堰塞湖及溃堰洪水对水电站建设的影响及风险评估

堰塞湖带来的影响也越来越受到重视。本文以某水电站为例，以初步排查的不良地质体作为危险 源，对其进行堵江风险、及堰塞湖溃堰洪水分析，评估其对水电站的影响，并制定应对措施。关键词：堰塞湖；洪水风险评估我国西南地区水能资源丰富，是我国重要的水电 基地，同时由于地形地质条件复杂，不良地质体发育,

前缘地形较陡，坡度约40。；中部有多个错坎，地形较

缓,坡度为20。~23。；地表发育2条规模较大的冲沟，为 滑坡体的上下游边界，地形地貌见图1。滑坡体前缘顺

造成堰塞湖频发,特别是“ 2018.10.11 ”和“ 201 & 11.3 ”金

沙江连续两次发生山体滑坡形成堰塞湖。堰塞湖造成 上游水位上涨，河水倒灌，房屋、道路、桥梁、耕地大量

河向宽度约500 m,前后缘平面距离约560 m,平面面

积约16.2万m2,平均厚度44.40 m,总方量720万m3o 滑坡体附近无大规模的断层发育,基岩陡倾坡外，为顺

被淹没；堰塞湖溃堰后，将会产生特大洪水，下游沿岸 民房被冲毁，部分桥梁、农田水利设施、电力设施受

向坡。损，并且导致大量群众转移，给国家和人民造成较大 损失。同时，对水电开发建设造成严重影响。因此开展

西南地区水电站库区不良地质体隐患排查梳理工作,

针对潜在的隐患点进行风险评估，提出针对堰塞湖风 险应对措施，确保水电站工程安全显得至关重要。本 文以某水电站为例，分析库区不良地质体滑坡形成堰

塞湖及溃堰洪水对电站的建设影响及风险。1滑坡体概况

经过对某电站库区不良地质体进行排查，潜在风 险源主要为滑坡体L。滑坡体位于支流内，距离坝址上

图1滑坡体L全貌游约10.5 km,总体呈三角形分布，边界线清晰，后缘高 程为2 360 m,前缘与河床覆盖层相接,高程为2 050 m。

滑坡体主要的物质组成为碎石土，底部滑带土为

粘土。滑坡体临河边的公路多处下沉，雨季路面经常开收稿曰期:2019-10-12作者简介：李兆进(1977-),男，湖北天门人，高级工程师，主要从事水工设计工作，E-mail:lizj08@ 163.com。38李兆进.邓云瑞//堰來湖及溃腰洪水对水电站建设的影响及风险评估裂，发生小规模的垮塌；堆积体前缘坡体多处开裂，裂 况（不考虑滑距和不完全堵江），假定滑坡体在滑坡后， 失稳的滑坡方量直接全部落入江中。在考虑不良地质 体所处河谷形态、滑体规模及其位置等主要因素的同

缝长度5~20 m,宽度2~5 cm,下沉0.5-2.0 cm。天然状态 下滑坡体整体基本稳定，前缘稳定性差。滑坡体的主要成因机制为基岩顺层滑动：基岩岸

时，参考国内外多个滑坡堵江堰塞体的基本特征，建立 了滑坡堰塞体堆积形态模型，模型特征如下：坡为顺向坡，原岩为薄层片岩，缓倾坡外，滑坡体前缘 切角后，顺岩层层面及其他缓倾角软弱结构面发生顺

① 假定滑坡后顺河向堆积体顶面长度与滑坡体 宽度一致；向滑动。滑动破坏面为一层连续的滑带土，在滑坡体前 缘底部堆积较厚，前缘泡水导致滑带土软化，使得前缘

② 鉴于滑坡体L不会产生高速滑坡，低速滑入河

谷到对岸，堰塞体横河向顶面以堆积物自然稳定角堆 积,堰塞堆积横河向坡比1：4；经常发生变形开裂。经初步计算分析，滑坡体在天然状态和暴雨工况

及施工期整体基本稳定，局部稳定性差;滑坡体在工程 蓄水期及运行期可能整体失稳，但产生高速滑坡的可

③ 假定堰塞体上下游坡坡比均为1：4；即堆积体失稳入江后将形成一个横断面为河谷形

能性小，该滑坡体失稳后存在堵江形成堰塞湖的风险。状、堰顶存在一横河向坡、两端放坡的天然土石坝，直

2滑坡堵江分析

1）堵江堰塞体计算假定根据国内外众多研究学者对全球已有不同滑坡堰

接截断天然河道，造成堵江。2）堵江要素分析己有的研究成果表明，滑坡堵江需要一定的地形地 貌以及河水动力条件，河谷的宽度、河水的流量对滑坡

塞体实例的分析研究成果，可以发现滑坡堰塞体堆积 形态主要影响因素包括：①滑坡体所处位置的地形地

堵江的形成有着重要的控制作用，要造成完全的堵江, 取决于河床条件、河水流量以及滑入体积。因此，滑坡体

貌、地质结构特点；②滑体的规模、几何形态，位置高 程、滑道形态、坡度，滑面的抗剪指标等。目前，对于滑坡堵江高度的研究方法主要有滑距 推算法和经验公式法，为了得到滑坡堵江最极端的情

L主要根据其所在河道的水下地形实测资料，对其作滑

坡堵江计算分析。考虑到滑坡所处河谷狭窄，滑坡入江

方量按照滑坡一次性最大下滑量计算。计算一次性最大 下滑量，判断形成堰塞体堵江情况，详细要素表见表1。表1滑坡体L2堵江要素表编号方量/万m3失稳工况施工期围堰挡 水局部失稳正常蓄水位整

体失稳一次性最 入江 堰塞坝距 堰塞坝 堰顶宽度 堰顶长度

入江方量堰塞体 堰顶高程堰寒湖库大下滑量比例坝址距离物质组 （横河方 （顺河方

/万m3高度/m/m容/万m3成/万m3/%/km向）/m向）/m滑坡体L272021872010021872010.510.5碎石土39.2474.042 067.802 100.50

75470470330-100碎石土143计算表明，在施工期围堰挡水情况下，遭遇5年一

也是全国洪水风险图编制推荐的软件之一。遇（常遇）洪水时，滑坡体L 一次下滑最大方量218万 m\\形成堰塞体顶高程2 067.80 m,高于河床水位

Mike 11可动态模拟河流和水道的水力特性，适用

于一维河道内洪水演进过程的模拟。溃堰洪水计算模

2 061.00 m,堰塞体存在堵江风险，堰塞湖库容330万运行期滑坡形成堰塞体顶高程低于正常蓄水位

型是整个溃堰洪水分析工作的核心，在Mike 11模型

中通过加载Mike DB模块实现。2 150.00 m,不存在堵江风险。2）计算条件① 滑坡体入江比例。滑坡体考虑失稳方量100%入

江条件下的溃堰情形。② 溃决历时。溃决历时是反映溃口的主要参数之

3溃堰洪水分析1）计算模型选取计算选取丹麦DHI公司开发生产的标准化商业 软件Mike系列模型软件进行溃堰洪水的分析计算。

一。根据近期白格堰塞体实际发生的溃决情形，考虑3 h 溃决历时情形。③ 溃口底高程及宽度。设定1/2溃决，溃口为倒

DHI Mike模型系列软件曾在丹麦、埃及、澳大利亚以

及中国香港、台湾等国家和地区得到成功应用。该软件

梯形,溃口底宽度由天然河道形态控制。39李兆进•邓圧瑞//堰塞湖及溃瑕洪水对水电站建设的影响及风险评佔④ 临溃水位。白格堰塞体实际发生溃决时，水位

-堰塞体处 -坝址6 000已超堰塞体堰顶高程，计算设定临溃水位为堰塞体堰 顶高程。Em

5 0004 000⑤ 来流流量。计算设定天然恒定来流，某电站 坝址处来流流量选取5 590 m」/s（5年一遇洪水洪峰

渥

流量），支流天然来流量991 n?/s（5年一遇洪水洪峰 流量）。0

100

200 300 400 500 600 700 800 9(X) 1 0003）计算方案根据计算条件与模型，拟定滑坡体L失稳形成堰

时间/min图4 L堰塞体和坝址处溃堰洪水流量过程线图塞体溃决的计算参数，见表2。表2 滑坡体L形成堰塞体溃堰计算参数表堰塞体 临溃水名称位/m表3溃堰洪水堰塞体和坝址处的最大洪峰流量表计算工况下游坝址处天然河道峰值流量/m3*s_l堰寒体处坝址处堰寒体上

溃决历溃口底宽 溃口底高 坝址流量

游来流时/h/m程/mm3/s量1 5276 061L2 067.803582 052.809915 590下游坝址处考虑围堰和导流洞调蓄1 5365 6044）计算结果①堰塞体库容曲线。根据实测断面求得滑坡体L 堰塞体上游的堰塞库容曲线。见图2。2 1602140212O 210 K) O2O8

2 0602 040通过计算，考虑下游为天然河道时,滑坡体L堰塞

体溃决历时3 h堰塞体和坝址处峰值流量分别为1 527

m7s,6 061 m3/so考虑下游坝址处围堰和导流洞调蓄作

用，堰塞体处和坝址处的洪峰流量分别为1 536 m'/s、

5 604 m3/so4溃堰洪水影响分析与应对措施根据上述分析，滑坡体L在导流洞形成，围堰挡水 或施工期，库水位上升期间，可能会出现边坡失稳堵江

。的风险。故对水电工程的影响主要表现为截流后施工

2 000

4 000 6 000 8 000 10000 12000 14000 16000库容/万m3图2 滑坡体L堰塞体上游堰塞库容曲线图期或围堰挡水期，以下分述其影响及应对措施。1） 工程截流后围垠施工期电站截流后的围堰施工期，导流洞具备正常泄洪 条件，在围堰填筑过程中，如果发生滑坡形成堰塞湖,

②溃堰洪峰流量。考虑坝址处为天然边界时，滑 坡体L堰塞体处和坝址处的洪峰流量过程分别见图

除采取人工干预堰塞体、对工程区建筑物采取防护措 施外,还需要根据具体情况拆除部分正在修建的围堰,

3。施工期围堰挡水时段，考虑下游坝址处围堰和导流

洞的调蓄作用时，滑坡体L形成堰塞体处和坝址处的

形成过流缺口，确保溃堰洪水在工程区不会放大，不加 大对下游的影响程度。施工进场一般采取从下游修建施工便道，便道宽

洪峰流量过程见图4。堰塞体处和坝址处的峰值流量 统计见表3。7 0006 000—堰塞体处一坝址—

度2.5 m,大型挖掘机开挖泄槽。泄槽深度以挖掘机便

于施工为原则，一般深度10m左右。泄槽开挖完成后,

人员及施工设备快速撤离至安全地带。2） 工程截流后围堰挡水期电站截流后的围堰挡水期，导流洞具备正常泄洪 条件,主要进行大坝坝基开挖及坝体施工。上游围堰挡

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000水设计标准为全年20年-遇洪水，洪峰流量7 200mys, 最大下泄流量6 728 m'/s,相应水位2 075.79 m。上游围时间/min图3 L堰塞体和坝址处溃堰洪水流■过程线图（下游坝址处天然河道）（下转第45页）40尹斌!fi //湘江长沙综介枢纽渗流安全监測布賈与资料分析250 20 )0015 1)000 5

10O

02010.72011.72012.72013.7日期2014.72015.72016.7—-102017.7图8右汉37\"孔濤压计漫压力历时曲线图4结语渗流监测一直是水闸安全监测的重点。从渗压力

参考文献：[1] SL 768-2018.水闸安全监测技术规范⑸.[2] SL 265-2016.水闸设计规范[S].过程线可以看出，各渗压计测值变化规律一致,均与水

位密切相关，渗压计测值正确反映了监测部位的渗透

⑶DIJT 5209-2005.混礙土坝安全监测资料整编规范[S].[4]

国家电力监管委员会大坝安全监察中心.岩土工程安全

压力变化情况。同时可以看出，坝前的渗压计P1与坝 后的渗压计P2、P3存在差值，这也反映了坝前基础设

监测手册（上册）[M].北京：中国水利水电出版社,2013.置的防渗墙起到了应有的防渗作用，说明湘江长沙综 合枢纽渗压监测测点布置合理。为同类工程提供借鉴 意义。[5]

国家电力监管委员会大坝安全监察中心.岩土工程安全

监测手册（下册）[M].北京：中国水利水电出版社,2013.（上接第40页）堰堰顶高程2 078.000 m,最大堰高70.00 m,库容1.81 亿m3»导流洞下泄能力，经围堰前水库调蓄后，堰前最 高水位2 062.93 m,低于围堰堰顶15.07 m,不会影响 围堰安全。电站截流后围堰挡水期，滑坡L—次失稳下滑最 大方量220万m」，按照失稳方量100%入江进行堵江

情况计算，堰塞体顶高程2 067.80 m,高于河床水位

5结语1） 堰塞湖的形成及溃堰是突发性事件，对水电

站影响程度直接与其发生所处的地理位置、规模大

2 061.00 m,存在堵江风险，堰塞湖库容330万m」。假

定L滑坡时，坝址处于洪水期，围堰堰前水位为5年一

遇洪水洪峰流量5 590 m3/s对应设计最高水位2 061.00

小、水文情势以及溃堰时间等密切相关,本文中不良地

m,L堰塞湖在坝址上游支流内，对应入库流量991 m3/so

由于堰塞湖库容较小，在不足1h内即可蓄满产生溃

质体位于其支流内，虽距离坝址较近，但形成堰塞湖规 模较小，溃堰洪水峰值相对较小,利用电站临时建筑物

堰，堰塞体处溃堰洪水洪峰流量1 527 m」/s,坝址处洪 峰流量6 061 n?/s,经调洪计算，围堰前最高水位 2 061.10 m,低于围堰堰顶16.9 m,围堰可安全运行。具有的库容及调蓄作用，可将其影响消除，电站建设不 受影响。2） 西南地区区域地质背景复杂，不良地质体稳定

性影响因素复杂，不良地质体稳定性是一个动态演变 过程,而堰塞湖溃决造成的巨大危害也是不言而喻的,

另外，从风险分析角度，考虑围堰挡水期极端情 况下定曲河口滑坡体整体失稳入江形成堰塞湖库容

达3 170万n?,产生溃堰洪水堰塞体处洪峰流量

故水电建设的同时，也需加强对不良地质体风险的监 控措施，形成预警机制。5 315 nr'/s,坝址处洪峰流量9 520 m\"s,充分利用2条

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