金沙江白鹤滩水电站小红岩沟泥石流危险性评价.pdf

：金沙江白鹤滩水电站小红岩沟泥石流危险性评价收稿日期：作者简介：宋庆滔（），男，高级工程师，从事水利水电工程、新能源工程和企业管理相关的生产科研工作宋庆滔，李思佳（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 ；浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司，浙江 杭州 ）摘要：泥石流地质灾害为我国山区城镇常见的一种地质灾害，尤其频发于我国西南山区，对这一地区的梯级水电站建设和安全运营构成了极大的危害。以金沙江白鹤滩水电站小红岩沟泥石流为研究对象，通过地质调查系统地分析了泥石流形成的地形及物源条件，结合室内试验，分析泥石流的容重、流速、流量、一次泥石流总量、一次固体物质总量及冲击力等运动参数，预测泥石流发展趋势，评价泥石流对工程建设的影响并提出防治建议。研究表明：小红岩泥石流沟具备发生泥石流的地形、物源及降雨条件，沟内共计有松散固体物源量 ，可能参与泥石流活动的不稳定物源量为 ，为沟谷降雨型低频大型稀性泥石流。小红岩沟泥石流沟 年一遇主要参数为：泥石流容重为 ，泥石流流速为 ，泥石流峰值流量为 ，一次泥石流总量和固体物质含量分别为 万 和 万，流体整体的冲击力为 。关键词：白鹤滩水电站；泥石流；地质灾害；危险性评价中图分类号：文献标识码：文章编号：（）泥石流灾害是山区城镇常见的一种地质灾害，规模较大，造成人员伤亡和财产损失较高 。在我国西南地区，特别是金沙江流域，由于地震、降雨等因素，泥石流灾害频发，严重威胁水电工程的安全稳定。为确保水电站及辖区内居民的生命和财产安全，进行泥石流危险性评价至关重要。金沙江位于长江上游，该区域是中国水电开发的重点区域，是“西电东送”主力。由于金沙江流域深切河谷发育，地震、降雨频发，诱发地质灾害频发，尤其是泥石流灾害一直威胁这一区域水电工程在建设期和运营期的安全稳定，群死群伤事件时有发生 。例如，甘孜州一水电站施工区 年 月暴发泥石流灾害，造成多人罹难；年 月，在建白鹤滩水电站坝址近场区 条沟暴发泥石流，其中矮子沟发生了特大型泥石流，导致多人罹难 。金沙江流域是我国灾害性泥石流最为频繁的地区，已查明 条泥石流沟，我国 以上的泥石流灾害发生在该区域 。为了减轻泥石流灾害对水电工程的威胁，保障水电站及辖区居民的安全，进行泥石流危险性评价非常重要 。特别是在白鹤滩水电站坝址区，许多沟道在地质历史上都经历过泥石流事件，部分沟道近期泥石流活动仍然十分活跃。由于松散物质结构较原始状态更松散且内部孔隙度更大，使得松散物质更加不稳定，泥石流的临界水力条件更低，因此泥石流活动更加强烈 。然而，频繁的泥石流灾害区域还缺乏详细的工程地质调查，因此需要针对典型泥石流沟道提出危险性评价方法 。本文选取了金沙江白鹤滩水电站小红岩沟泥石流为研究对象，系统分析了泥石流形成的地形和物源条件，并通过室内试验提出了小红岩沟泥石流堆积物的特征。随后，从泥石流流速、流量和冲击力三个方面对小红岩沟泥石流进行了危险性评价，旨在为该地区的工程建设和安全运营提供参考依据。工程概况金沙江白鹤滩水电站位于金沙江下游河段，是金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四个梯级水电站中的第二级。坝址距离上游巧家县城 ，距上游乌东德水电站坝址约 ，距离下游溪洛渡水电站 。坝址位于四川省宁南县六城镇的左岸，云南省巧家县大寨镇的右岸。旱谷地料场位于坝址上游、金沙江右岸、巧家县城东北面山坡，距坝址约 ，公路里程约 ，是白鹤滩水电站大坝工程的骨料场。工程地质调查发现，该料场北侧发育一条降雨型沟谷低频大型稀性泥石流沟 小红岩沟，对工程施工期及运行期安全构成潜在威胁。小红岩沟的流域面积约为 ，最高海拔为 ，汇入白龙沟的高程 。沟谷高差约 ，主沟长约 ，整体纵坡降为 。该流域地形为构造侵蚀高中山地貌，属于药山山脉南麓轿顶山西坡。主沟总体走向近东西向，流域平面呈长条形，宽度上上宽下窄。植被覆盖率约为 ，主要由乔木和灌木组成。沟谷自上而下可分为三段：上段高程 ，地形陡峭，坡度 ，有发达的树枝状水系。中段高程 ，其中 以上为陡坡地形，部分区域为斜坡，高程 为斜坡地形，坡度约 ；下段高程 ，地形为缓台与陡坡相间，大坪子缓台坡度 ，分布有第 卷 第 期年 月 山西建筑 大量民居，陡坡坡度约 。箐门口沟在高程 附近汇入小红岩沟，而在高程 处，小红岩沟汇入白龙沟。在高程 附近的北侧，分布有罗盘山崩塌体。小红岩沟泥石流形成条件分析泥石流的形成受到地形条件、物源条件和降雨激发条件等多方面的影响。根据对小红岩沟的实际勘测与调查结果，我们对该地区泥石流形成的各项条件进行了分析。）地形条件。小红岩沟流域东部地势较高，西部地势较低，水流走向大致自东向西流动。流域最高点位于海拔 处，于海拔 处汇入白龙沟，而在海拔 处汇入水碾河沟。整个沟床纵坡大约为 。主沟海拔 以上，长约 ，流域面积约为 ，总体纵坡降为 （详见图 ）。局部地区存在陡坎，整体沟床坡度约为 。主沟宽度在 之间，沟深介于 之间。以上地形特征满足泥石流形成的地形条件。?）物源条件。小红岩沟流域的崩滑堆积物源总量为 ，主要分布在高程 以上的三处地点，整体稳定性较好，不会导致大规模滑坡形成集中物源。此外，部分冲沟两侧出现小范围的滑塌体，范围较小，未单独进行计算。崩滑堆积物中参与泥石流活动的不稳定物源量为 。小红岩沟沟内公路泥石流堆积物如图 所示。?侵蚀物源量由式（）估算 ：（）其中，为每年侵蚀物源量，；为降雨系数，小红岩沟年降水量 ，故 取 ；为侵蚀模数，小红岩沟流域泥石流区域按一般劣地考虑，取 万 （年）；为流域内松散堆积物源总面积，取 。由式（）计算得出小红岩沟流域每年提供的侵蚀物源量为 万，考虑坡面侵蚀可能参与泥石流活动的不稳定物源量按总储量的 计算，为 。综上所述，流域内共计有 的松散固体物源量，其中可能参与泥石流活动的不稳定物源量为 。泥石流危险性定量评价小红岩沟泥石流危险性定量评价包括三个方面：泥石流流速评估、泥石流流量评估和泥石流冲击力评价。泥石流流速采用铁道科学研究院西南科学研究所推荐的流速改进公式计算小红岩沟泥石流流速（见式（）：（）（）其中，为泥石流流速，；为泥沙修正数，按公式（）（）计算；为泥石流中固体颗粒容重，按经验值取 ；为泥石流容重，年一遇以内的泥石流容重与发生频率有一定的关系，按文献 建议取值；为清水河床糙率系数；为水力半径，一般用平均水深代替；为泥石流水力坡度，一般可用沟床纵坡代替，小红岩沟为 。小红岩沟高程 以上地形较为狭窄陡峭，沟段大部分呈窄 形谷，切割较深，植被发育，沟道两侧植被以草本植物和灌木为主，沟道内有少量高大乔木。该区沟道顺直，阻塞轻微，有阶梯跌水陡坎。糙率系数按文献 建议取平均值 。其他参数取值及计算结果列于表 。表 参数取值及计算结果泥石流爆发频率 泥石流容重（）泥沙修正数 水力半径 泥石流流速（）小红岩沟泥石流容重不超过 ，说明其所含固体物质占比较低，即 指数较低，属于稀性泥石流，经计算得不同爆发频率下流速为 ，百年一遇的泥石流流速为 ，相比于蒋家沟泥石流流速为 ，小红岩沟泥石流流速较低。泥石流流量采用雨洪法东川公式（如式（）所示）进行计算小红岩沟泥石流流量 ：（）（）其中，为泥石流流量，；为泥石流沟的洪水流量，；为泥沙修正数；为泥石流堵塞系数，根据工程地质情况按 泥石流灾害防治工程勘察规范附表 确定，小红岩沟取 。参数取值及泥石流第 卷 第 期年 月宋庆滔，等：金沙江白鹤滩水电站小红岩沟泥石流危险性评价流量计算结果见表 。表 参数取值及泥石流流量计算结果泥石流爆发频率 最大流量 （）泥石流流量 （）泥石流冲击力泥石流整体冲压力按式（）计算 ：（）其中，为泥石流冲压力，；为建筑物形状系数，按矩形建筑取 ；为泥石流重度，；为泥石流平均流速，；为建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角，（），可按最不利夹角 取值。根据现场调查，小红岩沟泥石流整体冲压力计算参数及计算结果列于表 。表 小红岩沟泥石流整体冲压力计算结果设计频率 建筑物形状系数 泥石流重度（）泥石流平均流速（）受力面与泥石流冲压力方向的夹角 （）泥石流冲压力 根据研究结果可见，当 时，即低于百年一遇的泥石流冲压力小于 ；当 时，小红岩沟泥石流的冲击力达到 。上述计算结果明显低于蒋家沟泥石流的冲击力，说明小红岩沟泥石流冲击力相对较低。泥石流的冲击力主要与粗颗粒含量及其粒径相关，小红岩沟泥石流速度较低，所能启动的粗颗粒和其他固体物质有限，其冲击力较低。针对上述计算结果，建议可对小红岩沟泥石流进行局部拦挡坝和导流渠治理。当然，泥石流的冲击力具有很强的随机性，需要后续进行进一步深入研究。结论基于工程地质调查，对金沙江白鹤滩水电站坝址区小红岩泥石流沟进行了全面剖析，从泥石流流速、流量、爆发规模和冲击力等四个方面评价了小红岩泥石流沟的危险性，得出以下主要结论：）小红岩沟高程 以上发生的泥石流属于沟谷降雨型低频大型稀性泥石流。在强降雨条件下，小红岩沟具备泥石流形成的三大条件，因此极有可能暴发泥石流。）小 红 岩 沟 流 域 面 积 约 ，主 沟 长 约 ，主沟总体纵坡降为 。高程 以上流域面积为 ，主沟长 ，总体纵坡降 。在该流域内，松散固体物源总量约为 ，可能参与泥石流活动的不稳定物源量为 。）在小红岩沟高程 处断面，年一遇的泥石流主要参数为：泥石流容重为 ，泥石流流速为 ，泥石流峰值流量为 ，一次泥石流总量和固体物质含量分别为 万，其中固体物质含量为 万，流体整体的冲击力为 。参考文献：张楠，方志伟，韩笑，等 近年来我国泥石流灾害时空分布规律及成因分析 地学前缘，（）：，：，（）：胡桂胜，陈宁生，赵春瑶，等 长江上游梯级电站开发区泥石流的治理工程效果评估与减灾策略：以金沙江白鹤滩水电站为例 水土保持通报，（）：崔鹏 中国山地灾害研究进展与未来应关注的科学问题 地理科学进展，（）：贺拿，陈宁生，曾梅，等 白鹤滩水电站坝址近场区泥石流临界雨量研究 水利学报，（）：钟敦伦，谢洪，韦方强 长江上游泥石流综合危险度区划 山地灾害与地表过程重点实验室，（）：李宁，唐川，史青云，等 九寨沟震区“”泥石流成因与致灾机制研究 工程地质学报，（）：，（，）：，（）：，（）：，“”，（）：（下转第 页）第 卷 第 期年 月山西建筑 刊）：，（）：刘恩龙，沈珠江 不同应力路径下结构性土的力学特性 岩石力学与工程学报，（）：刘瑜 基于颗粒接触模型的砂土剪切波速研究 杭州：浙江大学，（，）：，：；櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 （上接第 页）贺拿，陈宁生，朱云华，等 矮子沟泥石流影响因素及运动参数分析 水利与建筑工程学报，（）：唐邦兴 中国泥石流 北京：商务印书馆，（）：中国地质灾害防治工程行业协会 泥石流灾害防治工 程 勘 查 规 范（试 行）：北京：中国地质大学出版社有限责任公司，（，；，）：，：（），（）（），（），（）（），：；第 卷 第 期年 月山西建筑