬t. 同期，巴塘站的泥沙輸移量多達1420萬t，在不考慮區(qū)間產(chǎn)沙情況下，可以認為較崗拖站多出的1400萬t為滑坡事件產(chǎn)生的泥沙. 巴塘至石鼓段河道內(nèi)泥沙僅在泄流期間短暫沉積，隨后被水流逐漸挾帶至下游，因而巴塘站與石鼓站的輸沙量基本相當，且巴塘站在堰塞湖期間斷面主河槽部分呈沖刷下切狀態(tài)(圖5a)，也就是說河道內(nèi)并未有泥沙沉積的現(xiàn)象，反而沖刷補充約30萬t的泥沙. 可見，堰塞湖區(qū)域和河道沖起補給的泥沙全部進入金沙江中游梯級水庫內(nèi)，其中梨園、阿海和金安橋累積攔截泥沙約1400萬t，龍開口、魯?shù)乩陀^音巖共計攔截泥沙約43萬t.

圖5 金沙江中下游水文控制站斷面變化

再次對比各控制站2018年、2011-2017年同期的平均徑流量和輸沙量(表3)，可以看出，沿程徑流量增加的規(guī)律沒有發(fā)生變化，堰塞湖區(qū)域上游的崗站拖和下游的巴塘站，2018年10月11日至11月30日的徑流量較2011-2017年同期均值均偏大約8億m3，進一步說明堰塞湖期間徑流量偏大主要與上游來流偏豐有關(guān). 從輸沙情況來看，在不考慮區(qū)間來沙的情況下，2011-2017年同期，金沙江中游的輸沙量均較小，巴塘至石鼓段在天然情況下呈現(xiàn)微沖的狀態(tài)，與控制斷面的變化一致(圖5)，且沖刷量略大于堰塞湖期間. 進入并淤積在梨園、阿海和金安橋水庫的沙量年均只有61.4萬t，遠遠小于堰塞湖潰決造成的泥沙堆積量. 上游梯級電站攔沙作用下，龍開口、魯?shù)乩坝^音巖電站幾乎無泥沙堆積，位于庫區(qū)范圍內(nèi)的金安橋水文站斷面自電站運行來基本無變化(圖5c)，這也顯著區(qū)別于堰塞湖期間的泥沙淤積現(xiàn)象.

表3 金沙江上中游干流控制站徑流、輸沙量統(tǒng)計

綜上，截至2018年11月30日，白格滑坡事件產(chǎn)生并輸入河道的總沙量并未在河道內(nèi)沉積，泥沙主要分布在兩個區(qū)域內(nèi)，一是輸移至金沙江中游梯級水庫內(nèi)，約有1400萬t，約占滑坡體總量的26%；二是仍留存在堰塞湖至巴塘區(qū)間內(nèi)，堆積在兩岸和河床上，滯留總量約3900萬t，約占滑坡體總量的74%. 進一步分析金沙江中下游干流控制站的斷面變化發(fā)現(xiàn)，自然情況下，金沙江中游河道河床微沖(圖5)，巴塘站和石鼓站的斷面長久以來都沒有出現(xiàn)泥沙堆積的現(xiàn)象. 可以認為在一定的來流條件下，金沙江上中游河道具備將堆積在河道內(nèi)的滑坡土體向下游輸移的能力. 因而，水流以河床掀起和河岸侵蝕等形式，持續(xù)將滑坡體泥沙向下游輸移，今后幾年的汛期堰塞湖下游河道仍將會出現(xiàn)大含沙量水流，大部分泥沙最終會沉積在金沙江中游的梯級水庫內(nèi).

進一步從石鼓站在堰塞湖泄流期間的懸移質(zhì)泥沙顆粒組成情況來看(圖6)，堰塞湖泄流期間，石鼓站多出的懸移質(zhì)泥沙中顆粒小于0.125 mm的沙量百分比超過93%，懸移質(zhì)泥沙中值粒徑未超出2010年以來的平均值，表明滑坡體產(chǎn)生的較細的泥沙顆粒隨水流迅速輸移至下游，而粗顆粒的泥沙或塊石則以推移質(zhì)形式運動，輸移速度相對較慢. 據(jù)統(tǒng)計，1981-2017年巴塘和石鼓站多年平均年輸沙量分別為2030萬t和2850萬t，表明巴塘至石鼓區(qū)間水流仍有年均約800萬t泥沙挾帶能力富余. 且巴塘和石鼓大斷面資料顯示該河段內(nèi)長期沒有出現(xiàn)泥沙沉積的現(xiàn)象，因此該段泥沙輸移富余能力遠遠超過800萬t. 參照金沙江下游的產(chǎn)輸沙特點來看，該區(qū)段崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕量大，僅干流河谷區(qū)間年侵蝕量即達0.76億t[13]，這部分重力侵蝕物質(zhì)大多直接進入河道形成河道泥沙[14]. 金沙江上游落差大、水流流速大，且含沙量一直較小，水流對河床和兩岸都有較強的侵蝕作用. 因此，在過流的情況下，此次白格滑坡事件產(chǎn)生并堆積在河道內(nèi)的土體都能隨水流輸移至河道下游，再結(jié)合河道的實際輸沙能力簡單估算，堰塞湖區(qū)滯留的懸移質(zhì)泥沙將集中在今后約5年的汛期輸移，推移質(zhì)泥沙的輸移過程則相對漫長.

圖6 石鼓站10、11月中值粒徑及d<0.125 mm泥沙顆粒沙量百分比年際變化

3.2.2 泥沙輸移過程的變化特征 2018年金沙江上游汛期徑流較往年明顯偏豐，根據(jù)觀測資料分析，金沙江干流具有較為明顯的“大水帶大沙”特征，歷史上巴塘站和石鼓站月均含沙量極大值幾乎都出現(xiàn)在主汛期內(nèi)，兩站的水沙輸移相關(guān)關(guān)系沒有出現(xiàn)趨勢性的變化(圖7)，2018年7-11月輸沙量較往年偏多明顯. 尤其是2018年11月，受堰塞湖泄流的影響，巴塘和石鼓站輸沙量和含沙量均異常偏大，其月均流量-輸沙率相關(guān)關(guān)系較自然狀態(tài)下明顯偏離，且輸沙主要集中在沙峰期，峰值均顯著超過歷史水平(圖4，表2). 巴塘站兩次泄流帶來的沙峰過程輸沙總量分別為488萬、817萬t，分別占10月、11月輸沙總量的70.9%、90.0%. 盡管泥沙被金沙江梨園、阿海和金安橋電站大幅攔截，但期間金安橋站輸沙量仍較往年明顯偏多，再經(jīng)龍開口、魯?shù)乩陀^音巖電站到達攀枝花站，泥沙則基本被徹底攔截. 因此，堰塞湖泄流造成下游河道出現(xiàn)集中輸水輸沙的現(xiàn)象，且影響范圍主要在金沙江中游，金沙江中游的梯級電站截斷了這種影響，使得金沙江下游水沙基本不受影響.

圖7 金沙江中游巴塘和石鼓站月均流量-輸沙率的相關(guān)關(guān)系

可見，白格堰塞體泄流向下游集中輸送了大量的泥沙，下游巴塘、石鼓站10月、11月輸沙量顯著偏多，且主要集中在泄流期間輸移. 截至目前，堰塞湖下游河道河床未出現(xiàn)泥沙堆積現(xiàn)象，白格滑坡堆積至河道內(nèi)的泥沙約有26%輸送至金沙江中游，經(jīng)梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖等水電站庫區(qū)，約74%的泥沙仍滯留在堰塞湖區(qū)域和巴塘上游河道內(nèi). 受金沙江中游梯級調(diào)蓄和攔沙作用，金沙江中游出口攀枝花站徑流過程變化較小，輸沙量仍延續(xù)2011年以來較正常偏少的規(guī)律. 因此，堰塞湖形成及泄流對金沙江水沙的影響基本在上中游段范圍內(nèi).

4 對金沙江梯級水電站運行的影響

4.1 金沙江中下游梯級電站調(diào)度情況

2012年7月，國家發(fā)改委批復了金沙江上游規(guī)劃“一庫十三級”的水電開發(fā)方案，其中自白格堰塞湖往下游分別為葉巴灘、拉哇、巴塘、蘇洼龍、昌波、旭龍和奔子欄水電站，葉巴灘(預計2025年建成)、巴塘(預計2023年建成)和蘇洼龍(預計2021年建成)已開工建設. 金沙江中游水電開發(fā)規(guī)劃方案為“一庫八級”，目前上虎跳峽和兩家人尚未開工建設，已建成的第一個電站為梨園，其下游依次是阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖電站，金沙江下游已建成的梯級主要是溪洛渡和向家壩電站，電站相對位置分布如圖1，金沙江中下游已建成運行的水電站各項基本指標如表4. 金沙江中游6級和下游2級電站從2010年開始陸續(xù)蓄水運行，2015年均建成完工. 金沙江中游6級電站的總調(diào)節(jié)庫容約16.38億m3，正常蓄水位以下的總庫容為65.99億m3，其中，梨園電站調(diào)節(jié)庫容和正常蓄水位以下庫容分別為1.73億m3和5.54億m3.

表4 已建金沙江中下游梯級電站基本指標統(tǒng)計

圖8 白格堰塞湖第二次泄流期間金沙江中游梨園、阿海電站的調(diào)度情況

2018年白格堰塞湖第一次自然泄流前梨園、阿海和金安橋水庫共騰出近3億m3庫容接納堰塞湖洪水，洪峰出阿海電站后基本恢復至正常狀態(tài). 第二次人工泄流前，根據(jù)險情發(fā)展和工程措施降低堰塞體高程進展情況，長江水利委員會提出分堰塞體潰決前和潰決后兩階段四步走的騰庫實施方案，優(yōu)先使用梨園、阿海、金安橋水庫攔蓄洪水，分階段對水庫進行調(diào)度，降低梨園、阿海、金安橋水庫水位分別至1592.0、1493.3、1406.0 m，累計騰空庫容約13億m3. 通過水庫攔蓄，努力將堰塞體潰壩洪水消納在金沙江中游，并全力保障水庫安全. 2018年11月16日，金沙江“11.3”白格堰塞湖潰壩洪水通過梨園水庫，最大入庫流量7410 m3/s，最大出庫流量4490 m3/s，削減洪峰流量2920 m3/s；阿海水庫承接上游梨園水庫下泄流量，最大入庫流量4430 m3/s，最大出庫流量2900 m3/s，削減洪峰流量1530 m3/s(圖8)，梯級電站聯(lián)合調(diào)度作用下，將金沙江上游萬年一遇洪水逐步削減為一般洪水[6]. 金沙江干流“大水帶大沙”的現(xiàn)象十分明顯，水庫在削減大洪水的同時，也攔截了大量的泥沙，從而對水庫運行及使用壽命帶來一定的影響.

4.2 對金沙江梯級電站運行的影響

考慮到金沙江上游梯級電站均尚未建成運行，此次堰塞湖事件，發(fā)揮削減洪峰作用和攔截泥沙的電站主要是金沙江中游的梨園和阿海電站，且泥沙攔截以梨園電站為主，因此，關(guān)于堰塞湖事件對于金沙江梯級電站運行的影響分析主要圍繞梨園電站開展. 梨園電站于2014年11月蓄水，2015年11月建成投產(chǎn). 根據(jù)《金沙江中游河段梨園水電站可行性研究報告》，電站在可行性研究階段給出的壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2821萬t，推移質(zhì)輸沙量為84.6萬t，輸沙量較大，因而就是否設置汛期排沙水位開展了專項研究. 研究認為若無上游規(guī)劃的兩家人和虎跳峽電站，梨園電站工程的泥沙問題較為嚴重，在水庫單獨運行的條件下，泥沙淤積5年或10年后剩余有效庫容能滿足水庫所需調(diào)節(jié)庫容的要求，20年后不滿足要求.

梨園電站目前已蓄水運行4年多，上游兩家人和虎跳峽電站尚未開工. 按照金沙江干流控制水文站的輸沙量初步統(tǒng)計，2015-2018年，梨園、阿海和金安橋電站共計攔截泥沙約8606萬t，年均攔沙量為2150萬t，按泥沙容重換算后占3個梯級正常蓄水位以下庫容的比例約2.2%，且在這3級電站中，以梨園電站攔沙為主. 除2015年以外，2016、2017和2018年梨園電站壩址(采用石鼓站，考慮區(qū)間產(chǎn)沙后，實際壩址的輸沙來量應較石鼓站偏大)的懸移質(zhì)泥沙淤積量均較可研階段采用值偏大，尤其是2018年，偏大幅度達到87%，且堰塞湖下游河道長期處于補給泥沙的狀態(tài)，金沙江上游的梯級電站最早也將于2021年建成，堰塞湖區(qū)域滯留的約3900萬t的泥沙大多將陸續(xù)輸移至金沙江中游梯級水庫內(nèi)(表5). 在這種情況下，梨園電站單獨運行5年或者10年剩余的有效庫容有可能不滿足水庫所需調(diào)節(jié)庫容的要求.

表5 2015-2018年金沙江中游梯級電站蓄水以來攔沙情況統(tǒng)計

2018年，金沙江下游已經(jīng)建成運行的溪洛渡和向家壩電站均于白格滑坡事件發(fā)生前(9月30日)完成蓄水任務，同時白格堰塞湖事件產(chǎn)生的大量泥沙被金沙江中游梯級電站攔截，至金沙江下游入口攀枝花站，水沙過程基本未受影響. 因此，白格堰塞湖對金沙江下游梯級水庫入庫水沙條件和水庫運行基本無影響.

5 結(jié)論

本文從堰塞湖泄流對洪峰、沙峰傳播過程出發(fā)，對比分析了金沙江上游、中游控制站的流量和輸沙量及其變化過程，結(jié)合金沙江中游梯級電站的調(diào)度情況，評估了堰塞湖事件對金沙江中下游水沙輸移及梯級電站運行的影響，主要結(jié)論如下：

1) 2018年10月和11月堰塞湖兩次泄流潰口附近最大流量分別為10000和31000 m3/s，洪峰和沙峰傳播過程持續(xù)影響至金沙江中游，自巴塘站至攀枝花站月最大流量、最大含沙量多數(shù)超過歷史最大值. 堰塞湖潰決洪水經(jīng)金沙江中游梯級電站逐級調(diào)蓄后，至金沙江中游出口，水沙條件基本恢復正常. 自然泄流期洪峰和沙峰基本同步傳播，人工泄流期洪峰流量較自然泄流期顯著偏大，傳播過程更為迅速，并將自然泄流期間沉積于河道的大部分泥沙再次掀起挾帶至下游，沙峰先于洪峰出現(xiàn).

2)白格兩次滑坡堆積至金沙江河道內(nèi)的土體體積約5300萬t. 堰塞湖潰決后，滑坡體產(chǎn)生的較細的泥沙顆粒隨水流迅速輸移至下游，巴塘至石鼓河段河床未出現(xiàn)泥沙堆積的現(xiàn)象，泥沙主要輸移并沉積在金沙江中游梯級水電站內(nèi)，其中梨園、阿海和金安橋累積攔截泥沙約1400萬t，龍開口、魯?shù)乩陀^音巖共計攔截泥沙約43萬t，梯級水庫攔截泥沙量約占滑坡土體總量的26%. 余下74%的泥沙仍滯留在堰塞湖區(qū)域和巴塘以上河道內(nèi)，滯留的懸移質(zhì)泥沙將集中在今后約5年的汛期輸移，推移質(zhì)泥沙的輸移過程則相對漫長.

3)除2015年以外，2016、2017和2018年梨園電站壩址的懸移質(zhì)泥沙淤積量均較可研階段采用值偏大，2018年偏大幅度達到87%. 加之堰塞湖下游河道長期處于補給泥沙的狀態(tài)，金沙江上游梯級電站最早將于2021年開始陸續(xù)建成，堰塞湖區(qū)域滯留的泥沙大多陸續(xù)輸移至金沙江中游梯級水庫內(nèi)，梨園電站單獨運行5年或者10年剩余的有效庫容有可能不滿足水庫所需調(diào)節(jié)庫容的要求.