水電工程蓄水后泥石流影響范圍進一步探討

王壽宇

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

水電工程蓄水后泥石流影響范圍進一步探討

王壽宇

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

現行的GB 50287—2006《水力發電工程地質勘察規范》對泥石流影響的范圍界定、防治等進行了相應的規定。而在工程蓄水后實際運行中，泥石流的影響范圍往往超出原來的預測范圍，甚至對電站建設影響范圍內已重建、改建工程產生二次危害，需采取進一步的處理措施，造成不必要的損失及資源浪費。結合瀘定水電站水庫蓄水后新增的泥石流影響范圍的研究成果，對水電站蓄水后泥石流淤積影響范圍的確定進行了進一步的探討。

水電工程；泥石流；影響范圍；頂托淤積；二次危害

0 引 言

泥石流是水電工程勘察必須查明的工程地質問題之一[1-4]。GB 50287—2006《水力發電工程勘察規范》等相關行業規程規范對泥石流的分布、規模、危害等影響界定，以及防治處理建議等工作給出了相應的方法[5-7]。但在實際運用中，水庫蓄水后，往往發現泥石流影響范圍較前期階段出現偏差，值得作進一步探討。本文結合瀘定水電站蓄水后泥石流淤積影響的實際情況，針對水電站蓄水后泥石流影響范圍界定進行了進一步的深化研究。

1 工程概況

瀘定水電站位于四川省甘孜州瀘定縣大渡河干流上。螞蜂溝位于瀘定縣城上游距縣城約12 km的大渡河左岸，主溝溝口走向N65°E，距溝口約2 km后溝向轉為S75°E，距溝口約3.6 km又轉到近N23°E的方向。主溝的流域形態似“Z”字形，溝內支溝呈樹枝狀發育，溝谷的侵蝕作用強烈，主要發育有草棚子溝、三叉河溝和洞子溝等3條大的支溝。

螞蜂溝主溝溝長12.92 km，總體坡降27.1%，坡降變化為陡-緩-陡，河道寬窄變化與陡緩變化段相對應。從源頭至徐家溝溝口段，長約3.46 km，走向近N40°E，溝道較為順直，溝床坡度約30°～35°，地勢陡峻，溝道狹窄，局部基巖裸露，植被較發育，局部坡腳存在崩塌、滑坡堆積物。溝口發育的洪積扇縱向長約400 m，前緣寬約750 m，該段總體坡度為3°～5°。在堆積物中部有1條沖溝，寬約20～30 m，深約1～3 m。堆積區可見大量塊碎石，以碎、塊石和砂礫石堆積為主，碎塊石所占比重可達70%～80%，有一定的磨圓度，以閃長巖、花崗巖碎塊石為主，含少量砂巖和石英。顆粒粒徑范圍大，大到直徑約1～2 m的漂礫，小到粘粒等均有分布。

螞蜂溝泥石流物源形成區、流通區和堆積區相對較為明顯，屬典型的溝谷型泥石流。通常，松散土石體在坡度14°以上的溝坡條件下便可起動形成泥石流。區內最高點海拔4 852 m，山坡坡度多為50°～70°。可見，流域陡峻的溝床都能為泥石流啟動和流體的運動提供必要的條件。

初步調查統計計算表明，螞蜂溝流域松散物源總量預計9 769.16萬m3。其中，穩定物源量9 642.67×104m3，占總物源量的98.71%；潛在不穩定物源量104.53×104m3，占總物源量的1.07%；不穩定物源量21.96×104m3，僅占總物源量的0.22%。由于松散物源絕大部分均位于泥石流形成區下部和流通區部位，且潛在不穩定處在溝床或溝谷坡腳地帶，在較大暴雨情況下很容易被水流沖刷，構成泥石流物源。由于松散物源中有1.29%處于潛在不穩定及不穩定狀態，從溝域內松散物源分布及規模分析，在一般降雨條件下，降雨匯流后因啟動能力有限，一般以山洪為主，但在局地特大暴雨條件下，上述物源極有可能啟動形成泥石流。因此，從溝谷地形、松散物源特點以及降雨條件綜合分析，該溝存在暴發較大規模泥石流的可能性。

據調查，近期較大規模泥石流(洪水)發生于1958年7月～8月，連續幾天暴雨導致泥石流的發生，溝內大量石塊被沖出，溝口泥石流堆積區幾乎全部被淹沒。1966年7月又發生過一次泥石流(洪水)，堆積區大部分都被淹沒，庫區原已修建的余家莊子水電站部分被淹沒。2000年7月25日21：30左右，徐家溝發生過一次小規模泥石流(洪水)，0.5 h的暴雨引發這次泥石流，水流中攜帶了大量的塊石，沖毀了2棟房子，沖走了部分牲畜，沒有造成人員傷亡；三叉河溝同時也發生了小型泥石流。

螞蜂溝流通區存在大量不穩定和潛在不穩定松散物源，流通區溝床縱坡較陡，溝道總體較順直，在局地暴雨條件下，溝道內及兩側的不穩定和潛在不穩定物源將被啟動。該溝存在暴發較大規模洪流或泥石流的可能。螞蜂溝的一次泥石流總量和一次沖出固體物質的總量預測見表1。

表1 螞蜂溝一次性泥石流總量預測

根據調查，螞蜂溝流域面積較大，物源較為豐富，主要為溝內溝岸上的崩坡積堆積物、滑坡堆積物和溝床內早期泥石流堆積物。螞蜂溝全流域植被總體較發育，僅在溝口段植被較差，基巖裸露。綜合地質環境分析，螞蜂溝在現狀條件下遇到頻率為10年一遇的降雨(P=10%)就有可能發生中等以上規模的泥石流。

螞蜂溝流域中部地勢較平坦、開闊，為瀘定縣嵐安鄉所在地，居住人口較多。隨著人口的增加和經濟的發展，為了擴展生存空間，人為開發山體如修路、建房、開墾荒坡地、亂砍濫伐等，破壞了山體的自然平衡，有可能導致泥石流的頻發。

2 泥石流對水庫復建工程的影響評價

余家莊子水電站位于大渡河左岸螞蜂溝泥石流堆積扇體的中部，其原址位于水庫影響區范圍以內。瀘定水電站蓄水后(正常蓄水位為1 378m)，原余家莊子水電站前緣將被淹沒或處在浸沒影響區，對余家莊子水電站已經采取墊高復建。重點研究瀘定水電站水庫蓄水前后，在10年、20年、50年、100年和200年一遇暴雨頻率情況下，螞蜂溝一次性發生泥石流的最大可能規模、堆積物分布范圍、泥石流活動性對復建的余家莊子水電站的影響。

泥石流沖出溝口后，溝槽變寬，坡度變緩，泥石流流速逐漸減小，直到堆積。從現場堆積區的地形地質特征看，現有堆積區的中間部分為一負地形，泥石流規模較小時，堆積物主要沿現有溝床堆積；泥石流規模較大時，泥石流在向扇體中下部的運移中，可以認為側向約束逐漸變小。泥石流流體寬度一般按下式計算

式中，Bp為泥石流流體寬度；Qc為泥石流的峰值流量。

在沒有地形約束的情況下，泥石流的堆積寬度一般為流體寬度的6倍。結合現場調查情況認為，泥石流的堆積寬度為流體寬度的5倍比較合適。經計算，瀘定水電站蓄水前，螞蜂溝泥石流在不同設計概率下特性指標預測結果見表2。

表2 不同設計概率下螞蜂溝泥石流特性指標預測結果

瀘定水電站水庫蓄水后，正常蓄水位為1 378 m，螞蜂溝泥石流堆積扇中前部會被淹沒，水位以上堆積面積縮小為0.035 km2(蓄水前為0.156 km2)，為蓄水前面積的22.4 %。余家莊子水電站墊高復建后電站區高程為1 380 m，該處螞蜂溝溝床高程約1 375～1 377 m，電站區高出現有溝床3～5 m。當螞蜂溝發生高頻～中頻泥石流時，由于水庫水位到達螞蜂溝泥石流堆積扇的中部，泥石流攜帶的碎屑物質直接進入庫區，又由于水庫水流緩慢以及主河道水位的頂托作用，其能量即會迅速耗散，流動的固體物質將在庫水下迅速卸載并快速淤積下來，致使螞蜂溝溝口段溝道縱坡變緩，泥石流固體物質大部分會堆積在溝口段，泥石流堆積范圍會稍有擴大，堆積厚度也會增加。隨著泥石流固體物質的逐年堆積，螞蜂溝溝床會逐年抬高，會再次對余家莊子水電站靠溝側場地有一定影響，但對電站的管理用房、廠房和設備影響小。當螞蜂溝發生低頻～極低頻泥石流時，計算分析表明，復建后的余家莊子水電站將再次位于螞蜂溝泥石流堆積影響范圍內。因此，泥石流對余家莊子水電站威脅大，需再次采取必要的工程防護處理措施。

3 結 語

水電站建設影響范圍內的復建等工程關系到國計民生及發電企業的經濟效益，應堅持一次性建成的原則，避免二次建設、重復建設造成不必要損失及資源浪費[8]。設計人員在進行工程設計時，應充分考慮可預見的各種不利因素；還要進一步考慮水庫蓄水后，庫水對泥石流溝淤積區頂托作用，為設計進行復建、還建等工程的泥石流防護及處理提供依據，規避泥石流產生的不利影響，提高經濟和社會效益。瀘定水電站蓄水后，對螞蟻溝泥石流淤積影響范圍的進一步探討，可供類似工程參考。

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[2]韋方強，謝洪，鐘敦倫. 四川省泥石流危險度區劃[J]. 水土保持學報，2000，14(1)：59-63.

[3]李彥軍，劉漢超，石豫川. 四川某電站庫區泥石流的特征研究[J]. 水土保持研究，2004，12(3)：194-197.

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[5]彭土標. 水力發電工程地質手冊[M]. 北京：中國水利水電出版社，2011.

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[7]康志成，李焯芬，馬靄乃，等. 中國泥石流研究[M]. 北京：科學出版社，2004.

[8]諶小紅. 水電站庫區專項復建工程造價控制[J]. 水利水電工程造價，2009(4)：25-27.

(責任編輯 楊 健)

Impact Scope of Debris Flow after Reservoir Water Storage in Hydropower Project

WANG Shouyu

(China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120, China)

The Chinese Specification of GB 50287-2015 Code for Hydropower Engineering Geological Investigation has defined the impact and prevention and control measures of debris flow, but the actual impact scope of debris flow after reservoir water storage of hydropower project is often larger than original forecast and even causes secondary hazards to reconstructed or constructed project in station area.So the debris flow need to be further treated to reduce loss and waste of resources.Based on the research results of impact scope of debris flow after reservoir water storage in Luding Hydropower Station, the determination of impact scope of debris flow after reservoir water storage is further discussed.

hydropower project; debris flow; scope of impact; backwater deposition; secondary hazard

2016-04-11

王壽宇(1988—)，男，江蘇淮安人，工程師，碩士，主要從事水電工程地質工作.

P642.23(271)

A

0559-9342(2016)12-0043-03