马海忠，杨忠良，汪振，丁兵勇

（1.华能澜沧江水电有限公司苗尾·功果桥水电工程建设管理局，云南大理672708；2.中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州310014）

1 工程概况

苗尾水电站采用引水式地面厂房开发方式，厂内安装4台单机容量为350 MW的水轮发电机组，总装机容量1400 MW。在发电厂房尾水出口下游约150 m处的右岸发育有一条泥石流沟——鲁羌沟，该沟流域面积7.78 km2，沟谷总体上呈SWW向展布，流域最高海拔高程3227.9 m，沟口处海拔高程1307 m，流域相对高差1920.9 m，流域全长约6.6 km，沟床纵向平均坡降194.9‰。鲁羌沟设计洪水频率为2%、5%、10%时的流量分别为40.7 m3/s、30.9 m3/s和23.7 m3/s。鲁羌沟泥石流性质属沟谷型暴雨激发的低频粘性泥石流，按泥石流易发程度数量化评分标准，其数量化评分90，属轻度易发等级。

2 鲁羌沟泥石流形成条件及发展趋势

鲁羌沟具有典型泥石流的地形地貌特征，其物源区、流通区和堆积区在地形上的变化较为明显，各区体现的功能较突出。物源区位于鲁羌沟上游河段1610 m高程以上，沟床坡度多在20°以上，两岸崩坡积厚度大，松散物源以残坡积和崩坡堆积物为主；物源区土源约52.0万m3，崩坡堆积物约157万m3，松散堆积物约209万m3。流通区位于鲁羌沟中下游河段1315～1610 m高程，该段沟床多有基岩出露，两岸沟坡坡度45°～50°，沟床纵坡较大且沟道较顺直，对泥石流有明显的加速作用。堆积区位于鲁羌沟下游沟口处，属典型泥石流堆积扇。

从调查结果分析，鲁羌沟为低频泥石流沟，自1985年发生重现期100年泥石流以来，没有再发生大规模的泥石流，预计未来50年内鲁羌沟将以重现期10～20年小规模稀性泥石流为主，但不能排除在强降雨加地震等突发条件下爆发重现期100年大型泥石流的可能。

3 鲁羌沟泥石流基本运动参数分析

（1）泥石流容重

根据现场调查试验法并结合经验公式法确定重现期100年泥石流容重为1.91 g/cm3，而重现期100年以内的泥石流容重按规范公式计算：重现期50年泥石流的容重1.83 g/cm3，重现期10年泥石流的容重1.63 g/cm3。

（2）泥石流流速、流量

泥石流的流速是很重要的运动参数，不同沟段因比降、糙率不同，流速变化会很大。

根据规范推荐的公式计算出鲁羌沟距沟口250 m处的流速为5.98 m/s，距沟口300 m处的流速为3.93 m/s。泥石流流量计算方法采用雨洪计算法，由此计算出鲁羌沟沟口处重现期50年泥石流流量161.0 m3/s，重现期100年泥石流流量226.7 m3/s。

（3）一次泥石流总量

鲁羌沟泥石流属粘性阵性泥石流，一次泥石流总量WC、一次泥石流固体总量Qs的计算公式如下：

式中：流域面积为5～10 km2，取K=0.113；

T为泥石流历时，s；

QC为泥石流最大流量，m3/s。

式中：γC为泥石流容重；

γw为清水的容重；

γh为泥石流固体物质的容重。

可以得出鲁羌沟重现期100年泥石流固体物质总量3.7万m3，重现期50年泥石流固体物质总量2.3万m3。

（4）泥石流大块石的冲击力

根据现场调查，鲁羌沟1985年发生泥石流时，有直径5 m左右的石块被搬动过，按弹性撞击法计算泥石流最大块石冲击力约234～1816 kN。

4 鲁羌沟泥石流防治的必要性

鲁羌沟泥石流为沟谷降雨型低频大型粘性泥石流，其危害性主要体现在如下几个方面：

（1）苗尾水电站发电厂房尾水渠从鲁羌沟沟口通过，如果不采取防治措施，苗尾水电站运行期间，若鲁羌沟发生泥石流，将会阻碍电站尾水渠进而影响电站的正常运行。如果泥石流的规模较大，可能沿尾水渠反坡段下行，淤积并堵塞厂房尾水出口，威胁厂房建筑物的安全，也可能直接冲击厂房尾水左挡墙，并对其安全稳定造成威胁。

（2）在苗尾水电站施工期间，如果鲁羌沟发生泥石流，不但威胁发电厂房基坑的施工安全，还将对沟口处的临时施工设施造成破坏，并威胁到施工人员的生命安全。

（3）由于进厂公路要跨过鲁羌沟，如果不采取防治措施，一旦鲁羌沟发生泥石流，将阻断进厂交通，进而影响电站的正常施工或运行。

可见，鲁羌沟泥石流对工程的危害性比较大，为保证苗尾水电站施工期和运行期的安全，有必要对鲁羌沟泥石流进行综合防治处理。

5 鲁羌沟泥石流防治方案

按照DZ/T0239-2004《泥石流灾害治理工程设计规范》，鲁羌沟泥石流治理工程的设计标准确定为：按重现期50年设计，其中重现期50年的泥石流容重为1.83 g/cm3，流量为161 m3/s，一次固体总量为2.3万m3。

鲁羌沟泥石流防治采用以削弱泥石流的发生频率及规模为重点，以排导为主，辅以拦挡相结合的防治措施。鲁羌沟泥石流防治方案见图1。

图1 鲁羌沟泥石流防治方案Fig.1 Prevention scheme of Luqianggou debris flow

5.1 拦挡系统

5.1.1 拦挡坝布置

鲁羌沟原物源区主要分布在上游1600 m高程以上，但受交通条件限制，沟道两岸陡峻，无交通条件。若沿沟修建交道便道势必会带来大量弃渣及道路边坡等问题，且投资较大，在1600 m高程物源下游修建拦挡坝无法实施，主要对物源区临沟侧坡脚实行铅丝笼护脚。拦挡坝共布置两级，坝址选择主要依据鲁羌沟地形地质、施工条件及相关建筑的布置。

拦挡系统规模，按其库容满足按重现期50年一次泥石流固体物质总量2.3万m3控制。根据地形地质条件，确定上游拦蓄系统布置在沟底高程1440～1350 m河段内，由1～2级拦挡坝组成，各坝址两岸自然边坡稳定，沟底稍有覆盖层分布，各拦挡坝基础均坐落在弱风化砂/板岩上，具备布置拦挡坝的地质条件。经过坝高与库容的试算，确定两级拦挡坝采用坝高16 m、12 m设计，总拦蓄库容2.5万m3。

1级拦挡坝布置于沟底1435 m高程，距排导渠进口约1 km，坝址基岩出露，两岸陡峻，坝址上游沟道纵坡约为11%，坝址下游150 m为鲁羌隧洞跨沟桥墩；该坝址施工便利、有效库容相对较大，且有利下游鲁羌隧洞跨沟桥墩的安全。2级拦挡坝布置于沟底1373 m高程，距排导渠进口约450 m，位于一沟道转弯下游，坝址右岸基岩出露，左岸为堆积体，该坝址具有施工条件便利、上游库容较大等优点。

5.1.2 两级拦挡坝结构设计

1～2级拦挡坝均采用格栅式重力坝结构，并设置溢流孔，见图2。根据拦蓄库容确定坝顶高程、堰顶高程，坝体上游坡采用1∶0.7，下游坡采用1∶0.2。坝体排泄孔尺寸0.5m×1.0m（宽×高），水平间距2.0 m，垂直间距2 m，呈“品”字形布置。在坝体上游侧一定范围内回填块石，以减缓泥石流对坝体的直接冲击，有利于坝体的整体稳定。坝体横缝间距按15～20 m控制。拦挡坝的顶部设开敞式溢流堰，并对应下游河道居中布置，拦挡坝所需溢流口尺寸，按重现期50年泥石流过流能力设计。

图2 拦挡坝典型断面图Fig.2 Typical section of the debris flow control dam

5.1.3 各级拦挡坝副坝设计

1～2级拦挡坝的下游消能均采用副坝结构型式，经计算，主、副坝间距均在15～20 m之间。根据规范公式计算副坝与主坝重叠高度，进而确定副坝坝高。副坝均采用重力坝结构，在副坝的上游侧回填碎石作为缓冲区，减缓泥石流对坝体的冲击力。

5.2 尾部排导系统设计

尾部排导系统布置于鲁羌沟尾部，位于沟口上游约250 m转弯处，通过裁弯取直，出口改道，利用拦导坝将泥石流导入排导槽，排至尾水渠集渣坑内。尾部排导系统各建筑物尺寸，按重现期50年泥石流过流能力设计，稳定应力满足规范要求。

尾部排导系统主要包括尾部拦导坝、潜坝、排导槽及集渣坑等建筑物，具体见图3、图4。尾部拦导坝位于鲁羌沟下游段，距沟口约250 m；坝轴线与沟道呈约50°夹角，既是阻止泥石流进入厂房尾水渠的拦挡设施，又是泥石流进入排导槽的导流坝；拦导坝为重力坝，坝顶高程为1345 m，坝基为弱风化砂板岩。排导槽进口布置高度约7 m的潜坝，基础坐落在基岩上，其主要作用是避免排导排泄泥石流时揭底。排导槽布置于原沟道右岸，通过开挖形成开敞式排泄通道，排导槽底宽10 m，纵坡10.6%大于上游沟道10%，排导槽底板基础为弱风化砂板岩，底板采用C25混凝土衬砌。排导槽尾部下游尾水渠内布置一约为5000 m3的集渣坑。

图3 尾部拦导及排导槽进口典型剖面Fig.3 Typical section of the control and drainage canal at the end and the inlet

图4 尾部排导槽纵剖面图Fig.4 Longitudinal section of the control and drainage canal at the end

6 结语

通过对鲁羌沟泥石流的形成条件、发展趋势、基本运动参数的调查分析，并根据鲁羌沟地形地质、施工条件及鲁羌沟与尾水发电出口的相对关系，提出了以排导为主、辅以拦挡的防治方案，有效地解决了鲁羌沟对施工期基坑及电站正常运行的不利影响。■

[1]鲁羌沟泥石流治理工程设计专题报告[R].华东勘测设计研究院.2010.