水布垭水电站庙王沟排洪沟综合治理

周 云

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭水电站位于清江中游河段巴东县境内，是清江梯级开发的龙头电站，正常蓄水位400 m，总库容45.8亿m3，电站装机1 840 MW，系多年调节水库。水电站枢纽属于一等大(1)型工程，是世界上已经建成的最高混凝土面板堆石坝。主要水工建筑物由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、右岸地下厂房、右岸放空洞以及两岸渗控工程等组成。

位于电站下游的庙王沟为坝区三大典型冲沟之一，距离坝址区约3 km；庙王沟由中间凸出的山体及山体两侧的自然冲沟连接而成，上游侧冲沟顺接古树包滑坡体，下游侧冲沟毗邻瓦屋场滑坡体，地形呈“凸”槽状，流域总面积约0.8 km2。庙王沟自然冲沟末端临近左岸1号公路与3号公路交叉口，交叉口临江侧为建设期的弃碴场，碴场稳定性弱；庙王沟排洪沟的排水效果直接关乎到碴场的稳定性与厂区工作人员及周边百姓的日常交通。

1 灾害发生情况

庙王沟覆盖层由风化的志留系砂岩、页岩等松散物堆积而成，水流渗透系数大，产流方式为超渗产流，表现为：“小雨无水、大雨有水、暴雨山洪”的特点。原排洪沟在短短数年内过流断面淤积堵塞严重，几乎完全丧失泄流能力。平水期、枯水期降雨量较小，其排水问题不易暴露；汛期遭遇强降雨时，水流无处可泄，1号公路与3号公路交叉口积水严重，直接中断厂区工作人员与周边人民的日常交通。

2016年7月19日5时～20日5时，水布垭水电站坝址区在24 h之内遭遇百年一遇暴雨，水布垭雨量站3、6、12、24 h降水量分别为64、84、132、160 mm[1]。庙王沟最大1 h暴雨对应流量为6.46 m3/s，由于来水量超前，更兼庙王沟排水设施不到位，强降雨引发多种并发灾害，直接导致约2 000 m3冲积物堆积在1号公路，路面积水达1 m以上，引发交通中断；无处宣泄的水流往低处流，形成山洪将桥头干砌石护岸冲垮约3 200 m3[1]。

2 问题分析

庙王沟排洪沟建于电站建设期，彼时建设重心主要放在水工枢纽建筑物上，排洪沟作为附属工程且距离坝址区较远，其规划建设未引起重视，排洪沟的平面布置和走向以迁就现状、节约资金为主，在设计方面考虑不长远，存在一定的局限性。设计简单、施工随意，管理不重视，外加环境因素，使得2016年庙王沟水毁事件成为必然。

2.1 设计问题

庙王沟排洪沟原设计方案为：在上、下游侧冲沟末端修建排洪沟，两条沟交汇于1号公路外侧，再通过箱涵横跨1号、3号公路至长淌河碴场将水排入清江。原设计方案主要存在4点问题：①设计流量不明确，设防标准不统一，主要表现在上游侧排洪沟与下游侧排洪沟尺寸相近，而2016年7月19日实测雨量显示上、下游侧冲沟最大1 h流量分别为4.44、2.02 m3/s；②未设置拦沙坎或集石坑，自然冲沟内的水流沿陡坡直泄而下并携带大量泥沙与石渣是导致排洪沟淤积堵塞的直接原因；③设计中不考虑后期淤积问题，排洪沟明渠与盖板涵错杂，致使后期清淤工作难以展开；④排水出口选择不合适，影响碴场边坡稳定性。

2.2 施工问题

施工问题主要是以下两点：①建设期开挖粗暴，对排洪沟内侧的边坡损坏大，极不稳定的覆盖层边坡受到了较大扰动；例如检查发现边坡垮塌，局部排洪沟全部被土壤覆盖；②施工弃渣随意堆放，检查发现盖板涵内的淤积物中有大量建设所用的石料，疑为建设期随意丢弃的石料。

2.3 管理问题

排洪沟是水电站重要的防洪设施，与地方政府未划清职责，运行期未纳入正常运行管理范围以内，无相关巡检制度。汛期多次出现的排水不畅，道路积水影响交通问题得不到重视，例如：每年汛期庙王沟1号、3号公路交叉口至少有3次以上会出现大面积积水，然而这些现象都未及时引起重视又或是意识到问题但未及时采取治理措施。

管理弱化、责任不明确，主要体现在坝区公路及大部分土地已经移交地方政府，存在乱建行为，例如：1号公路的加油站建在庙王沟洪水影响范围以内，加油站的兴建以及后来的拆迁行为不可避免对庙王沟的排洪沟造成了严重影响。

2.4 环境因素

水布垭水电站位于鄂西暴雨区，多年平均降雨量为1 400 mm以上，一般6～9月份为雨季，其间时有暴雨发生。庙王沟自然冲沟地形陡峭，自然冲沟之间的山体地质情况恶劣，表层覆盖层约5～8 m，为风化的志留系砂、页岩崩、坡积堆积而成。汛期强降雨在庙王沟汇水范围内形成流量大、流速高的水流冲泄而下，携带大量泥沙与石渣，水流在盖板涵内流速骤减泥沙沉降，极易造成盖板涵堵塞。

3 综合治理

3.1 治理分析

结合庙王沟“小雨无水、大雨有水、暴雨山洪”，泥沙石渣含量高，过流断面易淤积等特点，以及边坡支护不到位的现状，确定庙王沟排洪沟的综合治理目标为“拦沙排水”。排洪沟在跨路段以外全部使用明渠并加以必要的消能工，自然冲沟末端设置拦沙坎并辅以人工清淤。治理原则如下：①切实可行，保证庙王沟的排水治理方案行之有效；②经济环保，揭开原盖板涵作为明渠利用，明渠平面布置最大限度减少对水电站绿化和交通的影响。

3.2 治理设计

庙王沟排水问题直接关系到电站交通，同时大量积水对左岸长淌河碴场的稳定性存在一定的影响，务必将水流引至长淌河碴场下游侧。为确保庙王沟的排水能力，在对水布垭水电站实时水文数据计算的基础上，采用全年100年一遇，洪峰流量为6.46 m3/s。

3.3 工程措施

在上、下游侧自然冲沟沟底依次设拦沙坎、消力池，再分别设明渠支沟1、支沟2连接消力池将水流汇至1号公路左侧，汇水处设置连接池，连接池同主沟相连，主沟以盖板涵形式横跨1号公路、3号公路及公路中间花坛，在顺3号公路右侧合适位置将水排入清江。庙王沟排洪沟平面布置图见图1。

图1 庙王沟排洪沟平面布置示意图

3.3.1 排水设施

采用浆砌石砌筑支沟1、支沟2、主沟，过水断面使用M10砂浆抹面；支沟1、支沟2起引水作用，负责将上下游两条冲沟内的水流引入连接池，主沟起排水作用，负责将支沟1、支沟2的水流排入清江河道。各排洪沟工程参数见表1。

表1 庙王沟各排洪沟工程参数表

3.3.2 消能设施

自然冲沟末端与主沟陡坡段底部高差约80 m，排水设施水位落差大、水流势能大，水流的动能若不能得到合理宣泄，势必会发生岸坡冲毁现象。为避免2016年护坡冲毁的情况再次发生，工程中采用了消力池与台阶式消能联合消能方式。

在支沟1、支沟2与上、下游侧冲沟之间分别设1号、2号消力池，用以消除冲沟下泄的高速水流的动能。主沟的陡坡段落差55 m，水位落差大，势能强，对沟底末端破坏性强。据相关资料显示：在泄水槽陡坡结构相同，高度相同和下泄单宽流量一定的情况下，相比于斜坡式低流消能方式，台阶式消能能降低末端流速约50%，水流减少能量约70%[2]。结合庙王沟排水工程规模小、水流单宽流量小的特点、消能设施采用了台阶式消能工。消能台阶尺寸h×b=0.3 m×0.45 m，K0+285.505～K0+365.171区域，i=0.67；K0+365.171～K0+385.942区域，i=0.28。

3.3.3 治沙措施

在自然冲沟与消力池之间修建拦沙坎，以达到减小水流流速目的，主要拦截粒径较大的石渣。拦沙坎

下游消力池兼顾沉沙池作用，水流在消力池内动能减小、流速降低，水流挟沙能力减弱，大部分泥沙可拦截在消力池内。粒径较小的悬移质，随水流运移至支沟与主沟交汇的连接池，连接池内水流流速骤减，泥沙沉降，进一步达到拦沙目的。

3.4 管理维护

运行期合理的管理维护是保证庙王沟排洪沟能否正常运行的关键因素之一。在庙王沟维护管理上实施建管结合模式，并将其纳入日常检查范围。在排洪沟整体结构维护上遵循“定期巡检、随坏随修”的原则。

泥沙淤积程度是影响庙王沟排洪沟能否正常运行的最关键问题。庙王沟排洪沟治沙原则以“工程设施拦沙为先，人工清淤为主”。后期管理维护人员遵循“随淤随清”管理要求，汛期加大巡检力度积极清淤，平水期、枯水期做到定期巡检、定期清淤，确保过水断面不产生淤积，排水顺畅。

4 结 语

目前庙王沟排洪沟已经完工，通过汛期历次强降雨的检验，其排水、拦沙、消能设施都发挥了积极的作用，减弱了强降雨的不良影响，保证了电站工区道路的正常通行，实现了对坝址区下游护岸及弃碴场的保护作用。