牛栏江红石岩堰塞湖整治工程

张宗亮，张天明，杨再宏，程 凯

(1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051；2.云南省水利厅牛栏江红石岩堰塞湖整治工作建设指挥部，云南昭通657100)



牛栏江红石岩堰塞湖整治工程

张宗亮1，张天明2，杨再宏1，程 凯1

(1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051；2.云南省水利厅牛栏江红石岩堰塞湖整治工作建设指挥部，云南昭通657100)

牛栏江红石岩堰塞湖为2014年鲁甸8·3地震时形成的大型堰塞湖，由于堰塞体形成的位置的独特性及堰塞体组成物质较好，为应急处置、后续处置及永久整治提供了条件。介绍了红石岩堰塞体形成概况、应急处置及后续处置情况、永久整治的必要性和紧迫性，以及永久整治工程方案及实施情况。

整治工程；应急处置；鲁甸地震；牛栏江；红石岩堰塞湖

1 堰塞体形成及概况

2014年8月3日16时30分，云南省鲁甸县发生6.5级地震，在鲁甸县火德红乡李家山村和巧家县包谷垴乡红石岩村交界的牛栏江干流上，因地震造成山体塌方形成堰塞湖。堰塞体位于原红石岩水电站取水坝与厂房之间，在取水坝下游1 200 m处，如图1所示。红石岩左岸滑坡体在历史上曾发生堵江事件，地震发生后，滑坡表面物质被震松，大孤石及局部失稳碎石土滑移进入牛栏江，但滑坡体整体没有滑动，处于稳定状态。右岸崩塌体高速倾倒崩滑，滑向河床堆积而形成了堰塞体。根据SL450—2009《堰塞湖风险等级划分标准》，红石岩堰塞湖属大型堰塞湖，危险级别为极高危险，溃决损失严重性为严重。根据危险性级别和溃决损失严重性确定堰塞湖风险等级为I级(最高级别)。

图1 牛栏江红石岩堰塞体

2 应急处置及后续处置简介

红石岩堰塞湖形成后，湖水水位持续上涨，堰塞体迎水面最高水位达到1 180 m，上游会泽、鲁甸两县牛栏江沿岸5 000多亩土地及居民房屋被淹没，近4 000名群众进行了转移安置。原红石岩水电站引水隧洞在堰塞体右岸山体内，地震时电站进水口闸门开启，下游有露天式调压井与堰塞湖连通，堰塞湖水位壅高后，湖水从调压井顶部自由溢流，形成独特的应急泄洪通道。从2014年8月4日起，堰塞湖水位超过调压井顶高程1 171.80 m时，开始从调压井顶部自由溢出。堰塞湖处置阶段采取了多项非工程措施，例如，做好群众转移安置工作、利用上游德泽水库滞洪、腾出下游天花板和黄角树水电库容、加密现场实施监测、组织提出堰塞湖处置技术方案等。同时还有多项工程措施，例如，8月11日中午，对调压井底部施工支洞堵头检修门进行爆破拆除，拆除后检修门1.8 m直径钢管下泄流量约60 m3/s；由于上游来流量不大，应急处置和后续处置期间堰塞湖水位基本稳定在1 180 m附近，未继续上升；8月28日，堰顶泄流槽底开挖至1 208 m高程，底宽约5 m，右岸新建长280 m的应急泄洪洞连通原红石岩电站引水隧洞，于2014年10月3日贯通，10月4日晚堰塞湖已基本放空。采取上述措施使得堰塞体安全度过了2014年汛期，暂时解除了溃堰风险，为后期永久性整治创造了条件。

3 永久整治的必要性和紧迫性

3.1 堰塞湖危险依然存在、度汛形势严峻

堰塞湖应急处置、后续处置完成后仅能满足全年常年洪水标准的度汛要求，达不到规范规定的100年一遇洪水标准要求。

堰塞湖集水面积12 087 km2，是唐家山堰塞湖径流面积的近4倍，洪量大，度汛风险十分高。如果不及时进行后期整治，到2015年汛期如遇较大洪水，将对上游部分居民和小岩头电站造成淹没，加剧库区地质灾害的发生，同时堰塞湖威胁着下游沿江两岸的鲁甸、巧家、昭阳三县(区)10个乡镇、3万余人、2 200万m2(3.3万亩)耕地，以及下游牛栏江干流上天花板、黄角树等水电站的安全。一旦溃决形成溃坝洪水，对下游沿岸人民生命财产造成的危害难以估量，极易引发灾害链，故堰塞湖永久性整治迫在眉睫。

3.2 地震引起的堰塞湖地质灾害问题严重

堰塞体右岸崩塌形成了高达600 m的边坡，边坡坡度陡峻，裂缝发育，稳定性很差，依然存在不断坍塌和崩落，严重危及下部安全。左岸为体积达5 670万m3的古滑坡体，地震使该滑坡表面局部破坏。堰塞湖库区发育有12个滑坡、7个崩堆积体、14处不稳定斜坡及4条泥石流沟。上述不良的地质体对堰塞体、堰塞湖库周居民安全均存在巨大的威胁，必须尽快整治。

3.3 受灾群众生产生活急需安置

红石岩堰塞湖形成后，大部分受灾群众均安置在堰塞湖附近村庄或公路路边，生活条件极其恶劣，安全风险较高。受灾群众的安置工程应立即启动并实施，使灾民尽快转入正常的生产生活。

红石岩堰塞湖淹没影响的村组地处山高坡陡区域，土地资源较为匮乏，不但受红石岩堰塞湖淹没影响同时也受地震灾害影响，损失土地资源的受灾群众就近调剂或开垦土地较为困难，加之周边村组、乡镇同属于山高坡陡、人多地少区域，同样受地震灾害影响，基本没有区域能再接纳受灾群众，需要在其他区域开展必要的生产开发及水利设施配套工程建设。由于堰塞湖上下游周边区域经济社会发展水平低，水利基础设施差，昭通鲁甸地震和堰塞湖淹没双重影响，打破了区域群众原有生活、生产环境，影响了原有生产条件，改变了群众交通等设施保障，同时引起潜在的地质次生灾害。为实现灾区生产恢复、生活改善目标，因地制宜利用堰塞湖形成的库容，为区域干热河谷2 400万m2农田灌溉和4.5万人饮水提供水源，扩大当地生产生活环境容量，缓解土地资源受损群众安置压力，为当地受灾群众早日恢复生产生活提供必要的保障，促进灾区经济社会持续发展。

堰塞湖后期永久性整治按照先除害、再兴利、轻重缓急的思路，着力抓好堰塞湖除险、防洪等永久性安全工程整治和堰塞湖受灾群众生产生活安置等工作，在此基础上因地制宜分期开展后期电站重建工程等工作。

4 整治工程简介

红石岩堰塞湖进行永久性整治后，使其成为一个大型水利枢纽工程，其作用是除险防洪(消除地震可能引发的洪水等次生灾害)、供水、灌溉、发电(装机201 MW，年发电量7.87亿kW·h)。整治工程主要由除险防洪工程(堰塞体整治、新建溢洪洞、改建泄洪冲沙洞、高边坡治理)、电站重建工程和下游供水、灌溉工程组成，如图2所示。

图2 堰塞湖整治工程平面布置

按整治基本思路，红石岩堰塞湖永久性整治工程主要目标是提高堰塞湖的防洪标准，确保防洪及边坡治理等主体工程完工，实现堰塞湖永久性安全，并对受灾群众进行永久安置，确保人民群众恢复正常的生产生活；在确保堰塞湖安全的基础上，重建堰塞湖地引水发电工程，并择机兴建下游地震受灾区供水、灌溉工程，发挥水资源综合效益。

4.1 永久性整治工程

4.1.1 堰塞湖除险防洪工程

堰塞湖除险防洪工程主要内容包括交通工程、右岸新建溢洪洞、堰塞体右岸崩塌边坡治理及左岸清坡、堰塞体防渗加固处理、原红石岩引水隧洞改建为泄洪冲沙洞等项目。

(1)交通工程。该工程主要包括进场公路及场内交通公路等。主线和辅线进场道路的恢复、联络公路、原交通洞新建岔洞的修建从2014年10月底开始施工，2014年12月底全部完成，为工程施工创造条件。过堰塞体交通洞及库区复建交通洞于2016年3月开工。

(2)右岸新建溢洪洞。在堰塞体顶应急泄流槽不过流的情况下，导流隧洞仅可以下泄5年一遇全年洪水。2015年汛期堰塞体坝挡水，度汛标准须采用全年100年一遇洪水，Q=3 520 m3/s。因此，必须增加泄洪建筑物来宣泄100年一遇洪水。根据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洞参与泄流。右岸布置新建一条溢洪洞，由引渠段、闸室段、无压洞段及出口鼻坎段组成，全长约1.2 km。无压洞断面为14 m×21 m的城门洞形。校核水位时，溢洪洞最大泄量为3 742 m3/s。主洞分3层开挖，2015年5月底完成上层开挖及支护，2015年汛期利用溢洪洞上层过流，过流断面为15.6 m×9 m，满足度汛标准要求，预计2017年下半年溢洪洞工程完工。

(3)堰塞体左右岸高边坡治理。①右岸山坡崩塌高约600 m，坡度70°～85°。在崩塌后缘坡面约60 m(距崩塌边缘)范围内卸荷变形缝多见，发育频率约5 m一条。右岸崩塌边坡治理方案为从上至下清除开裂、松动及倒悬岩体，清坡后实施喷锚支护保护边坡。坡顶至1 750 m高程约100 m高范围内松动开裂岩体进行开挖处理，开挖综合坡比为1∶1，开挖方量约70万m3。1 470～1 750 m高程为崩塌形成的陡峭坡面，清除表面松动及倒悬岩体，清坡后素喷混凝土进行表面封闭保护。揭露软岩部位布置预应力锚索及锚拉板。1 470 m高程以下缓倾平台以清理松渣为主。②左岸山坡整体是稳定的，主要是清除表面局部不稳定体及表面浮石，对陡崖部位开裂区域做开挖及清坡方案处理。堰塞体边坡于2016年7月底基本完成。

(4)堰塞体防渗加固处理。堰塞体作为永久性挡水建筑物需进行防渗处理，初拟采用防渗墙及灌浆帷幕进行防渗加固处理。防渗墙顶高程为1 209 m，沿防渗线路对堰塞体进行槽挖，防渗墙顶部长267 m，最深位置约130 m；左岸堆积体范围内开挖灌浆洞，并延伸灌浆洞与地下水位线相接，左岸灌浆洞总长约278 m，堆积体范围内洞长184 m，左岸堆积体范围内进行双排帷幕灌浆防渗，堆积体范围内帷幕深度约90 m，基岩范围内采用单排灌浆防渗；右岸崩塌体边坡内设灌浆洞，与q=5Lu线相交，灌浆洞长106 m，洞内设单排帷幕。帷幕底线按伸入基岩单位吸水率ω≤0.05 L/(min·m·m)地层5 m控制。防渗墙计划工期24个月。

(5)原红石岩引水隧洞改建为泄洪冲沙洞。改建后的冲沙洞主要承担汛期泄洪、冲沙功能，必要时作为水库放空洞。泄洪冲沙洞由进水塔、有压隧洞段、出口工作闸室及挑流鼻坎组成，隧洞全长1 659.439 m。有压洞断面为圆形，直径7.6 m，其中与原红石岩引水隧洞结合段长1 156.175 m。校核水位时，泄洪冲沙洞最大泄量约944 m3/s。

4.1.2 堰塞湖影响受灾群众安置

经初步调查分析，红石岩堰塞湖整治工程水库淹没影响范围涉及云南省昭通市鲁甸县、巧家县和曲靖市会泽县共计2市3个县、6个乡(镇)、12个村民委、57个村民小组。建设征地涉及土地总面积5.314 km2，其中陆地面积4.031 km2，水域面积1.283 km2。包括耕地165万m2、园地67.7万m2、林地88.3万m2、鱼塘4 667 m2，建设用地24.3万m2，未利用地57.33万m2。水库淹没影响范围内居民2 524人，涉及房屋面积共计102 982 m2。

4.1.3 电站重建工程

(1)电站重建工程。堰塞体进行整治后将成为永久性的挡水建筑物，泄洪建筑物也已同步实施，可利用堰塞湖进行电站重建。输水发电系统布置于右岸，由电站进水口、输水隧洞、调压井和压力钢管、厂房组成。电站共3台机，单机发电容量67 MW，共201 MW，建成后年发电量7.87亿kW·h。鉴于水库运行后，无法进行电站进水口的施工，因此，电站进水口宜在水库蓄水前完建，其余电站重建工程根据实际条件适时开展。

(2)堰塞湖下游地震受灾区供水、灌溉工程。下游供水、灌区位于牛栏江中下游两岸，受益鲁甸、巧家、昭阳3个县区共8个乡镇，灌溉面积2 400万m2，远景规划4 200万m2，供水人口4.5万人，远景规划6.91万人，牲畜2.0万头，远景规划3.32万头。引用流量6.6 m3/s。总干渠全长31.166 km，其中包括5条隧洞，总长19.541 km；2 座倒虹吸，总长1.144 km；6 座渡槽，总长0.57 km；明渠9.911 km；2条支洞，总长0.541 km。

5 小 结

堰塞湖后期永久性整治按照“先除害、再兴利”的思路分轻重缓急治理，标本兼治，系统规划。堰塞湖永久性整治工程着力加快实施堰塞湖除险、防洪等永久性安全工程整治，以提高堰塞湖防洪标准，确保防洪及边坡治理等主体工程完工，实现堰塞湖永久性安全。目前，溢洪洞全洞已贯通，满足堰塞体2016年度汛要求，两岸高边坡治理正在实施，2016年将继续开展堰塞体整治、泄洪冲沙洞改建等项目，为满足2017年底电站首台机组发电的目标，电站重建工程也已开工建设。后期将择机实施供水灌溉工程。经综合整治，最终将红石岩堰塞湖变废为宝、除害兴利，改造成一个综合性水利枢纽工程，发挥水资源综合效益，开拓了地震灾后重建的新篇章。

[1] 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司. 云南省牛栏江红石岩堰塞湖整治工程 可行性研究报告[R]. 昆明： 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司， 2015．

[2]陈五一， 郑家祥， 谭建. 唐家山堰塞湖应急排险设计及综合整治的设想[J]. 水力发电， 2008， 34(11)： 10- 14．

(责任编辑 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

张宗亮(1963—)，男，山东济南人，教授级高工，博士生导师，全国工程设计大师，长期从事水利水电工程设计、咨询及管理工作．

TV86

A

0559- 9342(2016)09- 0083- 04