上游垮山洪水对锦屏一级大坝的影响及工程应急措施分析

周静

（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072）

【摘要】锦屏一级坝址上游特大型—巨型潜在不稳定体，一旦滑坡堵江继而溃决，溃决洪水对锦屏一级水电站可能潜在的危害十分突出，历史上雅砻江锦屏一级坝址上游约222km的唐古栋在1967年曾发生过滑坡堰塞堵江溃缺事件。为研究上游垮山洪水对锦屏一级大坝的可能造成的影响，本文根据锦屏一级上游河道岸坡发育情况，选取代表堰塞体进行了溃堰洪水计算，并提出了锦屏一级可以采取的工程应急措施。

【关键词】滑坡堵江；垮山洪水；溃堰；锦屏一级大坝；工程应急措施

1 工程概况及上游河道不稳定岸坡发育概况

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库，其下游梯级为锦屏二级、官地、二滩和桐子林水电站。坝址区位于木里、盐源两县毗邻处的普斯罗沟峡谷段。

锦屏一级水电站工程规模巨大，工程的开发任务主要是发电，结合汛期蓄水兼有减轻长江中下游防洪负担的作用。电站装机容量3600MW，多年平均年发电量166.2亿kW· h。水库正常蓄水位1880m，死水位1800m，正常蓄水位以下库容77.6亿m3，属年调节水库，对下游梯级电站的补偿效益显著。

调查表明，雅砻江锦屏一级坝址至上游两河口电站库尾甲西滑坡全长约230km的河段内，潜在不稳定和不稳定岸坡占河段总长的11%。其中大于1000万m3的特大型滑坡有13处，发育的大于100万m3的变形体有5处。特大型—巨型潜在不稳定体，一旦滑坡堵江继而溃决，溃决洪水对锦屏一级水电站可能潜在的危害十分突出。

历史上，锦屏一级坝址上游约222km的四川省雅江县孜河乡唐古栋在1967年6月8日曾发生过滑坡堰塞堵江溃缺事件，以其滑坡规模巨大而载入史册。滑坡形成的堰塞体坝高175～355m，库容约6.8亿m3，致使雅砻江堵江断流长达9天之久，溃坝后最大流量达53000m3/s，坝下游洪水位陡涨到50.4m。溃坝洪水沿雅砻江而下，冲毁房屋、田地、公路、桥梁等，对下游造成巨大损失。

因此，有必要根据锦屏一级上游河道不稳定岸坡的发育情况，对特大型垮山滑坡体和变形体可能形成的堰塞体进行预测，并进行溃堰洪水计算，分析垮山溃堰洪水对锦屏一级大坝的影响及工程应急措施。

2 流域概况及径流洪水特性

雅砻江是金沙江第一大支流，干流河道全长1570km，流域面积约13.6万km2。雅砻江的主要支流有鲜水河、小金河（理塘河）、九龙河、安宁河等，其中以小金河（理塘河）为最大，集水面积19114km2，占洼里（三滩）以上集水面积的18.7%。锦屏一级电站坝址位于盐源县与木里县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，距河口358km，集水面积102560km2。

锦屏一级坝址以上流域的径流主要来源于降水，多年平均流量为1230m3/s，汛期（6～10月）平均流量为2250m3/s。径流年内分配不均，丰水期6～10月，主要为降雨补给，水量约占全年的76.6%。锦屏一级坝址的径流年际变化不大，最大年平均流量1850m3/s是多年平均流量的1.52倍，最小年平均流量830m3/s是多年平均流量的0.68倍。

雅砻江流域暴雨一般出现在6～9月，主要集中在7、8两月，且多连续降雨。一次降雨过程为3天左右，两次连续过程为5天左右或更长一些，主雨段多在1～2天。

雅砻江流域洪水主要由暴雨形成。较大洪水多为两次以上的连续降雨形成。汛期内连绵不断的降雨使河流底水逐渐抬高，如发生1～3天较为集中的大面积暴雨，即可形成较大洪水。洪水过程多呈双峰或多峰型，一般单峰过程6～10天，双峰过程12～17天。洪水起涨时底水流量较大，一般可占峰顶流量的1/2～1/3。由于流域大部分地区雨强不大，加之流域形状呈狭长带状，不利于洪水汇集，故洪水一般具有洪峰相对不高、洪量大、历时长的特点。

该流域6～9月为汛期，8月出现年最大洪水机会最多，占39.2%;7月次之，占35.3%;9月占19.6%;6月最少，占5.9%。

锦屏一级坝址年最大流量最早发生在6月（1994年6月21日，洪峰流量为4400m3/s），最晚发生在9月（1989年9月20日，洪峰流量为4660m3/s）。历年实测年最大流量的最大值为8020m3/s（1980年8月18日），年最大流量的最小值为3050m3/s（1967年7月23日）。

3 锦屏一级上游河道垮山体溃堰洪水计算

3.1 计算模型

锦屏一级上游垮山溃决洪水计算采用经移植和改进的美国国家气象局DAMBRK溃坝洪水计算数学模型，DAMBRK溃坝洪水计算数学模型是非恒定流动力演算模型，利用一维圣维南方程组演算水库出流及流经下游河槽的溃坝洪水，程序可以根据溃口最终形状和溃坝历时计算出因溢洪道以及大坝失事形成的坝址处的溃坝洪水过程线。1995年、2000年，我院与四川大学合作，对该模型增加了干流洪水对支流的倒灌和支流向干流回灌、多支流洪水同时演进计算等功能，并用雅砻江1967年唐古栋垮山滑坡堵江形成的土石坝溃决洪水实测资料及1999年二滩调节运行的下泄流量过程实测资料，对改进后的模型进行了洪水演进过程的验证计算。

3.2 代表堰塞体选取

雅砻江锦屏一级坝址至上游两河口电站库尾甲西滑坡全长约230km的河段内，以力丘河口—蒙古山长约13.5km河段及下苦苦—一江段33km河段岸坡稳定性最差，其中尤以力丘河口—蒙古山为代表，潜在不稳定体总方量达4.5亿m3，规模巨大，对锦屏一级水电站可能潜在的危害最为突出，且历史上1967年发生过唐古栋垮山堵江溃决事件。力丘河口—蒙古山河段以马河变形体体积最大，达34800m3，距锦屏一级坝址217km，现状整体处于基本稳定状态，有局部变形失稳现象，在库水、暴雨或地震等不利因素作用下，有发生大规模失稳的可能。下苦苦—一江河段，以锦屏一级坝址上游约62km的下马鸡店滑坡体为代表，其滑坡方量为1.076亿m3，其中最不稳定的A区失稳方量为3900m3，虽然失稳方量不算最大，但其顺河向长度较短，经预测，一旦发生垮山，其堰塞高度将达180m，估算堰塞湖库容达12亿m3，为5个特大型滑坡或变形体中堰塞高度最高、形成堰塞湖库容最大的一处。

鉴于马河变形体和下马鸡店滑坡体的规模和对锦屏一级水电站的可能潜在危害最大，本次垮山洪水溃堰计算以马河崩塌体和下马鸡店滑坡体为代表，模拟计算锦屏上游河道垮山体溃堰洪水演进过程。

3.3 计算方案拟订

堰塞体的溃决形式为漫顶溃决，按渐溃方式考虑，溃决历时拟定为2.5h。溃口形状为梯形，根据坝址处的河谷地形，溃口边坡取为0.7，溃决高程考虑了全溃、1/2和1/3溃决三种方案。

发生垮山后，形成堰塞湖需要一定的蓄水时间，下游锦屏一级可以及时降低库水位，预留出一定的库容，保证溃堰洪水入库后，锦屏一级大坝的安全。垮山时，锦屏一级的坝前水位按正常蓄水位1880m考虑。马河堰塞体的库容为7.8亿m3，下马鸡店堰塞体的库容为12.2亿m3，锦屏一级将库水位分别降至1870m和1863.5m相对安全的水位时，可以分别预留8亿m3和12.5亿m3库容。因此，马河堰塞体溃堰洪水计算，锦屏一级的坝前水位拟订为1870m；下马鸡店堰塞体溃堰洪水计算，锦屏一级的坝前水位拟订为1863.5m。

综合考虑上述各溃决计算参数，拟订的溃决计算方案及相应参数见表1和表2。

3.4 计算成果

马河堰塞坝和下马鸡店堰塞坝各方案溃决计算成果见表3和表4。

计算成果表明，各方案洪峰流量和最高水位沿程衰减。全溃方案，马河堰塞坝坝址最大流量为149000m3/s，最高水位2355m；洪水传播至锦屏一级坝址的最大流量为10200m3/s，最高水位1877.1m。下马鸡店堰塞坝坝址最大流量为193000m3/s，最高水位1960.2m；洪水传播至锦屏一级坝址的最大流量为9970m3/s，最高水位1876.6m。

4 溃堰洪水对锦屏一级大坝的影响及工程应急措施

4.1 堰塞湖蓄至堰顶高程的时间

上游垮山堵江到堰塞体漫顶溃决，堰塞湖水库需要一定的时间才能将水蓄满。不同的上游来流，堰塞湖蓄至最高水位的时间不同。马河堰塞湖最大库容为7.8亿m3，下马鸡店堰塞湖的最大库容为12.2亿m3。表5和表6为不同上游来流情况下，马河和下马鸡店堰塞湖蓄至漫顶的时间。计算结果表明，马河堰塞体在枯期平均流量～20年一遇洪水时蓄至坝顶高程的时间为25.5～1.7天，下马鸡店堰塞体蓄至坝顶高程的时间为37.9～2.6天。

4.2 溃坝洪水对锦屏一级大坝的影响及工程应急措施分析

锦屏一级水库的运行方式为：锦屏一级6月初开始蓄水，蓄至1859.06m时需保持该水位至8月上旬，8月中旬开始继续蓄水。锦屏一级在8月底可蓄至正常蓄水位1880m，当遇特殊枯水年时，9月底可蓄至正常蓄水位1880m。当上游两河口电站建成投产后，锦屏一级汛期来水量减少，基本于9月底蓄至正常蓄水位1880m，个别特殊枯水年，10月蓄至正常蓄水位1880m。

根据锦屏一级水库的运行方式，选择了水库在正常蓄水位1880m、防洪限制水位1859.06m和死水位1800m运行三种工况，结合马河堰塞体上游的来流情况，分析溃堰洪水对锦屏一级大坝的影响及相应的工程应急措施。

4.2.1 锦屏一级大坝在正常蓄水位1880m运行

锦屏一级大坝在正常蓄水位1880m运行，全溃方案，当上游来流为二十年一遇洪水时，如果锦屏一级水库不进行预泄，下马鸡店堰塞湖的溃决洪水入库后，锦屏一级的坝前水位将抬升至约1889.65m，超过锦屏一级最大坝高约4.65m。马河堰塞湖的溃决洪水入库后，锦屏一级的坝前水位将抬升至约1884.79m，接近锦屏一级最大坝高。

因此，当锦屏一级大坝在正常蓄水位1880m运行，上游发生垮山堵江，锦屏一级水库应及时降低库水位，预留足够的库容。锦屏一级水库可根据堰塞体上游的入流大小和蓄水时间，决定锦屏一级水库的下泄流量。

（1）入流为枯期平均流量—汛期平均流量。堰塞体上游入流为枯期平均流量—汛期平均流量，马河堰塞湖蓄至堰顶高程的时间为25.5～5.9天，锦屏一级水库按两年一遇洪水流量3630m3/s下泄，将坝前水位降至1870m，预留约8亿m3库容约需要2.6天时间。

下马鸡店堰塞湖蓄至堰顶高程的时间为35.8～8.4天，锦屏一级水库两年一遇洪水流量3630m3/s下泄，将坝前水位降至1863.5m，预留约12.5亿m3库容需要约4天时间。

当堰塞体上游发生垮山堰塞河道且其入流为枯期平均流量～汛期平均流量时，鉴于平枯水时上下游流域产流差异不大，堰塞体—锦屏一级坝址的入库流量按区间相应的枯期平均流量—汛期平均流量考虑，锦屏一级可按两年一遇洪水流量3630m3/s下泄，直至锦屏一级库区预留出上游堰塞湖的库容。当坝前水位降至预定水位后，锦屏一级可按略大于锦屏一级坝址—堰塞坝坝址区间的流量进行下泄，坝前水位基本维持不升高即可。

（2）堰塞体入上游入流为两年一遇以上洪水流量。当堰塞体上游发生两年一遇以上的洪水时，由于地区洪水组成的复杂性，堰塞体—锦屏一级坝址区间的入库流量难以确定，锦屏一级水库不能像平枯入库流量时按某个固定流量进行预泄。预泄流量小了，堰塞体垮山洪水有可能造成锦屏一级大坝洪水漫顶，预泄流量大了会给下游带来额外的防洪负担。为了不额外增加锦屏一级水库下游的防洪负担，同时又可将锦屏一级坝前水位降至相对安全的水位附近，为上游堰塞体预留足够的库容，当堰塞体上游发生两年一遇以上洪水时，锦屏一级水库预泄调度的基本方法是：

1）根据流域水情测报系统，预报并估算堰塞体处未来12h或24h的洪量，锦屏一级水库为预泄相应的洪量，可估算出锦屏一级未来12h或24h水库应平均预泄的流量值Q基。

2）根据流域水情测报系统，预报并估算未来12h或24h马河堰塞体—锦屏一级水库的区间洪水Q区。

3）堰塞体上游入流为两年一遇以上洪水时，锦屏一级水库的预泄流量大致为Q预=Q基+Q区，实际操作中，为使锦屏一级水库预泄后预留足够的库容，一方面需根据实时校正的预报流量修正预泄的流量；另一方面，实际预泄的流量可根据下游河道的防洪准备情况适度放大。

4.2.2 锦屏一级大坝在防洪限制水位1859.06m运行

当锦屏一级大坝在防洪限制水位1859.06m运行时，防洪限制水位和正常蓄水位之间有16亿m3库容。由于堰塞坝以上来流已被堰塞坝阻挡，当锦屏一级大坝在防洪限制水位1859.06m运行时，锦屏一级可根据区间流量进行下泄，维持在防洪限制水位1859.06m运行，或者根据防洪调度需要进行防洪调度。

4.2.3 锦屏一级大坝在死水位1800m运行

当锦屏一级大坝在死水位1800m运行时，死水位和正常蓄水位之间有49.1亿m3库容，远大于各流量下不同溃决方案下堰塞湖形成至漫顶溃决进入锦屏一级水库的总水量，水库已经有足够的库容容纳垮山洪水的水量，不必进行预泄。

5 结论及建议

5.1 结论

由于锦屏一级水库库容较大，加之上游发生垮山堵江到堰塞坝溃决必有一定的蓄水时间。当上游发生垮山堵江时，锦屏一级若能及时开启泄洪设施，预留出堰塞湖的最大的库容，则可保证锦屏一级大坝的安全。

若上游发生垮山堵江时，锦屏一级水库在正常蓄水位运行1880m运行，锦屏一级水电站可开启泄洪设施，及时降低库水位，下泄流量可根据上游来流情况确定。若锦屏一级在防洪限制水位运行，防洪限制水位和正常蓄水位之间有16亿m3库容。由于堰塞坝以上来流已被堰塞坝阻挡，锦屏一级可根据区间流量进行下泄，保持坝前水位不再抬高。若锦屏一级在死水位运行，锦屏一级水库有足够的库容，不需要进行预泄。

5.2 建议

一旦上游锦屏一级上游出现垮山堵江紧急情况，雅砻江流域的梯调中心须及时通知锦屏一级水库调度管理部门，启动相应的抢险应急预案，进行应急抢险防洪调度，同时将上游垮山堵江的险情及公司掌握的即时沿江水情通告地方有关政府部门，紧急疏散锦屏一级下游沿江的有关单位及人员，以避免锦屏一级水库紧急防洪调度的下泄洪水所造成的次生灾害。