藏區(qū)某擬建水電站1#泥石流溝形成機(jī)制及發(fā)展趨勢(shì)分析

鄒根 中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司

西藏地區(qū)由于其特殊的地理位置、氣候條件、復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件以及強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使其具有地質(zhì)災(zāi)害類型齊全、分布廣泛、暴發(fā)頻繁、規(guī)模較大、危害嚴(yán)重、治理難度大的特點(diǎn)。結(jié)合遙感解譯資料，推測全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害及隱患點(diǎn)約為5000～7000處，潛在經(jīng)濟(jì)損失52.42億元，因此通過對(duì)某水庫泥石流的形成條件和特征分析，判斷其發(fā)展趨勢(shì)，為水庫建設(shè)提供參考依據(jù)，做出相應(yīng)的防治措施，避免泥石流對(duì)公路、當(dāng)?shù)鼐用褚约八畮煸O(shè)施造成危險(xiǎn)，具有重要意義。

1.工程概況

某水電站位于西藏自治區(qū)桑日縣境內(nèi)，該電站樞紐區(qū)段河谷深切，發(fā)育多條沖溝，且各沖溝松散物質(zhì)豐富，有發(fā)生泥石流的可能。為了正確判斷泥石流對(duì)工程區(qū)的危害嚴(yán)重程度，特對(duì)該水電站樞紐區(qū)沖溝進(jìn)行泥石流危害性研究。下文以樞紐區(qū)中1#沖溝為例，分析藏區(qū)泥石流形成條件及特征，研究其危險(xiǎn)性，建議相應(yīng)防治措施。

2.泥石流溝谷地形特征及分區(qū)特征

（1）溝谷地形特征。1#沖溝位于YJ左岸，溝口位于下壩址上游800m處，高程5100m。流域面積67.83km，流域內(nèi)溝谷平面形態(tài)呈“柳葉”（細(xì)長）形，流域平均縱向長度約11.84km，平均寬度5.73km。主溝溝道長12.11km，溝道平均比降172‰，溝谷中上游較為寬闊，下游較狹窄，形成寬窄相間的變化特點(diǎn)，局部形成卡口，為泥石流工程治理設(shè)低壩、谷坊等攔擋工程提供了有利地形條件。

（2）分區(qū)特征。1#沖溝為典型的稀性泥石流溝，根據(jù)泥石流分布特征，調(diào)查區(qū)內(nèi)各溝谷可劃分為形成區(qū)、流通區(qū)及堆積物。

形成區(qū)：形成區(qū)包括清水匯集區(qū)和物源生成區(qū)。1#沖溝清水匯集區(qū)4710～5070m段總體地形開闊平坦，呈“U”型谷，坡體坡度較陡45-70°，局部成洼地，松散物啟動(dòng)相對(duì)困難，僅有少數(shù)松散物質(zhì)參與泥石流活動(dòng)。3540～4710m段為“V”型谷，兩側(cè)山坡多在40°～60°。溝谷兩側(cè)植被覆蓋率達(dá)50～60%。1#沖溝松散物質(zhì)來源有巖屑坡、石冰川、融凍泥石流、坡積物、松散堆積物及溝道堆積物，主要分布在溝道兩側(cè)山體、坡腳地帶、支溝溝口，松散物質(zhì)堆積面積24.51km，參與泥石流松散物源量為1941.29萬方。

圖1 1#沖溝區(qū)域地貌圖

流通區(qū)：主要為1#沖溝主溝道及各個(gè)支溝溝道，面積約4.78km，主溝長約7km，坡降114.44‰，溝道呈“V”字型，寬約10～50m。兩側(cè)岸坡約45-70°，溝谷谷兩岸植被以雜生喬木、灌木及少量林木為主。干登沖溝流通區(qū)在奴覺村處相對(duì)平緩。

圖2 1#沖溝溝道縱坡降圖

圖3 1#沖溝分區(qū)圖

圖4 1#溝流通區(qū)特征圖

堆積區(qū)：堆積區(qū)位于3457-3551 m 高程位置，呈扇形分布。堆積區(qū)厚度總體為上游薄下厚，扇長353m，扇寬414m，平均厚度16.35m，面積為0.15km，溝道內(nèi)長年有流水，流量約0.8m/s，流速約3.6m/s，溝寬2～5m，溝坡坡度15°～25°。未見近年內(nèi)泥石流發(fā)生的痕跡，溝床堆積上漲不明顯，溝口為老洪積扇，洪積扇已衰退。

3.泥石流形成條件

（1）地形條件：通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，1#溝流域面積大于50km，1#的溝谷比降在40-280‰范圍之間，形成區(qū)的比降在20-600‰之間，工作區(qū)內(nèi)的沖溝地形條件在泥石流溝溝床比降分布比較集中地范圍內(nèi)。流域相對(duì)高差很大，在向下游運(yùn)動(dòng)的過程中，勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，使物源區(qū)上游的來水迅速攜帶物源區(qū)溝道中的固體物質(zhì)，形成泥石流。大比降的溝床縱坡，使水流具備流速高、沖蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)，從而容易侵蝕搬運(yùn)松散物質(zhì)和松散物質(zhì)的啟動(dòng)和搬運(yùn)。

（2）固體物源條件：1#內(nèi)分布松散物類型多、面積廣、數(shù)量大，儲(chǔ)量為26174×10m，具備了形成泥石流的條件。一般單位面積的松散物儲(chǔ)量大于4×10m/km時(shí)就有可能發(fā)生泥石流。1#溝單位面積的松散物儲(chǔ)量為28.62×10m/km，具備泥石流發(fā)生可能性。

（3）水源條件：根據(jù)西藏地區(qū)相關(guān)資料，泥石流一般均發(fā)生在年降雨量300mm和日降雨量30mm以上地區(qū)。根據(jù)《西藏泥石流》，該地區(qū)年最大降雨量403.3mm，日最大降雨量42mm，外加凍土層消融水源，區(qū)內(nèi)水源條件具備了泥石流形成的基本要求。

4.泥石流特征值

（1）泥石流流體重度：泥石流容重與流域內(nèi)可補(bǔ)給泥石流的松散固體物質(zhì)儲(chǔ)備量關(guān)系密切，可用下式計(jì)算：

式中：A—單位面積可補(bǔ)給泥石流的固體松散物質(zhì)量。計(jì)算可得1#沖溝泥石流流體密度為1.59t/m。

（2）泥石流流峰值流量：首先根據(jù)《西藏泥石流與環(huán)境》中多年平均最大1小時(shí)降雨量為9.3mm。在根據(jù)公式Sp=Kp×H，得百年一遇小時(shí)最大降雨量為15.18mm。式中Kp查表得1.632；再通過鐵一院公式計(jì)算清水流量，最后通過“雨洪法”計(jì)算泥石流峰值流量。其計(jì)算公式如下，結(jié)果見表1。

式中：Q、Q分別為頻率為P的泥石流峰值流量（m/s）、暴雨洪水設(shè)計(jì)流量（m/s）；Φ為泥石流泥砂修正系數(shù)，Φ=（γ-γ）/（γ-γ）；γ為泥石流密度（t/m）；γ為清水密度（t/m），取為1；γ為泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m），根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)取為2.65；D為泥石流堵塞系數(shù)，查經(jīng)驗(yàn)表。

式中Mc為泥石流溝床糟率系數(shù)。結(jié)果見表1。

（4）泥石流一次最大沖出量：首先依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式極端出一次泥石流過程總量，再利用其計(jì)算一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量。

式中：Q、Q分別為一次泥石流過程總量（m）、沖出固體物質(zhì)總量（m）；結(jié)果見表1。

表1 泥石流特征值

5.泥石流類型、觸發(fā)因素、危險(xiǎn)性及發(fā)展趨勢(shì)分析

根據(jù)調(diào)查，溝谷泥石流形成的水源成因主要有降雨及冰雪消融，但降雨占主導(dǎo)因素，為降水為主的混合型泥石流；物源主要為侵蝕性成因的各類堆積物；根據(jù)洪積扇特征及泥位調(diào)查近幾年未見泥石流爆發(fā)痕跡，爆發(fā)頻率低；泥石流的物質(zhì)組成主要以碎石、塊石為主，粘粒含量小，為稀性泥石流；綜合分析，1#沖溝屬于暴雨侵蝕低頻溝谷型稀性中型泥石流。

（1）觸發(fā)因素：①地震構(gòu)造及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)地震及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致山體基巖較破碎，為泥石流活動(dòng)提供了松散物源。②降雨，調(diào)查研究區(qū)內(nèi)日最大降水量為42mm，小時(shí)最大降水量15.18mm，大于流域泥石流可能爆發(fā)的界限雨值。③冰雪消融，溝道上游常年積雪及現(xiàn)代冰川發(fā)育，在強(qiáng)降雨情況下常常伴生冰雪消融及雪崩等，消融后帶動(dòng)巖屑坡、及刨蝕溝槽松散物，增加泥石流的清水流量及固體物質(zhì)量，增大泥石流流量。

（2）泥石流災(zāi)害史：據(jù)調(diào)查訪問，1#溝有過淹沒溝口道路、沖斷引水渠道的歷史，但均未造成過人員傷亡。

（3）泥石流危害對(duì)象：泥石流主要危害范圍為：沖溝泥石流溝道、溝口堆積區(qū)及YJ。1#溝爆發(fā)泥石流可能沖毀通行道路、擠壓YJ，或威脅擬建大壩壩肩穩(wěn)定性。

（4）堵江可能性：根據(jù)1#泥石流溝一次最大沖出固體物質(zhì)總量為8.03×10m，根據(jù)堆積體特征，將江面至泥石流山體出口段簡化為堆積椎形體，江面段簡化為三角堆積體，可推出計(jì)算公式：

S×B+1/3×S×L=V

S=h×b

式中：S—三角形面積；B—江面堆積平均寬度（江寬）；L—江面至山口堆積處水平距離；V—次沖出固體物質(zhì)總體積；b—江面堆積平均寬度（取洪積扇前緣寬度）；h—江面堆積高度。

計(jì)算得1#溝江面堆積高度約為0.36m，而江內(nèi)平均水深3-5m，其堆積于江道后的堆積高度小，江內(nèi)自然沖刷的過流高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抬高，百年一遇洪水幾乎無堵塞江道的可能。

（5）泥石流發(fā)展趨勢(shì)：目前1#沖溝處于間歇期，但由于其規(guī)模為中型，且目前對(duì)泥石流均沒有有效的綜合治理措施，隨著危害區(qū)內(nèi)各類設(shè)施新建，人口數(shù)量與人口密度增加，泥石流可能造成的災(zāi)損度亦會(huì)提高。若遇極端天氣形成的泥石流，屆時(shí)將會(huì)造成更大的危害，甚至?xí)植孔枞鹏敳夭冀?/p>

該擬建水電站水庫的初擬正常蓄水位3538m，因水位高，對(duì)泥石流固體顆粒的頂托作用相應(yīng)增大，如遇大的泥石流活動(dòng)，庫水位的頂托作用可回頂顆粒物質(zhì)就地停淤在沖溝溝道內(nèi)，水庫的建設(shè)在一定程度上會(huì)遏制了泥石流的發(fā)展，且水位的升高減小了1#沖溝堵塞YJ的可能性。

6.防治措施

（1）治理措施在查明泥石流形成的重點(diǎn)部位和形成方式的基礎(chǔ)上，對(duì)大量參與泥石流活動(dòng)的松散物質(zhì)可采取穩(wěn)固措施，對(duì)溝道可采取減輕沖蝕等措施，攔擋壩具有上述二重功能。（2）對(duì)跨越泥石流溝的道路等排導(dǎo)措施要考慮防沖刷和防淤積。橋涵工程要保證過流斷面和淤積厚度。為了減輕淤積，橋涵底部應(yīng)保持一定的坡度。（3）在某水電站施工期間，對(duì)員工駐地、材料場地的選擇應(yīng)避開泥石流影響區(qū)，并加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警。同時(shí)應(yīng)采取一些導(dǎo)流措施，避免發(fā)生人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等事故。

7.結(jié)論

（1）1#沖溝具備發(fā)生泥石流的地形條件、固體物源條件以及水源條件，具備發(fā)生泥石流的可能性。

（2）1#沖溝屬于暴雨侵蝕低頻溝谷型稀性中型泥石流，觸發(fā)因素主要為地震、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、降雨以及冰雪消融。據(jù)調(diào)查訪問，1#溝有過淹沒溝口道路、沖斷引水渠道的歷史，但均未造成過人員傷亡。

（3）1#溝江面堆積高度約為0.36m，而江內(nèi)平均水深3-5m，其堆積于江道后的堆積高度小，江內(nèi)自然沖刷的過流高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抬高，百年一遇洪水幾乎無堵塞江道的可能。

（4）雖目前1#沖溝處于間歇期，但由于其規(guī)模為中型，若遇極端天氣形成的泥石流，仍存在爆發(fā)泥石流的可能，隨著擬建水電站建設(shè)，危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)施及人口越發(fā)增加，屆時(shí)將會(huì)造成更大的危害。擬建水電站工程在一定程度上會(huì)遏制泥石流的發(fā)展、且水位的升高減小了1#沖溝堵塞YJ的可能性。