川西高原大中型水電站工程區泥石流溝的基本特征及影響

袁國慶,高建祥，李　靜

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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川西高原大中型水電站工程區泥石流溝的基本特征及影響

袁國慶,高建祥，李靜

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

本文通過對川西高原地區大中型水電站工程區泥石流溝基本特征的總結，發現了這些工程區泥石流溝在氣象植被、地形地貌、地層巖性、地質構造、物理地質現象和人類活動方面的共性特征。各溝都具備泥石流發生的氣象、地形、地質等基本環境條件；絕大部分溝內的不穩定物源均十分豐富，具備啟動泥石流的基本要素；總體上處于衰退期，在極端氣候條件下有可能暴發泥石流。本文介紹了常用的泥石流評價與分析方法，評價了泥石流溝對水電工程的影響。

川西高原;大中型水電工程;泥石流;災害;評價

0　前　　言

隨著國家西部大開發戰略的持續推進，川西高原地區水電資源的開發也進行得如火如荼，然而水電工程集中分布的高山地區往往也是泥石流頻發的地區，近年來國內水電工程工地也發生了多起泥石流災害，造成了重大的人員傷亡和經濟損失。因此開展工程場地及附近地區泥石流發育特征的調查，并通過對其流量、流速乃至不同降雨條件下暴發概率等的動力學特性進行深入分析計算，預測其暴發規模，對泥石流危險性進行評價，為工程設計和施工提出合理的建議，從而盡量避免泥石流災害的發生。目前我國針對泥石流勘察發布的標準性文件只有國土資源部在2006年發布的地礦行業標準—泥石流災害防治工程勘查規范[1](DZ/T0220-2006)，該規范對泥石流發育的基本特征進行了詳細的描述和分類，對我們認識泥石流提供了很好的幫助。但由于水電工程涉及到的場地范圍廣、類型多、而且往往需要利用一些不良場地，因此針對水電行業泥石流的勘察方法與評價標準也會有所不同。下面將根據筆者在川西高原地區大中型水電工程中參與詳細調查的近20條泥石流溝的基本特征進行總結，介紹其基本的評價與分析方法，評價其對水電工程的影響。

1　泥石流溝的基本特征

川西高原地區大中型水電站的工程選址大都位于水流落差較大、河谷相對狹窄、巖石相對堅硬、構造相對穩定、人煙相對稀少的地區，這些地區往往具有相似的地理及地質特征，因此其場地附近發育的沖溝也往往具有相似的特征。

1.1溝流域的基本環境條件

溝流域內的氣候特征受川西高原大氣候環境的影響，屬高原季風氣候，四季分明，立體氣候特征表現明顯，主要特點是：雨熱同季，降雨集中，干濕季分明，多年平均年降雨量300～800 mm，最大1日降水量30～60 mm。雖然總體上降雨量偏少，但局部范圍內的短期集中暴雨，成為不可預知的因素。

溝流域內森林植被茂盛，一般能達到80%以上，海拔4 500 m以上主要為高山草甸，中上游兩岸主要為高大喬木，溝口岸坡以灌木覆蓋為主。

在地形地貌上，溝流域在平面上大體呈 “斗”、“扇”、“樹杈”狀等，主溝兩岸一般會發育多條季節性流水的小支溝，溝源及兩側分水嶺一般為地形較緩的高山草甸。上游基本為開闊的寬谷，溝床縱坡較緩，兩岸坡度一般小于30°；中下游一般呈現“U”或“V”型峽谷，溝床縱坡較陡，兩岸坡度一般大于30°；在溝口主河邊的河漫灘上形成堆積扇，一級階地以上一般會發育有較大規模的古泥石流堆積扇。

部分溝流域內會有區域斷裂帶穿過，但在晚更新世以來無活動，不屬于活動斷裂。根據各水電站地震安全性評價的結論，樞紐區地震主要受外圍影響，一般烈度為7～8度。

溝流域內物理地質現象主要有風化卸荷、崩塌、滑坡、坡面泥石流及支溝泥石流，但大都是普遍發育，規模較小為特征。

溝流域內一般有少量的鄉村分布，人類活動主要為農牧業生產及少量的林木砍伐。牧區分布于溝源草地，村莊及耕地分布于中上游的緩坡地帶，少量的林木砍伐主要用于房屋修建及生活燃料，部分村莊在近年來沿溝道修筑了通村的機耕道。

1.2沖溝的泥石流特征

這些沖溝均位于高山峽谷地區，從溝口至分水嶺的落差達1 000 m以上，大部分人煙罕至，無氣象資料，其局部范圍內的氣候變化十分復雜，局部范圍內的短期集中暴雨成為泥石流暴發的主要影響因素。

在地形地貌上均具備泥石流溝的發育特征，總體上可以將流域分為形成區、物源及流通區和堆積區。上游寬緩的形成區具備良好的水源與物源的富集條件；中下游狹窄的流通區坡腳堆積大量的松散崩坡積體，為泥石流物源的沿程補給和加速運動提供了良好條件；溝口堆積扇為泥石流堆積區。部分沖溝溝床縱坡降變化不大，僅局部微地貌的有區別，形成區與流通區在提供物源及流通的同時又均能沿溝床產生堆積，因此這些泥石流的實際發生情況與理論上的典型特征會有所差異。

溝域內普遍發育的崩塌、滑坡、坡面泥石流及支溝泥石流及其堆積物，人類活動沿溝道產生的大量棄渣，以及溝道內的枯樹朽木成為引發泥石流的主要物源。根據物源穩定狀態進行分類統計，可以按以下三類進行劃分：

(1)穩定物源。系指溝谷流域內早期堆積的冰水堆積、崩塌堆積和坡殘積堆積的塊碎石土，表現為固結好、密實程度高，且具一定膠結，現狀條件下穩定性好，就是在流水沖刷作用下，其整體仍保持穩定。

(2)潛在不穩定物源。系指溝谷流域內兩岸堆積的崩坡積和部分溝床內堆積的沖洪積、泥石流堆積塊(漂)碎(卵)石土，這些堆積物現狀條件下穩定性較好，但在暴雨和溝水沖刷下，其穩定性變差，局部會失穩，是泥石流的主要補給物源。

(3)不穩定物源。系指溝谷流域內堆積的部分崩塌或滑坍堆積塊碎石土、人工開挖形成的棄渣，這些堆積物現狀條件下已表現出失穩下滑的變形跡象，若結合暴雨和溝水沖刷，其穩定性更差，直接失穩堆積于溝谷中，是泥石流的最主要補給物源。

現場調查發現，大部分物源堆積部位遠高于河床，不易受溝谷水流沖刷影響，僅地表部位分布的細顆粒物質易被暴雨、洪水沖刷，而沿溝兩側的不穩定物源和潛在不穩定物源在暴雨、洪水影響下易突然垮塌堵溝然后啟動泥石流。調查發現個別沖溝內在天然狀態下均為穩定物源，如大渡河上游雙江口電站的飛水巖溝，其兩岸基巖裸露，溝內及溝岸邊松散堆積物主要為崩塌堆積的巨大塊石，架空嚴重，互相咬合，穩定性與透水性均較好，無法啟動成為泥石流的物源。

1.3泥石流溝的發展趨勢分析

根據泥石流的形成條件與發育特性分析，從較長歷史時期來看，大部分泥石流溝在總體上呈現衰退趨勢，這主要表現在：

(1)從溝口堆積形態來看，部分溝口一級階地及兩側殘留有較厚的早期泥石流堆積體，目前在堆積體上已經沖刷出新的溝槽，溝口靠近主河漫灘部位一般僅有沖洪積堆積的砂卵礫石層，說明歷史上曾經發生過規模較大的泥石流，而近幾十年來未曾爆發過泥石流。

(2)溝流域內植被覆蓋率較高，覆蓋率在80%以上，當地小規模的滿足居民生活需求的砍伐樹木活動對森林影響輕微，良好的植被對松散物源的穩定起到了很好的防護作用，很大程度上減低了兩岸山體坡面泥石流爆發的可能。

(3)溝流域內的大部分不穩定物源均為山體坡腳處的小規模淺表層滑塌。這種狀況使溝內和兩岸山坡的松散固體物質持續大規模補給能力受限，尤其是持續提供大規模堵塞型固體物質來源的能力受限，部分固體物質即使被洪流啟動，也難以長時期持續暴發歷時很長、規模很大、破壞性極強的泥石流災害。

(4)大部分溝域內人類活動輕微，但仍有部分溝內由于礦山、小水電的開發和村村通公路的修筑，在溝道內堆積有大量的松散棄碴，極大的增加了近期暴發泥石流的可能性。

個別沖溝仍處于形成期和發展期，如革什扎河上游的兩河口水電站壩址附近的進水口溝仍處于形成期，其主要判斷依據是：

(1)溝口堆積扇扇體上部溝槽多次改道，有新近淤積痕跡，未形成穩定溝槽；

(2)該溝新近發生的泥石流與近年來部分溝段恢復林木砍伐造成的水土流失有關；

(3)溝床狹窄，基巖裸露，坡降較陡，說明該溝仍以縱向切蝕為主，將產生溯源沖刷，在較長的地質時期內溝床將進一步的加深、加寬和變緩。如雅礱江上游甲西電站附近的木拉溝仍處于發展期，其主要判斷依據是：

(1)溝口泥石流堆積扇的扇緣和扇高均在增長中，新老扇體疊置；

(2)近溝口的兩岸可見明顯的泥石流擦痕、泥痕；

(3)溝床及兩岸坡的不穩定松散物源十分豐富；

(4)現場走訪得知，近幾年來已發生過多次泥石流。

綜上所述，川西高原地區大中型水電站場址及附近的沖溝幾乎都具備泥石流發生的氣象、地形、地質等基本環境條件。除個別沖溝內無不穩定和潛在不穩定物源外，其他沖溝的不穩定物源均十分豐富，具備啟動泥石流的基本要素。個別泥石流溝處于形成期、發展期以及人類活動影響強烈，在常年雨季也能發生泥石流，大部分泥石流溝總體上均為衰退期，只有在極端氣候條件下發生局地強降雨才有可能暴發泥石流。

2　泥石流評價與分析的主要方法

泥石流溝的評價與分析最重要的是定性與定量，定性評價可幫助我們進一步加深對泥石流溝各項基本特征的了解，定量分析是進行驗證和預測，為泥石流防治工程設計提供基本依據。

常用的定性評價方法有：

(1)暴雨強度指標評價，根據《泥石流災害防治工程勘查規范(DZ/T0220-2006)》附錄B，將該溝多年24 h、1 h、10 min最大短歷時暴雨量代入相關公式，可以計算出暴雨強度指標R，通過計算表明川西高原地區R值一般處于4.2～10之間，說明發生機率0.2～0.8，評價其泥石流發生幾率均較大；

(2)易發程度評價，通過對泥石流溝基本特征的調查，根據《泥石流災害防治工程勘測規范(DZ/T0220-2006)》附錄G.1泥石流溝易發程度數量化評分表進行逐一評分，各溝的總分值一般位于70～114之間，均屬于輕度易發～易發泥石流溝；

(3)危險性指數評價，根據張梁、張業成等編著的《地質災害災情評估理論與實踐》[2]，采用地質災害危險性分析的方法，分析研究區泥石流危險性指數構成，建立危險性分析結構模型；

(4)危險度評價，成都山地所劉希林在其編著《泥石流危險性評價》[3]中提出的單溝泥石流危險度評價方法，采用7個評價因子按權重進行計算。這些評價方法的共同特征是僅通過資料收集和現場調查就能得到基本指標，可操作性強并且易于掌握，其評價指標基本涵蓋了泥石流的各項重要特征。

定量分析計算主要包括泥石流流量、流速、沖擊力等指標。具體的計算方法和公式在《泥石流災害防治工程勘查規范(DZ/T0220-2006)》附錄I中已經有詳細的說明，在此不再贅述。由于泥石流特征值的計算都是總體概化后的經驗和半經驗的公式，參數取值也有較大的隨意性，泥石流暴發的規模與頻率要做到精確計算十分困難，因此在計算和取值時盡量以安全和保守為原則。

3　泥石流溝對工程的影響

大中型水電工程是一項十分復雜的系統工程，其營地及施工場地圍繞樞紐建筑物，在河谷兩岸分布范圍達幾公里至幾十公里，其中分布的沖溝也大都為泥石流溝。擋水壩、引水發電系統、泄洪系統等重要樞紐建筑物均充分考慮了泥石流溝的不利影響，一般采取了避讓措施。但由于工程場址大多位于峽谷地區，土地資源十分有限，一些輔助設施、臨時施工場地和營地就只能在一些相對較安全的地段進行布置。而兩岸沖溝溝口寬緩的堆積臺地及溝內部分寬谷也就成為一些施工場地甚至營地的首選場地，這就導致了工程的施工大都要受到泥石流的威脅。

由于工程場地附近大都存在不同類型的沖溝，因此主要按照不同概率降雨條件下一次性沖出松散固體物質方量，結合溝口地形地貌特點調查，分析其在溝口的泛濫范圍，從而預測出不同降雨條件下泥石流泛濫區對工程場地的影響，畫出危險區并建議采取避讓或適當的攔擋排導措施。少量溝內可能布置有料場、碴場及砂石加工系統等輔助設施，會直接面臨泥石流的威脅甚至誘發泥石流活動，建議按一定的設防標準對泥石流溝和場地進行綜合治理，包括在修建攔渣壩、導流槽或排水洞、疏通溝道和對場地坡腳進行防護等措施。對于有些位于電站尾水下游的泥石流溝，有可能產生堵江或抬高尾水，對電站運行影響較大，必須充分論證其發生堵江的可能性，提醒設計要采取相應的工程處理措施。

對于這些影響到場地的泥石流溝，除采取工程措施外，同時要求施工期間對溝內進行降雨量觀測，加強檢查巡視，如遇滑坡阻塞溝道，及時進行疏通，避免泥石流發生，并制定應急預案，預防泥石流災害。

4　結　　語

泥石流是一種經常發生的自然現象，其發生條件有一定的客觀規律可循，人類不合理的生產活動有可能誘發和加劇泥石流發生的頻率和規模，但只要認清其基本規律和特征，科學合理地選擇場地和安排生產活動，加強防范意識，采取一定的工程防范治理措施，是可以將泥石流災害減小到最低的。隨著國家對安全生產的要求更加嚴格，川西高原地區各大中型水電工程開發對泥石流災害的防治也開始更加重視，在場地布置和設計中對泥石流溝的防治基本原則是首先考慮避讓，對確實不能避讓的泥石流均要求進行專門論證并采取相應的防范處理措施。對于大中型水電工程主要需考慮以下四種因素：

(1)擋水壩、引水發電系統、泄洪系統等重要樞紐建筑物和人員密集的營地必須避讓場地內的所有具備泥石流發生條件的沖溝；

(2)輔助設施、臨時施工場地及交通線路在溝內及溝口布置時，必須進行泥石流危險性評價，并按一定的設防標準對泥石流溝和場地進行綜合治理；

(3)一般不宜在溝道內設置棄碴場，如有設置則必須進行泥石流溝的治理及碴場的防護，同時施工管理過程中必須嚴禁隨意棄碴；

(4)對于位于廠房下游有可能產生堵江的泥石流溝，須采取相應的工程處理措施。

[1]葛文彬,等.泥石流災害防治工程勘查規范DZ/T0220-2006[S].中華人民共和國國土資源部，2006.

[2]張梁,等.《地質災害災情評估理論與實踐》[M].地質出版社,1998.

[3]劉希林,等.《泥石流危險性評價》[M].科學出版社，2004.

2015-03-10

袁國慶(1979-)，男，湖北黃岡人，高級工程師，從事水電站工程地質勘測工作。

P642.23

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1003-9805(2016)03-0052-04