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程勇剛:堰塞壩再利用 紅石巖工程并非首例 |2020-07-07

作者 :程勇剛:堰塞壩再 2020-07-07 12:03:04 審稿人 : admin 圍觀 : 評論
2014年8月3日,云南魯甸6.5級地震,導致魯甸、巧家兩縣交界處發生山體垮塌,崩塌滑落的泥沙石塊阻塞了牛欄江干流河道,形成庫容2.6億立方米的堰塞湖,威脅著下游沿江10個鄉鎮3萬余居民的生命財產安全。中國工程人員迅速行動,僅用9天化解險情。之后變廢為寶,將紅石巖堰塞體改造成擋水壩,興建一座水電站。為了解工程具體情況,觀察者網專訪武漢大學水利水電學院程勇剛副教授。
【采訪、整理/程小康】

觀察者網:云南昭通魯甸紅石巖原先建有水電站,地震后山體垮落,對原有的電站造成什么影響?能通俗的介紹一下當時的情況嗎?

程勇剛:紅石巖堰塞壩所在的位置原來有一座紅石巖水電站,是金沙江右岸一級支流牛欄江中上游水電開發規劃的第六級電站。該電站為引水式發電站,就是通過建壩,將河流來水蓄起來,水位抬升,然后在旁邊山體中開挖引水隧洞,將水引到下游的電站廠房,利用水輪發電機進行發電。原紅石巖水電站的攔河壩為鋼筋混凝土結構,最大壩高32.77m,壩頂長131.23m。壩身建有泄洪閘。引水系統建在右壩頭,包括進水口、引水隧洞、壓力管道,其中引水隧洞全長2920km,引水流量174立方米/秒。
2014年地震引發山體滑坡之后,滑坡產生的堰塞體,正好位于紅石巖水電站的大壩和發電廠房之間,堰塞體將河道完全堵塞,產生的紅石巖堰塞湖,淹沒了原電站的整個首部樞紐,詳見下圖(下圖中淹沒后的照片為堰塞湖除險工作完成后)。原電站已經無法正常運行。不過,后面在進行堰塞湖除險工作的時候,原電站的引水隧洞被用作臨時泄洪建筑物,發揮了重要作用。
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被淹沒前的水電站


被淹沒后的水電站

觀察者網:新電站與舊電站相比,有何不同?

程勇剛:新電站與老電站均為引水式電站。但新電站比舊電站在裝機容量、防洪能力、供水灌溉等方面都有了很大的提升。比如原電站裝機規模為8萬kw,水庫總庫容僅69.3萬立方米。新電站為大型工程,總庫容1.85億m3;防洪標準提高至2000年一遇;供水8.08萬人;灌溉6.62萬畝;裝機容量20.1萬kW,年發電量7.96億度。

觀察者網:世界首座堰塞壩綜合水利樞紐工程,“世界首座”怎么理解?

程勇剛:“世界首座”指的是發生滑坡堵塞江河形成堰塞湖后,短時間內完成一體化“搶險—處置—利用”工程,形成新電站,紅石巖當之無愧是世界首座。然而,紅石巖堰塞壩綜合水利樞紐工程,不是世界首座堰塞體整治為水電站的案例。之前堰塞湖形成后,基本都是自然潰壩或者搶險處置之后就完了。但有些堰塞壩經過相當長時間,如數百年之后已經相當穩固,對這樣的堰塞壩,世界上有再利用堰塞體建成電站的,如塔吉克斯坦薩雷茲堰塞湖等。

觀察者網:堰塞湖壩體成分復雜,需要做的防滲設計比重建一座大壩困難的多,紅石巖堰塞壩水利工程如何解決該問題?壩體穩定性如何?

程勇剛:防滲設計確實是堰塞體整治為堰塞壩中最為關鍵的內容。為了搞清楚紅石巖堰塞體的結構,建設單位在堰塞體頂部打了3個大直徑的勘探豎井(1.5m直徑),最深達97m見基巖。紅石巖堰塞壩高103m,工程中采用“主河床段深137m的混凝土防滲墻+左岸古滑坡體125m深的可控帷幕灌漿組合”的防滲結構體系,形成擋水堰塞壩。混凝土防滲墻就是在堰塞體中部橫河向挖一道深槽,然后在槽內灌注混凝土形成一面起防滲作用的墻。岸坡則采用帷幕灌漿,就是往滑坡體和基礎一定深度范圍內的巖土體中注入混凝土漿液,將巖土體顆粒之間的孔隙填充充實,最終形成一面像舞臺幕布一樣的帷幕,同樣起防滲作用。通過設計計算和工程實際檢驗,該防滲結構體系的效果良好。
堰塞壩的穩定性則是另一個重要內容。由于紅石巖堰塞體體積龐大,上下游壩坡非常緩,穩定安全度比較高。在工程設計中,按照現行土石壩設計規范標準,計算復核,壩體穩定性滿足規范要求。
觀察者網:與普通的水力工程的人造大壩相比,堰塞壩如何解決泄洪問題?

程勇剛:堰塞壩與現行水利水電工程相比,本身沒有泄洪設施,壩體也是不允許過流的。但紅石巖堰塞壩整治為水利水電工程,則通過樞紐設計,在右岸山體中布設了溢洪洞和泄洪洞。紅石巖樞紐工程的主要建筑物如下圖所示,包括堰塞壩、右岸溢洪洞、右岸沖沙放空洞、引水系統和發電廠房、供水及灌溉建筑物等。

觀察者網:為什么沒有選擇清理堰塞壩,而是選擇新建一套水利工程?是否劃算?

程勇剛:清理堵塞河道的堆積體,是堰塞湖應急處置應用最廣泛的措施之一。一般均通過在堰塞體頂部開挖泄流槽的方式進行可控的洪水宣泄。但是,紅石巖堰塞壩有自己獨特的特點。在紅石巖堰塞壩治理工作中,原電站引水隧洞發揮了緊急泄洪作用,之后通過炸開施工支洞堵頭和新建應急泄洪隧洞的方式,加大了泄流量,很快將堰塞湖放空,暫時解除了潰壩風險。堰塞體并沒有進行大規模的清理和破壞,為后期的永久性整治工程創造了條件。同時,紅石巖堰塞壩所處位置、地形、堆積體材料特性、穩定性等條件,都滿足改建成水壩和建設水電站的要求。此外,改建工程的經濟性需要從更加全面和更加長遠的角度來看。僅從堰塞壩除險來說,綜合整治工程花費肯定更多。但如從長遠綜合來看,改建為水電站肯定是劃算的。

觀察者網:汶川地震也形成了唐家山堰塞湖,當時的治理思路是什么?有沒有考慮也建設一座水電站?

程勇剛:唐家山堰塞湖位于綿陽市上游側,當時的治理思路首先是泄流除險,因為萬一處置不當,下游的綿陽市非常危險。并且唐家山堰塞湖為汶川地震所產生的幾十座堰塞湖中的一座,位置也不適合建壩,所以沒有考慮建設水電站。

觀察者網:對于未來的堰塞湖治理,紅石巖堰塞壩水利工程有什么重要意義?是否是一種新選擇?

程勇剛:紅石巖堰塞體經應急搶險、后續處置和整治利用,已成為“減災興利、變廢為寶”的世界首例水利樞紐工程,為未來堰塞湖應急處置提供了新的思路,具有很好的示范意義。但是,具體問題需要具體分析,每個工程都需要根據自身的情況進行綜合考慮,選擇最合理的治理方案。

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