恰甫其海水利工程壩區(qū)防洪設施系統(tǒng)的建設

李翔

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

恰甫其海水利樞紐工程位于新疆伊犁哈薩克自治州鞏留縣境內，距鞏留縣城41 km，樞紐工程以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪等綜合效益，該樞紐工程屬大（1）型1等工程，于2005年 6月下閘蓄水發(fā)電并投入運行。樞紐工程由粘土心墻堆石壩、中孔泄洪洞、深孔排沙放空洞、表孔溢洪洞、2條發(fā)電引水洞及聯(lián)合進水口、壩后式地面電站廠房組成。

2 廠壩區(qū)地質地形及自然氣候條件

樞紐工程廠壩區(qū)兩岸岸坡陡峻，大部分基巖裸露，河谷狹窄呈“V”形。巖層走向與河谷近正交，屬橫向河谷，巖體的風化受巖性、結構面及地形的控制。由于巖性、巖體結構、結構面發(fā)育程度及風化程度的差異，使兩岸岸坡順河谷方向形成溝梁相間的梳狀地形，沖溝走向與河谷近直交。廠壩區(qū)兩岸較大的沖溝有18條。壩軸線沿規(guī)模最大的左右岸相對應的4號及14號兩沖溝布置。左岸山體雄厚，發(fā)育有1～7號沖溝，沖溝走向與巖層走向平行，間距40～75 m，切割深20～75 m。山梁呈凸起的巖脊，寬15～40 m，由山梁形成的邊坡高陡，自然坡度60°～80°，局部直立；右岸岸坡相對較緩，發(fā)育有8～17號沖溝，切割深5～35 m，沖溝之間山梁岸坡坡度45°～65°。各沖溝內分布有厚度不等的坡積物，其中左岸崩坡積物分布面積約9 000 m2，呈斜坡狀，最大厚度20～30 m，崩坡積物體主要由塊、碎石組成，含直徑1～5 m的大孤石，呈棱角狀，結構松散，多具架空現(xiàn)象，坑、孔壁垮塌嚴重，基本處于極限平衡狀態(tài)；右岸溝內堆積崩坡積碎石層自然坡度相對較緩。

該水利樞紐工程位于高山融雪區(qū)，3月至4月是工程區(qū)春季融雪時段，5月至8月是工程區(qū)的主要降水時段，因此廠壩區(qū)沖溝內會間斷性產生洪水，如果處理不當極其容易引發(fā)山洪泥石流。

3 廠壩區(qū)原防洪設施概況

水利樞紐工程無論從復雜的地質地形條件還是從自然氣候條件來講，防洪設施的建設是必不可缺少的。工程建設末期及運行初期，相繼修建了廠壩區(qū)防洪附屬設施，主要是沿1～4號進場道路靠山體岸坡底設置了排水溝渠，在各沖溝末端修建了設置排水管的漿砌石擋墻，沖溝的水通過排水管匯入排水溝渠。①廠區(qū)原主要防洪設施有1，2號沖溝，末端分別修建了漿砌石擋墻并在擋墻中設置直徑φ100（u-pvc）排水管，擋墻下游溝底采用鋼筋籠護底，兩側采用漿砌石護坡，與二號上壩公路路邊排水渠（1 m×1 m）相連，通過二號上壩公路過路箱涵排至主河道中。②壩區(qū)左壩肩沖溝原主要防洪設施有左壩肩漿砌石擋墻，擋墻頂部距地面7 m，擋墻長21 m。

4 原防洪設施運行實踐及廠壩區(qū)2010年洪災

在水利樞紐工程建設末期及運行初期，即2005年至2009年期間，原防洪設施發(fā)揮了一定作用，個別地方洪水造成的少量的泥石流通過人工、機械清理和疏導，春季融雪及雨季洪水期未發(fā)生大的問題，出現(xiàn)問題的地方一直在不斷優(yōu)化完善中。

2009年末至2010年初，水利樞紐工程所在地區(qū)遭遇60年不遇的大雪，2009年11月下旬至2010年1月中旬降雪量異常偏多，積雪量較常年偏多200%，積雪深度較常年偏深20 cm，積雪覆蓋率達到95.7%，雪深大于20 cm的積雪面積占總積雪面積的80.5%，雪深大于40 cm的積雪面積占總積雪面積的37.3%。2010年3月以來水利樞紐工程所在地區(qū)氣溫回升較快，氣溫較同期偏高、降雨偏多，催化了廠壩區(qū)積雪的融化。3月17日，左壩肩沖溝內積雪融水流量增大，洪水通過左壩肩漿砌石擋墻排水孔和擋墻頂部流向大壩壩頂，如不及時處理，將危害粘土心墻防滲體，威脅大壩的安全運行。3月18日，水利樞紐工程所在地區(qū)普降中雨，3月19日，氣溫迅速回升，進一步加速了積雪的融化，致使該水利樞紐工程自建設以來遭遇最為嚴重的山洪泥石流災害，2號沖溝源頭兩岸巖體崩塌，導致形成堆積壩，待洪水蓄到一定高度時，堆積壩沖毀，瞬時，能量巨大的山洪泥石流奔涌而下，沖毀了原2號沖溝末端漿砌石擋墻及其下游兩側護坡以及二號上壩公路部分排水渠。山洪裹挾巨石淤堵了排水渠，洪水泥石流沖上二號上壩公路后沖落至三號進廠路，造成上壩公路、進廠公路全部阻斷，廠房尾水平臺區(qū)大量雍水，逼近電廠廠房，嚴重危及了電廠的安全運行。

5 存在的問題及原因分析

2010年春季防洪結束后，工程運行管理單位組織設計及相關技術人員，針對廠壩區(qū)2010年洪災，對整個樞紐區(qū)域地形地質進行了現(xiàn)場勘察和調查研究，分析區(qū)域洪災的成因。廠壩區(qū)左岸山頂為河谷的一級階地，為一寬廣的坡地草原，傾向于河谷，雨季的雨水和積雪融水順勢匯入各沖溝，另外沖溝高差（309 m）和坡度較大，山洪處于高勢能、低阻力狀態(tài)，沖溝存在的處于極限平衡狀態(tài)的崩坡積物在山洪的裹挾下，瞬間便會形成山洪泥石流。這便是樞紐區(qū)域形成洪水甚至泥石流的機理。

廠壩區(qū)原防洪設施的建設，只是按正常年份情況考慮，積雪消融的緩慢過程的水量不大，洪水中夾雜的石渣通過擋墻攔截，每年春汛前及時清理擋墻前的石渣和淤泥，確保擋墻中設置的排水管暢通，使洪水匯入路邊排水溝再導入主河道。廠壩區(qū)2010年洪災暴露了原防洪設施存在的缺陷和問題，即未考慮到左岸山頂一級階地寬廣的坡地草原特殊年份的積雪量，以及異常氣候條件下，春季融雪期氣溫會驟然升高以及降雨等，防洪設施工程措施不夠系統(tǒng)完善。

6 防洪系統(tǒng)完善的思路及防洪設施建設

針對廠壩區(qū)防洪設施存在的缺陷問題，提出了“源頭控制，中段加固，末端攔阻，下游溝排”相結合的治理洪災的思路，采取工程措施完善防洪設施系統(tǒng)。廠壩區(qū)右岸一級階地為一山脊，積雪面積很小，原防洪設施能夠滿足需要。因此，廠壩區(qū)左岸為防洪系統(tǒng)完善的重點。

壩區(qū)防洪設施建設：左壩肩沖溝頂部由于匯水量少，溝中坡積物在工程建設期已經進行了混凝土噴護防護處理，因此，只在左壩肩沖溝原有的漿砌石擋墻底部設置了一排混凝土集水溝（斷面矩形），集水溝后設置混凝土排水溝（斷面矩形），將積雪融水集中排向大壩上游護坡導入庫中，避免積雪融水翻溢擋墻頂部流向壩頂。

廠區(qū)防洪設施建設：采取系統(tǒng)的工程措施，從山洪形成的源頭、下游段、廠房尾水平臺解除誘發(fā)泥石流災害的潛在威脅。

1）從山洪集中匯入源頭修建擋水建筑物，起到調蓄和控制山洪流量的作用。擋水建筑物采取漿砌石擋墻的型式，基礎坐落在基巖上，墻中梅花型分層設置直徑φ300預制混凝土排水管7根。擋墻長為54.3 m，頂部高程為1 245 m，最大墻高為3.3 m，墻腳下游設置高為0.9 m的鋼筋籠拋石，防止洪水對擋墻基礎的淘刷。

2）對沖溝內不穩(wěn)定的、易產生泥石的崩坡積物、極不穩(wěn)定的風化松動巖石和孤石進行清理或加固，防止滑坡、孤石阻塞，避免形成堰塞體。

3）在沖溝下游段適當?shù)奈恢迷O置攔砂壩攔阻泥石流的固體物質，防止石渣淤積二號上壩公路路邊排水溝，確保排水溝暢通無阻，起到阻渣通水的作用，其基礎坐落在基巖上，攔砂壩長15 m，頂部高程為944 m，最大高度2.7 m。攔砂壩中梅花型分層設置直徑φ300預制混凝土排水管7根，墻腳下游設置高為0.9 m的鋼筋籠拋石，防止洪水對擋墻基礎的淘刷。

4）在電站廠房門前修建排水溝導入尾水，避免水流沖上二號上壩公路后，沖落至三號進廠路后沖入廠房。排水溝為頂部加設攔柵式蓋板的矩形斷面混凝土結構，總長為67 m。

7 系統(tǒng)完善后的效果

2010年夏季，水利樞紐工程運行管理單位完善了廠壩區(qū)防洪設施系統(tǒng)的建設。 盡管2011年春季和2012年春季，左岸山頂一級階地坡地草原的積雪厚度與2010年積雪厚度相當，但由于防洪設施系統(tǒng)發(fā)揮了有效的控制作用，致使融雪產生的巨大洪水并未能在廠壩區(qū)造成洪水泥石流災害。 2012年3月18日，左壩肩沖溝發(fā)生積雪融水，洪水通過擋墻底部的集水溝、排水溝流到大壩上游防浪護坡，未流向壩頂。經過兩年的春汛巡視檢查，系統(tǒng)防洪設施起到了防范洪災的有利作用，減少了每年防洪期間大量的人力、機械、物資、資金投入，防洪效果和效益顯著。

［1］程曉陶.當代水利科技前沿（防洪減災）［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［2］肖煥雄.施工導截流與圍堰工程研究［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［3］司兆樂.水利水電樞紐施工技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.