錦屏水電站工程引水系統(tǒng)右岸泥石流溝道防治措施

趙松濤

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

白龍江錦屏水電站是白龍江干流拱壩河電站與漢王電站之間的插補(bǔ)電站，電站裝機(jī)容量3×0.6MW。

電站設(shè)計(jì)為渠道引水式開發(fā)方式，設(shè)計(jì)引水流量176m3/s，考慮螺旋排砂池排砂流量，最大引用流量184m3/s。動(dòng)力引水明渠沿白龍江右岸漫灘及坡腳順河布設(shè)，總長(zhǎng)1576.27m，采用梯形明渠斷面，縱坡1/2000，渠深6.40～7.18m，底寬5.10m,,頂寬24.30～26.64m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深5.24m，計(jì)入排砂流量水深5.36m。渠道為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土襯砌斷面，渠坡襯砌厚度0.20～0.30m，渠底襯砌厚度0.30m。

2 引水系統(tǒng)右岸泥石流溝道發(fā)育特征及危險(xiǎn)性分析

2.1 泥石流發(fā)育特征

電站引水系統(tǒng)沿白龍江右岸漫灘及坡腳順河布設(shè)，引水系統(tǒng)右岸山坡距電站前池進(jìn)口約180m處有一條泥石流溝道，即錦屏1#泥石流溝。

錦屏1#泥石流溝為白龍江右岸一級(jí)支溝，是一條中易發(fā)、規(guī)模為小型的泥石流溝，該泥石流溝溝口正對(duì)擬建錦屏水電站引水明渠，溝口距離引水明渠約100m。

該泥石流溝流域面積0.19km2，屬坡面型泥石流溝，處于發(fā)展階段，流域平面形態(tài)為“桃葉型”，匯水條件好，主溝長(zhǎng)0.96km，主溝平均縱比降600‰，流域最大相對(duì)高差576m。溝谷形態(tài)呈“V”字型，支溝切深0.5～4m，溝道彎曲，跌水發(fā)育，堵塞一般，溝坡坡度多在35°，溝道補(bǔ)給來源于上游的耕地及溝岸崩塌，溝口堆積扇不發(fā)育，堆積物質(zhì)被白龍江直接沖蝕、搬運(yùn)至下游。

流域內(nèi)出露地層主要為下古生界志留系中上統(tǒng)白龍江群組碳質(zhì)板巖夾千枚巖，巖性極軟，風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，巖體破碎。大部分岸坡覆蓋有殘坡積層，厚度一般在0.1～0.6m，其結(jié)構(gòu)松散，易被沖蝕。整個(gè)流域內(nèi)植被覆蓋較差，覆蓋率一般在10%以下。流域內(nèi)中上游人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)主要為陡坡耕地，生態(tài)脆弱；中下游有一戶人家及砂石小路，溝岸崩塌多發(fā)生于此段；堆積扇不明顯，現(xiàn)多為耕地，約0.5畝，每年遭受不同程度泥石流沖毀。據(jù)調(diào)查，該溝泥石流的物質(zhì)補(bǔ)給來源主要為坡面侵蝕、溝岸崩塌及溝道堆積物，松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量為0.3×104m3/km2。

該溝泥石流屬稀性，計(jì)算的一次最大沖出量為0.05×104m3，屬小型泥石流溝。溝口堆積物一般粒徑小于5cm，所見最大粒徑0.4×0.4×0.3cm。泥石流爆發(fā)頻率平均每年一次，較大規(guī)模泥石流爆發(fā)頻率為2～5次/年。據(jù)訪問，1984年秋天爆發(fā)的泥石流，沖毀耕地0.3畝，造成直接經(jīng)濟(jì)損失0.5萬元。

2.2 泥石流的形成條件

(1)地形條件

工程區(qū)屬?gòu)?qiáng)烈侵蝕的低中山區(qū)，溝壑密集，坡陡谷深，相對(duì)高差較大。該泥石流溝平面形態(tài)呈“桃葉形”，流域面積0.19km2，相對(duì)高差576m，溝坡平均坡度35°，局部地段溝坡呈大于40°的陡坡，溝床縱比降600‰，有利于固體物質(zhì)啟動(dòng)搬運(yùn)。詳見表1。

表1 工程區(qū)泥石流溝地形要素、固體物質(zhì)要素一覽表

(2)固體物質(zhì)條件

本區(qū)屬基巖山區(qū)，巖層裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎。泥石流溝流域內(nèi)大部分溝坡覆蓋有殘坡積、崩坡積物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)松散，易被沖蝕搬運(yùn)，另外，溝坡兩岸淺層堆積層滑坡、滑塌，直接在溝道內(nèi)堆積，易被泥石流直接啟動(dòng)，為泥石流的形成提供了豐富的松散固體物質(zhì)。據(jù)調(diào)查，該泥石流溝內(nèi)松散物質(zhì)儲(chǔ)量為0.3×104m3/km2。

(3)降水條件

工程區(qū)屬甘肅省降水最豐富的地區(qū)之一，多年平均降水量487.2mm，24h最大降水量為90.5mm，1h最大降水量40mm，10min最大降水量16.2mm。短歷時(shí)、高強(qiáng)度的降雨為泥石流的形成提供了充足的水源條件。

2.3 泥石流特征值的確定

(1)泥石流流量

泥石流流量采用配方公式計(jì)算，公式如下：

QC(1%)=QB(1%)(1+ψ)D

(1)

式中，QC(1%)—百年一遇泥石流流量，m3/s；QB(1%)—百年一遇清水流量，m3/s；ψ—泥沙系數(shù)；D—堵塞系數(shù)，本次取1。

根據(jù)式(1)計(jì)算，區(qū)內(nèi)泥石流流量詳見表2。

表2 工程區(qū)泥石流流量計(jì)算表

(2)泥石流規(guī)模

采用徑流折算法進(jìn)行概算，計(jì)算公式如下：

WH=1000·K·H·α·F·φ

(2)

式中，WH—泥石流一次最大沖出量，m3；K—泥石流形成系數(shù)，取0.18；H—小時(shí)最大降水量，取40mm；α—徑流系數(shù)，取0.68；F—流域匯水面積，km2；φ—值取0.58。

用公式(2)對(duì)評(píng)估區(qū)泥石流一次最大沖出量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果詳見表3。按《〈縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求〉實(shí)施細(xì)則》(2006年4月)中泥石流規(guī)模分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，一次最大沖出量小于2×104m3，屬小型泥石流。

表3 工程區(qū)泥石流一次最大沖出量計(jì)算表

2.4 泥石流危險(xiǎn)性分析

(1)泥石流的危害特征

該泥石流溝現(xiàn)狀主要危害溝口下游處的前池、電站廠房、引水明渠及電站道路，危害方式主要表現(xiàn)在沖毀、壓埋、阻塞、破壞。泥石流溝的成災(zāi)點(diǎn)集中于溝口。

(2)泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)

在綜合考慮影響泥石流發(fā)育的各種條件和因素的基礎(chǔ)上，遵循定性分析為主、量化評(píng)價(jià)為輔的原則。依據(jù)《〈縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求〉實(shí)施細(xì)則》(2006年4月)中“泥石流易發(fā)程度數(shù)量化表”及“泥石流易發(fā)程度劃分表”評(píng)估其易發(fā)性，錦屏1#泥石流溝量化評(píng)分為97，該泥石流溝屬于中易發(fā)。

3 泥石流防治措施

泥石流防治是一項(xiàng)由多種措施組成的系統(tǒng)工程。它主要由四方面措施組成：①防止和削弱泥石流活動(dòng)的防治體系——通過生物措施和工程措施，保護(hù)和治理流域環(huán)境，消除或削弱泥石流發(fā)生條件；②控制泥石流運(yùn)動(dòng)的防治體系——采用攔擋壩、谷坊、排導(dǎo)溝、停淤場(chǎng)等工程措施，調(diào)整和疏導(dǎo)泥石流流通途徑和淤積場(chǎng)地，減少災(zāi)害破壞損失；③預(yù)防泥石流危害的防護(hù)工程體系——修建渡槽、涵洞、隧道、明硐、護(hù)坡、擋墻、順壩、丁壩等工程，對(duì)重要危害對(duì)象進(jìn)行保護(hù)；④預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及救災(zāi)體系一一對(duì)于遭受泥石流嚴(yán)重威脅的居民、企業(yè)和重要工程設(shè)施，及時(shí)搬遷、疏散，受災(zāi)時(shí)有效地?fù)岆U(xiǎn)救災(zāi)，減少災(zāi)害破壞損失。

錦屏1#泥石流溝為坡面型泥石流溝，流域內(nèi)植被破壞嚴(yán)重，設(shè)計(jì)對(duì)其采取綜合治理方案，采取長(zhǎng)防長(zhǎng)效的生物措施和各項(xiàng)工程措施相結(jié)合的原則，以工程措施為主，兼用生物措施，上、中、下游統(tǒng)一規(guī)劃，山、水、林、田綜合整治，以減少泥石流形成和控制泥石流危害。治理過程中經(jīng)濟(jì)合理地布置工程，并力求與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，減少工程施工中對(duì)環(huán)境的破壞。

3.1 工程措施

該工程泥石流治理的工程措施可簡(jiǎn)單概括為“穩(wěn)、攔、排”?！胺€(wěn)”即在主溝上游及支溝上建谷坊群，防止溝道下切，穩(wěn)定溝岸，減少固體物質(zhì)來源。“攔”就是在主溝中游建泥石流攔沙壩，攔截泥沙，削減泥石流規(guī)模和容重。堆積在攔沙壩上游的泥沙還可以反壓坡腳，起到穩(wěn)定坡岸作用?！芭拧本褪歉鶕?jù)工程地形地質(zhì)條件，并結(jié)合引水明渠斷面形式，因地制宜，在溝道下游溝口處興建泥石流排導(dǎo)槽，將泥石流引至豎井式渠下排洪涵，經(jīng)渠下排洪涵排泄到白龍江河道中，防止引水明渠及電站道路遭受泥石流破壞?？紤]由于受降水量及泥石流溝道下泄量影響，豎井式渠下排洪涵進(jìn)口處多呈無壓流，有時(shí)有明滿流交替情況，進(jìn)口設(shè)計(jì)為無坎寬頂堰進(jìn)流，為了保證豎井及排洪涵洞內(nèi)為無壓流，防止進(jìn)口產(chǎn)生負(fù)壓影響進(jìn)流及空蝕涵身，將進(jìn)口豎井段設(shè)計(jì)為更利于防負(fù)壓的斜井。

斜井式渠下排洪涵總長(zhǎng)81.52m，由斜井段、彎管段及排洪涵段組成，斜井段長(zhǎng)3.87m，設(shè)計(jì)縱坡1∶0.75，彎管段長(zhǎng)3.10m，中心半徑4.0m，排洪涵段長(zhǎng)62.55m，設(shè)計(jì)縱坡1∶50，出口消能段長(zhǎng)12.00m。排洪涵涵身采用2.0m×2.0m鋼筋混凝土矩形斷面，襯砌厚度0.5m，出口消能段采用拋填鋼筋籠塊石，拋填深度大于等于6.0m。

3.2 生物措施

泥石流災(zāi)害不少是由水土流失惡性發(fā)展而形成的，生物措施主要是指對(duì)泥石流溝采取封山育林、植樹造林等措施，因地制宜地建立起水源涵養(yǎng)林、水土保持林、工程防護(hù)林、經(jīng)濟(jì)林等，擴(kuò)大流域內(nèi)喬灌草植被，提高森林覆蓋率，使生態(tài)得到恢復(fù)，截滯、攔蓄大量降水，減少地表徑流，減少水土流失。它通過植物群落的地上地下共同作用，達(dá)到“土蓄水、水養(yǎng)樹、樹固土”的目的，從而逐漸控制泥石流的發(fā)生和削減泥石流的規(guī)模。

該工程區(qū)降水豐富，因地制宜，植樹種草，以迅速恢復(fù)植被。在泥石流溝流域上游營(yíng)造水源涵養(yǎng)林，中游營(yíng)造水土保持林，下游營(yíng)造各種防護(hù)林，并積極采用適宜當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的油橄欖，建立起經(jīng)濟(jì)林，既達(dá)到減輕水土流失及泥石流危害的目的，又可在以后產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

泥石流危害雖然很大，但只要深入了解其成因、特征，就可以因地制宜采取適當(dāng)措施進(jìn)行整治，消除或降低泥石流對(duì)工程造成的損失。該工程采取工程措施與生物措施相結(jié)合的防治措施，前期工程措施穩(wěn)定邊坡，促進(jìn)林木生長(zhǎng)，后期生物措施改善自然環(huán)境，減少水土流失，兩者結(jié)合，既迅速又長(zhǎng)期地控制泥石流危害。