淺談燕子溝流域泥石流對擬建蔡陽水電站的影響

【摘 要】燕子溝流域泥石流規(guī)模大，爆發(fā)頻率高，為影響擬建蔡陽水電站各工程場地適應性的重要因素。通過對燕子溝流域開展詳細的調(diào)查、勘測、分析研究工作，查明擬建場地及其上游河段形成泥石流的條件及泥石流的類型、規(guī)模、發(fā)育階段、活動規(guī)律、發(fā)展趨勢，評價其對擬建場地的影響，并提出相應的泥石流防治措施建議。

【關(guān)鍵詞】泥石流 燕子溝 蔡陽水電站 工程場地 影響 防治建議

一、概況

燕子溝位于滬定縣磨西鎮(zhèn)境內(nèi)，為大渡河右岸支流磨西河右源，發(fā)源于貢嘎山東麓，由西向東流至藥王廟轉(zhuǎn)向南東流，沿途接納眾多冰川支溝，于磨西鎮(zhèn)外吊咀處與同向而來的雅家埂河相匯，始稱磨西河，最后流經(jīng)約4.5km匯入大渡河。燕子溝全長41.5km，集水面積524km2，河流平均比降73.6‰。

蔡陽水電站壩址位于燕子溝流域磨西鎮(zhèn)河段內(nèi)，為引水式電站。壩址處控制流域面積225km2，多年平均流量7.86m3/s，建底格攔柵壩取水，壩前正常水位1976.17m；引水線路沿右岸布置，調(diào)節(jié)池正常蓄水位為1972.7m，調(diào)節(jié)庫容6.3萬m3；廠址位于燕子溝與海螺溝匯口附近海螺溝右岸沖積漫灘上；磨子溝壩址控制流域面積70.1km2，多年平均流量2.45m3/s，建底格攔柵壩取水，壩前正常水位1986.8m；電站利用落差538.99m，設(shè)計引用流量為16.5m3/s，裝機容量70MW。

現(xiàn)結(jié)合蔡陽水電站勘測設(shè)計的實際情況，對泥石流對水電工程的影響進行簡要分析。

二、燕子溝泥石流特性

（一）燕子溝泥石流發(fā)育的環(huán)境

燕子溝流域位于川西高原東南邊緣，區(qū)內(nèi)山勢巍峨，河谷深切，山嶺海拔高程一般在3000m以上，其西側(cè)貢嘎山頂高達7556m，常年白雪皚皚，屬高山區(qū)，相對高差達6500m。流域山高坡陡，地勢險峻，以35°以上的陡坡為主，達344.3km2，占流域面積的59.3%。流域徑流主要來源于降水，其次是冰川、高山融雪水和地下水補給。年內(nèi)降雨分配不均，主要集中在每年6～10月，水量約占全年的65%。

流域內(nèi)沖洪積、泥石流堆積沿各水系帶狀分布，冰磧和冰水堆積物廣布，崩坡積主要堆積于溝谷兩側(cè)坡腳一帶。流域內(nèi)中、上游冰磧物的規(guī)模較大，達數(shù)億m3，為泥石流的固體物質(zhì)主要補給源。

流域內(nèi)森林經(jīng)多年砍伐，已遭到嚴重破壞，海拔1600m以下多為次生林，溝口地帶已反演為灌木林。對流域水土保持極為不利，有利于泥石流的發(fā)育。

（二）燕子溝泥石流性質(zhì)

流域出露基巖巖性以花崗巖為主，泥石流體中的固體物質(zhì)主要由流域內(nèi)大量的冰磧、冰水堆物、溝床兩側(cè)崩坡積及部份坡殘積物構(gòu)成。粗大顆粒含量高，其母巖為容重大的花崗巖，以致堆積體容重偏大，推測泥石流容重可達1.5t/m3。

（三）泥石流的類型

經(jīng)實地調(diào)查訪問，近100年來燕子溝及支溝曾發(fā)生過多次大規(guī)模山洪泥石流，1989 年、1993 年、1995 年、2003 年、2005年、2010年曾發(fā)生過大型泥石流，并對人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。通過對近幾次泥石流堆積物進行測繪、勘探并取樣試驗。該流域泥石流具有：泥石流堆積物廣布、顆粒粗大、細粒物質(zhì)占比小、容重大、頻繁爆發(fā)大規(guī)模泥石流、自物源地至溝口泥石流堆積體巨大、流域各支溝均不同程度發(fā)育泥石流等特點。綜合各因素分析，燕子溝泥石流屬：暴雨（冰川）類—溝谷型—高容重、低粘度—高頻率—特大規(guī)?！嗍|(zhì)泥石流。

（四）泥石流的活動特征

根據(jù)野外考察，該流域泥石流的固相物質(zhì)補給是以冰舌后退表磧大量融出物質(zhì)及溝床物質(zhì)為主，溝床為泥石流物源區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)的動態(tài)平衡區(qū)域，因此溝床松散物質(zhì)十分豐富。當特大暴雨形成特大溝谷洪流時，便起動溝床物質(zhì)形成泥石流。

據(jù)查閱文獻和現(xiàn)場訪問，該流域主溝自1989年以來，以爆發(fā)過6次大型泥石流，爆發(fā)頻率高；多級泥石流階地也是主溝泥石流爆發(fā)頻率高的有力見證。另外，流域支溝爆發(fā)的仍屬高頻率泥石流，但與主溝相比，其頻率相對偏低。

歷史泥石流說明，該流域泥石流容重高、流速快、流量和總量都很大。在這樣的條件下，泥石流不僅成災速度極快，而且危害也很大。

三、泥石流參數(shù)計算

（一）洪峰流量計算

燕子溝無水文觀測資料和降水觀測資料，鄰近流域有大泥口水文站，本次采用推理公式計算壩址設(shè)計洪水。

（二）一次泥石流過程總量計算

根據(jù)《泥石流災害防治工程勘測規(guī)范》[1]推薦公式進行計算。因不具備測量條件，只是粗算一次泥石流總量Q。根據(jù)泥石流歷時T（s）和最大流量QC（m3/s），按泥石流暴漲暴落的特點，按以下公式計算：Q=K*T*Qc，一次性泥石流沖出的固體物質(zhì)總量按一公式計算：QH=Q（rC-rW）/（rH-rW）。

未查到本地區(qū)一次性暴雨時間，本次計算按每小時泥石流量進行估算。

蔡陽水電站各斷面泥石流每小時泥石流過程總量QH（m3）計算

（三）泥石流流速計算

根據(jù)《泥石流災害防治工程勘測規(guī)范》[1]，計算稀性泥石流流速采用西南地區(qū)（鐵二院）計算公式：Vc=；Vc—泥石流斷面平均流速（m/s），—清水河床糙率系數(shù)，查水文手冊；R—水力半徑（m），一般可用平均水深H（m）代替；I—泥石流水力梯度（‰），一般可用溝床縱坡代替。

（四）泥石流沖擊力計算

泥石流沖擊力分為流體整體沖壓力和大塊石的沖擊力兩種：

（1）泥石流體整體沖壓力計算公式（鐵二院公式）

δ=λ（γc/g）Vc2sinα

δ—泥石流整體沖擊壓力（Pa）；

g—重力加速度（m/s2，9.8）；

α—建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角（°）；

λ—建筑物形狀系數(shù)，圓形建筑物取1.0，矩形筑物取1.33，方形筑物取1.47。

泥石流體整體沖壓力計算計算成果

（2）泥石流體中大塊石的沖擊力（對墩的沖擊力）

F=γVc sina[W/（C1+C2）]

γ—動能折減系數(shù)，對圓形端取0.3；

C1，C2分別為巨石、橋墩的彈性變形系數(shù)，C1+C2=0.005。

W—石塊重量（t），燕子溝、磨子溝和海螺溝泥石流堆積的大塊徑礫石體積較大的約0.25m3、重量約0.675噸。

（五）泥石流沖起高度計算

四、泥石流對擬建蔡陽水電站各工程場地的影響及防治建議

擬建蔡陽水電站受燕子溝流域泥石流影響的工程場地主要為：燕子溝的壩區(qū)、引水暗渠外側(cè)擋墻、磨子溝壩區(qū)、海螺溝廠區(qū)等。

蔡陽水電站各工程場地均位于燕子溝、磨子溝、海螺溝的中下游，工程場地內(nèi)為泥石流的流通（堆積）區(qū)。燕子溝匯水面積大，溝內(nèi)堆積物多，發(fā)生大規(guī)模的泥石流的可能性較大，磨子溝次之，再海螺溝其次。

根據(jù)泥石流的形成條件和分布情況，經(jīng)綜合分析和數(shù)量統(tǒng)計計算其危險度，分別為：燕子溝為0.67屬高度危險區(qū)；磨子溝為0.6屬高度危險區(qū)；海螺溝為0.41屬中度危險區(qū)。各工程場地泥石流特征見下表：

（一）泥石流對燕子溝工程區(qū)的影響及防治建議

燕子溝為易發(fā)泥石溝，其發(fā)生的頻率較高，方量較大，堆積較多，不宜修建水庫，主要存在嚴重的水庫淤積問題。

壩址區(qū)取水建筑物受泥石流的影響主要表現(xiàn)為沖擊力對建筑物的沖擊破壞，但修建較低的取水壩，并采取相應的處理措施是可行的，因此，在水工建物結(jié)構(gòu)計算時應充分考慮到?jīng)_擊力的影響。從地表調(diào)查看和沖刷演算，壩區(qū)泥石流沖刷深度約3m，因此建筑物的基礎(chǔ)埋深應大于3m。由于泥石流方量大，速度快，發(fā)生頻率高，因此在壩址建筑物設(shè)計時應考慮到疏導建筑物，有利于泥石流向下游排泄。由于河道具有一定的彎曲度，當泥石流發(fā)生時，對河床兩側(cè)的側(cè)蝕作用強烈，兩岸多為堆積體，易形成局部垮塌現(xiàn)象，因此，對建筑物有影響的岸坡應采取相應的護坡處理措施。

（二）泥石流對磨子溝工程區(qū)的影響及防治建議

磨子溝為易發(fā)泥石流溝，規(guī)模相對較小，但頻率較高。在溝內(nèi)建庫條件差，主要存在溝谷狹窄和嚴重的水庫淤積問題。壩區(qū)河段溝谷狹窄，溝床比降較大，建筑處兩岸大部分為基巖，抗沖刷能力較強，泥石流發(fā)生時對岸坡的影響較小。由于泥石流方量大，速度快，發(fā)生頻率高，因此在壩址建筑物設(shè)計時應考慮到疏導建筑物，有利于泥石流向下游排泄。為了避免或降低泥石流對引水建筑物的影響，建議采用深埋引水隧洞繞溝方案。

（三）泥石流對海螺溝工程區(qū)的影響及防治建議

海螺溝為輕度易發(fā)區(qū)，規(guī)模較大，從溝內(nèi)堆積物看，未見新近堆積的泥石流堆積物，其發(fā)生的頻率相對較低。建筑物部位處溝床相對較平緩，溝谷開闊，但溝內(nèi)的堆積物較豐富，有發(fā)生泥石流的可能。

上游河段有共和水電站閘壩等擋水建筑物，一定程度上將起到阻擋上游泥石流向下游的流量，對本工程有利。共和電站壩址到蔡陽水電站廠址河段，溝谷比降較小，泥石流的流速相對較小，大塊體大部分沉積于此溝段，故泥石流對工程區(qū)的影響較小。此河段兩岸溝谷較發(fā)育，堆積物豐富，因此，廠址區(qū)建筑物應采取相應的防護等處理措施。

五、結(jié)束語

通過對燕子溝流域泥石流進行詳細的調(diào)查、勘測、分析研究，燕子溝流域泥石流具有規(guī)模大、爆發(fā)頻繁、流速快、沖擊力大、破壞性強等特點。蔡陽水電站燕子溝壩區(qū)、磨子溝壩區(qū)和海螺溝廠區(qū)均不同程度受泥石流威脅，為了避免或減輕泥石流對各場地擬建水工建筑物的危害，建議采取必要的輸排及防護措施，并加強建筑物結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)處理，以使擬建場地具有更良好的適宜性。

參考文獻：

[1]泥石流災害防治工程勘測規(guī)范，（DZT 0220-2006）。

[2]中國第四紀冰川地質(zhì)文集，地質(zhì)出版社，1977年。

[3]第四紀冰川與第四紀地質(zhì)論文集（第五集），地質(zhì)出版社，1988年。

作者簡介：1.張桂瑜（1981—），男，四川巴中人，工程師，從事水利水電工程地質(zhì)技術(shù)工作；2.劉平鄧（1987—），男，四川資陽人，助理工程師，從事水利水電工程地質(zhì)技術(shù)工作；3.楊歆媛（1988-），女，四川廣安人，助理工程師，從事水利水電工程地質(zhì)技術(shù)工作。