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程勇刚:堰塞坝再利用 红石岩工程并非首例 |2020-07-07

作者 :程勇刚:堰塞坝再 2020-07-07 12:03:04 审稿人 : admin 围观 : 评论
2014年8月3日,云南鲁甸6.5级地震,导致鲁甸、巧家两县交界处发生山体垮塌,崩塌滑落的泥沙石块阻塞了牛栏江干流河道,形成库容2.6亿立方米的堰塞湖,威胁着下游沿江10个乡镇3万余居民的生命财产安全。中国工程人员迅速行动,仅用9天化解险情。之后变废为宝,将红石岩堰塞体改造成挡水坝,兴建一座水电站。为了解工程具体情况,观察者网专访武汉大学水利水电学院程勇刚副教授。
【采访、整理/程小康】

观察者网:云南昭通鲁甸红石岩原先建有水电站,地震后山体垮落,对原有的电站造成什么影响?能通俗的介绍一下当时的情况吗?

程勇刚:红石岩堰塞坝所在的位置原来有一座红石岩水电站,是金沙江右岸一级支流牛栏江中上游水电开发规划的第六级电站。该电站为引水式发电站,就是通过建坝,将河流来水蓄起来,水位抬升,然后在旁边山体中开挖引水隧洞,将水引到下游的电站厂房,利用水轮发电机进行发电。原红石岩水电站的拦河坝为钢筋混凝土结构,最大坝高32.77m,坝顶长131.23m。坝身建有泄洪闸。引水系统建在右坝头,包括进水口、引水隧洞、压力管道,其中引水隧洞全长2920km,引水流量174立方米/秒。
2014年地震引发山体滑坡之后,滑坡产生的堰塞体,正好位于红石岩水电站的大坝和发电厂房之间,堰塞体将河道完全堵塞,产生的红石岩堰塞湖,淹没了原电站的整个首部枢纽,详见下图(下图中淹没后的照片为堰塞湖除险工作完成后)。原电站已经无法正常运行。不过,后面在进行堰塞湖除险工作的时候,原电站的引水隧洞被用作临时泄洪建筑物,发挥了重要作用。
   

被淹没前的水电站


被淹没后的水电站

观察者网:新电站与旧电站相比,有何不同?

程勇刚:新电站与老电站均为引水式电站。但新电站比旧电站在装机容量、防洪能力、供水灌溉等方面都有了很大的提升。比如原电站装机规模为8万kw,水库总库容仅69.3万立方米。新电站为大型工程,总库容1.85亿m3;防洪标准提高至2000年一遇;供水8.08万人;灌溉6.62万亩;装机容量20.1万kW,年发电量7.96亿度。

观察者网:世界首座堰塞坝综合水利枢纽工程,“世界首座”怎么理解?

程勇刚:“世界首座”指的是发生滑坡堵塞江河形成堰塞湖后,短时间内完成一体化“抢险—处置—利用”工程,形成新电站,红石岩当之无愧是世界首座。然而,红石岩堰塞坝综合水利枢纽工程,不是世界首座堰塞体整治为水电站的案例。之前堰塞湖形成后,基本都是自然溃坝或者抢险处置之后就完了。但有些堰塞坝经过相当长时间,如数百年之后已经相当稳固,对这样的堰塞坝,世界上有再利用堰塞体建成电站的,如塔吉克斯坦萨雷兹堰塞湖等。

观察者网:堰塞湖坝体成分复杂,需要做的防渗设计比重建一座大坝困难的多,红石岩堰塞坝水利工程如何解决该问题?坝体稳定性如何?

程勇刚:防渗设计确实是堰塞体整治为堰塞坝中最为关键的内容。为了搞清楚红石岩堰塞体的结构,建设单位在堰塞体顶部打了3个大直径的勘探竖井(1.5m直径),最深达97m见基岩。红石岩堰塞坝高103m,工程中采用“主河床段深137m的混凝土防渗墙+左岸古滑坡体125m深的可控帷幕灌浆组合”的防渗结构体系,形成挡水堰塞坝。混凝土防渗墙就是在堰塞体中部横河向挖一道深槽,然后在槽内灌注混凝土形成一面起防渗作用的墙。岸坡则采用帷幕灌浆,就是往滑坡体和基础一定深度范围内的岩土体中注入混凝土浆液,将岩土体颗粒之间的孔隙填充充实,最终形成一面像舞台幕布一样的帷幕,同样起防渗作用。通过设计计算和工程实际检验,该防渗结构体系的效果良好。
堰塞坝的稳定性则是另一个重要内容。由于红石岩堰塞体体积庞大,上下游坝坡非常缓,稳定安全度比较高。在工程设计中,按照现行土石坝设计规范标准,计算复核,坝体稳定性满足规范要求。
观察者网:与普通的水力工程的人造大坝相比,堰塞坝如何解决泄洪问题?

程勇刚:堰塞坝与现行水利水电工程相比,本身没有泄洪设施,坝体也是不允许过流的。但红石岩堰塞坝整治为水利水电工程,则通过枢纽设计,在右岸山体中布设了溢洪洞和泄洪洞。红石岩枢纽工程的主要建筑物如下图所示,包括堰塞坝、右岸溢洪洞、右岸冲沙放空洞、引水系统和发电厂房、供水及灌溉建筑物等。

观察者网:为什么没有选择清理堰塞坝,而是选择新建一套水利工程?是否划算?

程勇刚:清理堵塞河道的堆积体,是堰塞湖应急处置应用最广泛的措施之一。一般均通过在堰塞体顶部开挖泄流槽的方式进行可控的洪水宣泄。但是,红石岩堰塞坝有自己独特的特点。在红石岩堰塞坝治理工作中,原电站引水隧洞发挥了紧急泄洪作用,之后通过炸开施工支洞堵头和新建应急泄洪隧洞的方式,加大了泄流量,很快将堰塞湖放空,暂时解除了溃坝风险。堰塞体并没有进行大规模的清理和破坏,为后期的永久性整治工程创造了条件。同时,红石岩堰塞坝所处位置、地形、堆积体材料特性、稳定性等条件,都满足改建成水坝和建设水电站的要求。此外,改建工程的经济性需要从更加全面和更加长远的角度来看。仅从堰塞坝除险来说,综合整治工程花费肯定更多。但如从长远综合来看,改建为水电站肯定是划算的。

观察者网:汶川地震也形成了唐家山堰塞湖,当时的治理思路是什么?有没有考虑也建设一座水电站?

程勇刚:唐家山堰塞湖位于绵阳市上游侧,当时的治理思路首先是泄流除险,因为万一处置不当,下游的绵阳市非常危险。并且唐家山堰塞湖为汶川地震所产生的几十座堰塞湖中的一座,位置也不适合建坝,所以没有考虑建设水电站。

观察者网:对于未来的堰塞湖治理,红石岩堰塞坝水利工程有什么重要意义?是否是一种新选择?

程勇刚:红石岩堰塞体经应急抢险、后续处置和整治利用,已成为“减灾兴利、变废为宝”的世界首例水利枢纽工程,为未来堰塞湖应急处置提供了新的思路,具有很好的示范意义。但是,具体问题需要具体分析,每个工程都需要根据自身的情况进行综合考虑,选择最合理的治理方案。

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