溪洛渡水电站上游近坝库段桥湾变形体滑落影响分析及应急处置措施探讨

张 鹏，赵培朋

(中国长江电力股份有限公司，四川 成都 610041)

近年来国内一大批巨型、大型水电工程修建在地震烈度高、峡谷岸坡表变改造强烈、岩性及构造复杂的河段上，直接或间接地受到高速滑坡的威胁[1]，这些高速滑动的滑坡体，会在库区内引起巨大的涌浪，涌浪不但会对航行船只造成严重威胁，而且还会冲毁库区的水工建筑物，也会对沿岸居民的生命财产造成不可估量的伤害[2]。目前对于库岸滑坡涌浪高度的测算有多种经典的估算方法[3]，如Edward Node 计算方法、潘家铮方法、水科院经验公式法等，但对此类突发事件的应急处置措施相对较少，及时正确有效的处置，则可最大限度地减少人员伤亡和财产损失[4]。本文采用潘家铮法估算桥湾变形体滑落后的涌浪高度并分析其影响范围，提出应对水电站近坝库段滑坡类灾害的应急处置措施。

1 桥湾变形体概况

溪洛渡水电站坝址位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江峡谷段，河谷狭窄，山高谷深，其地震基本烈度Ⅷ度。大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程610 m，水库正常蓄水位600.00 m，死水位540.00 m，汛期防洪限制水位560 m，总库容126.7亿m3，调节库容64.6亿m3，具有不完全年调节能力。溪洛渡水电站总装机容量13 860 MW，左右岸电站各安装9台700 MW水轮发电机组，额定水头186 m，工程开发任务以发电为主，是兼顾防洪、拦沙、改善库区及下游航运条件等的综合水电工程。

2016年7月永善地区连续出现暴雨，同年8月2日在永善县溪洛渡镇雪柏村桥湾村民小组境内永—昭公路外侧，出现拉裂变形现象，呈长条形展布于永—昭公路外侧至基岩陡壁之间，高程大致在1 100～1 180 m，变形体长约200 m，宽约30～50 m，厚15～30 m，总方量约8.2万m3。距下游马家河坝、黄桷堡码头河道里程约3.8 km，距下游溪洛渡大坝河道里程约7 km，高出水库正常蓄水位500～600 m。变形体与溪洛渡工程枢纽区的关系如图1。

图1 变形体与溪洛渡水电站的关系图

2 监测情况

2.1 区域气象条件

变形体区域地势高差悬殊，气候垂直变化显著。河谷干热，高山阴冷潮湿，属典型的亚热带气候区。据永善气象站、雷波气象站资料，多年平均气温12.0～19.7℃，极端最高气温34～41℃，出现在6～8月；极端最低气温0.3℃，出现在12～1月，全年无霜冻现象。区内多年平均降雨量586.3～851.2 mm，主要集中在4～10月，占全年的90.37～96.55%，暴雨多集中在6、7、8月，最大日降雨量可达100 mm。多年平均蒸发量2 139 mm，多年平均相对湿度67%。

2.2 桥湾变形体监测点布置情况

2016年8月开始，中国长江三峡集团公司向溪建设部对桥湾滑坡开展了表面变形监测和垂直位移监测工作。根据滑坡形状、地形地貌和变形程度差异等特征布置监测点，见图2。

图2 桥湾变形体监测点布置图

表面变形监测点分两层布设，永—昭公路以下滑坡体前缘1 100～1 132 m高程布设6个点(XB1～XB6)，永—昭公路以上1 135～1 150 m高程布设7个点(XB7～XB13)，共13个监测点。垂直位移监测布置27个精密水准测点(BM01～BM27)，监测点分别布置在次级桥湾滑坡的前缘、顶部和后缘，其中10个监测点布设与表面变形监测点重合,见表1～表3。

表1 永-昭公路以下滑坡体前缘位移监测点布置表

表2 永-昭公路以上滑坡体位移监测点布置表

表3 滑坡体后缘位移监测点布置表

2.3 桥湾变形体监测情况

对变形体自2016年8月18日至2017年5月12日共计268 d的主要监测点(XB1～XB6)数据分析，监测数据表明(图3～图6)：横河X方向变形量32.7～73.3 mm，显示向河谷方向变形，日变形速率0.12～0.27 mm/d。顺河Y方向变形量-10.6～-29.3 mm，显示向上游方向的变形，变形速率0.05～0.11 mm/d。沉降变形(H方向)是15.7～56.5 mm，变形速率0.06～0.21 mm/d；精密水准测量垂直位移量为10.22～35.25 mm，速率为0.03～1.57 mm/d。合位移是43.91～78.57 mm，变形倾伏角37～45°，变形方向为斜向金沙江上游70～80°，合位移速率为0.16～0.29 mm/d。

结合地质调查表明，永善古滑坡解体后形成次级桥湾滑坡，次级桥湾滑坡底滑面以5°倾角缓倾山内，堆积厚度前薄后厚，滑坡的堆积形态有利于滑坡的稳定，桥湾次级滑坡在天然状态下整体稳定性好，产生大规模整体性的滑动可能性较小。

永—昭公路以下的滑坡前缘稳定性相对较差，桥湾变形体即为永—昭公路外侧桥湾次级滑坡前缘的局部变形，表现为长约200m的拉裂缝和小规模的塌滑现象。目前，永善县政府已在永—昭公路靠江侧布置多根抗滑桩。

永—昭公路以上的变形主要表现为房屋和硬化的砼路面开裂，裂缝宽一般0.2～2.0 cm，说明滑坡的变形程度有限。高程1 130 m以上为缓坡平台，平均坡度约10～20°，坡面上分布农田和居民点，示意图见图7。

图3 桥湾变形体X方向(横河)位移曲线图

图4 桥湾变形体Y方向(顺河)位移曲线图

图5 桥湾变形体H方向(沉降)位移曲线图

图6 桥湾变形体精密水准测点沉降位移曲线图

图7 桥湾变形体与次级桥湾滑坡体示意图

3 桥湾变形体失稳涌浪估算

变形体失稳入库产生的涌浪高度除受滑速、失稳体积、水深等因素影响外，涌浪的形成还受水库地形、库面宽度、失稳持续时间等因素的影响，尤其在山区峡谷型水库更为显著。此外，涌浪在传播过程中,还要受到河道形态、往返的折射波群的相互干扰或迭加等因素的影响，这使得涌浪估算问题变得十分复杂。为了简化计算，忽略边界条件的非线性影响,按照最不利条件下桥湾变形体整体失稳，采用潘家铮方法[5]进行涌浪估算。

3.1 滑速估算

采用能量法进行滑速估算，滑体沿滑面下滑后的滑速(Vs)估算公式为：

(1)

式中：α为滑面倾角(沿滑动方向)；W为滑体单宽重量，N；f为滑面抗剪强度参数内摩擦角，°；c为滑面抗剪强度参数黏聚力，kPa；L为滑体与滑面接触面长度(沿滑动方向)，m；H为滑体质心落差，m；g为常量,一般取9.8 N/kg。

滑速计算考虑正常蓄水位600 m和防洪限制水位560 m两种工况，其计算参数见图8、表4。

经计算，在正常蓄水位600 m和防洪限制水位560 m条件下的滑速分别为79.8 m/s和82.8 m/s。

3.2 涌浪高度估算

滑体进入水库，涌浪至对岸最高涌浪估算公式为：

(2)

(3)

图8 滑速估算示意图

表4 桥湾变形体滑速及涌浪计算参数表

式中：β为滑体入水角度，°；ξ0为初始波高，m；h为水深，m；k为波的反射系数，在求对岸最高涌浪时，k可近似取1；B为滑坡处水面宽度，m；L为滑体体长，m；l为滑体半长，m；g为常量，一般取9.8 N/kg；∑为级数求和，该级数的项数取决于滑坡历时T及涌浪从本案传播到对岸需时△t=B/c之比。如果L/B不是太大，级数中采用的项数如表5所示。

表5 级数采用项数表

波速c按下式计算：

(4)

计算结果为，正常蓄水位600 m和防洪限制水位560 m条件下到达对岸的涌浪高度为31.55 m和23.12 m。

涌浪至下游马家河坝、黄桷堡码头和大坝的涌浪高度估算公式为：

(5)

式中：n为计算项数；x0为滑体最远处至计算点(码头、大坝)距离，m；θn为传到大坝的第n次入射线与岸坡法线的交角，m。

式中n为1项，取n=1，x0为至马家河坝、黄桷堡码头和大坝的距离，分别为3 800 m和7 000 m。

计算结果：600 m正常蓄水位时，涌浪到达马家河坝、黄桷堡码头的高度为4.68 m，到达大坝的涌浪高度为2.34 m(高程602.34 m)；560 m汛限水位时，涌浪到达马家河坝、黄桷堡码头的高度为3.18 m，到达大坝的涌浪高度为1.60 m(高程561.60 m)。

变形体下部基岩地形45～50°，局部较陡，斜坡上分布有二级小的缓坡。从地质剖面图可以看出，变形体外边缘(高程1 100 m)至金沙江边(高程600 m)高差500 m，水平距离达到410 m。据现场地质条件和地形地貌分析判断，变形体外边缘距江边较远，且其主要由黏聚力不大的块碎石土组成，产生一次性整体下滑到江中的可能性不大。即使是整个变形体进入初期滑动状态，然而从自然坡面状态及岩土体自身物理力学强度的角度考虑，由于地形起伏的影响，加之落差较大，故在滑动的过程中必然会伴随与坡面碰击所产生岩土体解体，从而形成坡面溜滑状态，局部可能会形成具有一定程度整体性的小体积溜滑体，其最终入水速度必然大大降低。最大涌浪高度势必会降低，且涌浪向下游衰减较快，对溪洛渡工程影响不大。

4 涌浪影响分析

桥湾变形体与溪洛渡工程位置平面示意图如图9，永善县溪洛镇雪柏村受桥湾变形体影响的居民住户近30户，涉及人口少于300人，变形体产生滑动主要影响对象是变形体周边民房、农田和昭永公路，以及金沙江上行驶的船只、养殖网箱以及落点两岸水面以上高度50 m范围内的人类活动，同时由于变形体距溪洛渡大坝枢纽、右岸马家河坝码头和左岸黄桷堡码头等较近，对溪洛渡工程警戒线管理范围内临江作业、清漂作业、趸船运行和维护作业、沿江交通、机组负荷及大坝挡水建筑物和金属结构等产生一定的影响。具体表现为：

图9 桥湾变形体与溪洛渡工程位置平面示意图

1)警戒线范围外造成地方江面过往船只及船上人员、养殖网箱及作业人员、大戏厂码头建设设备及作业人员、临江耕作人员、临江捕鱼人员生命和财产损失。

2)警戒线范围内造成坝前清漂设备及作业人员、趸船运行和维护作业人员、黄桷堡水文站和马家河水文站值守人员生命和财产损失。

3)溪洛渡库水位597 m水位以上条件下，涌浪越过表孔闸门顶部(600.5 m高程)，造成表孔下方尾工作业人员、表面变形观测人员和坝后栈桥巡检人员生命和财产损失。

4)经溪洛渡电厂测算，涌浪每增加1m，单机出力增加约4.3MW,坝前涌浪高度在5 m以内时，电站AGC系统会自动调节出力，注意避免引起电力系统相关断面越限和电力系统振荡，其它厂站设备影响不大。

5 处置措施

1)在地方人民政府的统一领导下，成立应急组织机构，如图10。

图10 应急组织机构图

2)当涌浪发生后，统计核实在公司警戒线管理范围内出现人员掉江失踪或伤亡的情况，并上报桥湾应急指挥部。开展自救、互救工作，并及时通报应急救援医院、武警等救援力量；对受困人员应根据实际情况，采取行之有效的施救方法，设法向被困人员输送饮用水、食品和药品。

3)汇报国调、总调电站负荷波动情况，根据国调、总调命令决定是否减少全厂总负荷或主动申请减少左岸、右岸电厂负荷，防止系统相关断面越限和系统振荡，确保电网安全。若有异常，按调度及运行规程等相关规定处置。

4)对电站进水口水工建筑物、大坝及表孔弧门、拦污栅、快速门进行详查安全检查，确认各挡水建筑物和金属结构在涌浪发生后的安全情况；如发生异常情况，立即根据现场情况制定抢修方案，开展相应抢修工作。

5)对拦漂排设施和清漂船进行检查，如拦漂排钢索因涌浪波速过大导致断裂，则须严密观察漂浮物和拦漂排浮箱的动态，预估其方量，研判是否会对机组进水口取水产生影响；如机组进水口前出现漂浮物聚集或造成拦污栅压差接近或超过0.3 m时，采用清漂船开展必要的清理工作，确保机组安全发电。

6)趸船发生倾覆或失控时，立即通知地方海事部门介入处理，并采取措施消除次生、衍生事故隐患；有漏油情况时，将漏油点堵住并将已漏的油料进行收集，防止发生污染环境事件，在应急处置过程中避免人员受伤或事故扩大。

7)对趸船船体结构、固定锚链钢锁、栈桥、连接桥等部件进行检查，确保设备处于稳定状态，防止事故事件继续扩大。

8)组织建立和完善通信、供电、交通运输、治安、物资、资金、工程抢险、专家现场技术指导等保障措施。

9)根据突发事件的发生、发展过程，信息发布组按照桥湾应急指挥部的授权和工作职责，组织有关部门迅速派员集中办公，进一步明确工作原则、对策和措施，全力做好新闻应急处置和舆论引导工作。

6 结 语

1)桥湾变形体失稳破坏将产生水库涌浪，估算结果为：溪洛渡正常蓄水库水位600 m时，涌浪到达对岸的高度为31.55 m，到达马家河坝、黄桷堡码头的高度为4.68 m，到达大坝的涌浪高度为2.34 m(高程602.34 m)；库水位在汛限水位560 m时，涌浪到达对岸的高度为23.12 m，到达马家河坝、黄桷堡码头的高度为3.18 m，到达大坝的涌浪高度为1.60 m(高程561.60 m)。涌浪不会造成涌浪翻过坝顶的危险，对大坝区域水工建筑物的影响不大，对水轮机功率增幅较小。但对变形体周边民房、农田和昭永公路，以及金沙江上行驶的船只、养殖网箱以及落点两岸水面以上高度50 m范围内的人类活动，影响较大，可能造成永—昭公路及过往车辆、江面过往船只及船上人员、养殖网箱及作业人员、码头设备及作业人员、临江耕作人员、临江捕鱼人员的生命和财产损失。

2)针对目前水电站近坝库段发生滑坡的具体处置措施较少，本文具体给出了在应对水电站近坝库段发生此类突发事件方面的处置措施，尽可能地降低地质灾害后果，为水电站建设运行期发生类似突发事件的处置提供借鉴，提升水电站库区滑坡突发事件处置的正确性与及时性。