袁国庆,高建祥，李　静

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都　610072)



川西高原大中型水电站工程区泥石流沟的基本特征及影响

袁国庆,高建祥，李静

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都610072)

本文通过对川西高原地区大中型水电站工程区泥石流沟基本特征的总结，发现了这些工程区泥石流沟在气象植被、地形地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象和人类活动方面的共性特征。各沟都具备泥石流发生的气象、地形、地质等基本环境条件；绝大部分沟内的不稳定物源均十分丰富，具备启动泥石流的基本要素；总体上处于衰退期，在极端气候条件下有可能暴发泥石流。本文介绍了常用的泥石流评价与分析方法，评价了泥石流沟对水电工程的影响。

川西高原;大中型水电工程;泥石流;灾害;评价

0　前　　言

随着国家西部大开发战略的持续推进，川西高原地区水电资源的开发也进行得如火如荼，然而水电工程集中分布的高山地区往往也是泥石流频发的地区，近年来国内水电工程工地也发生了多起泥石流灾害，造成了重大的人员伤亡和经济损失。因此开展工程场地及附近地区泥石流发育特征的调查，并通过对其流量、流速乃至不同降雨条件下暴发概率等的动力学特性进行深入分析计算，预测其暴发规模，对泥石流危险性进行评价，为工程设计和施工提出合理的建议，从而尽量避免泥石流灾害的发生。目前我国针对泥石流勘察发布的标准性文件只有国土资源部在2006年发布的地矿行业标准—泥石流灾害防治工程勘查规范[1](DZ/T0220-2006)，该规范对泥石流发育的基本特征进行了详细的描述和分类，对我们认识泥石流提供了很好的帮助。但由于水电工程涉及到的场地范围广、类型多、而且往往需要利用一些不良场地，因此针对水电行业泥石流的勘察方法与评价标准也会有所不同。下面将根据笔者在川西高原地区大中型水电工程中参与详细调查的近20条泥石流沟的基本特征进行总结，介绍其基本的评价与分析方法，评价其对水电工程的影响。

1　泥石流沟的基本特征

川西高原地区大中型水电站的工程选址大都位于水流落差较大、河谷相对狭窄、岩石相对坚硬、构造相对稳定、人烟相对稀少的地区，这些地区往往具有相似的地理及地质特征，因此其场地附近发育的冲沟也往往具有相似的特征。

1.1沟流域的基本环境条件

沟流域内的气候特征受川西高原大气候环境的影响，属高原季风气候，四季分明，立体气候特征表现明显，主要特点是：雨热同季，降雨集中，干湿季分明，多年平均年降雨量300～800 mm，最大1日降水量30～60 mm。虽然总体上降雨量偏少，但局部范围内的短期集中暴雨，成为不可预知的因素。

沟流域内森林植被茂盛，一般能达到80%以上，海拔4 500 m以上主要为高山草甸，中上游两岸主要为高大乔木，沟口岸坡以灌木覆盖为主。

在地形地貌上，沟流域在平面上大体呈 “斗”、“扇”、“树杈”状等，主沟两岸一般会发育多条季节性流水的小支沟，沟源及两侧分水岭一般为地形较缓的高山草甸。上游基本为开阔的宽谷，沟床纵坡较缓，两岸坡度一般小于30°；中下游一般呈现“U”或“V”型峡谷，沟床纵坡较陡，两岸坡度一般大于30°；在沟口主河边的河漫滩上形成堆积扇，一级阶地以上一般会发育有较大规模的古泥石流堆积扇。

部分沟流域内会有区域断裂带穿过，但在晚更新世以来无活动，不属于活动断裂。根据各水电站地震安全性评价的结论，枢纽区地震主要受外围影响，一般烈度为7～8度。

沟流域内物理地质现象主要有风化卸荷、崩塌、滑坡、坡面泥石流及支沟泥石流，但大都是普遍发育，规模较小为特征。

沟流域内一般有少量的乡村分布，人类活动主要为农牧业生产及少量的林木砍伐。牧区分布于沟源草地，村庄及耕地分布于中上游的缓坡地带，少量的林木砍伐主要用于房屋修建及生活燃料，部分村庄在近年来沿沟道修筑了通村的机耕道。

1.2冲沟的泥石流特征

这些冲沟均位于高山峡谷地区，从沟口至分水岭的落差达1 000 m以上，大部分人烟罕至，无气象资料，其局部范围内的气候变化十分复杂，局部范围内的短期集中暴雨成为泥石流暴发的主要影响因素。

在地形地貌上均具备泥石流沟的发育特征，总体上可以将流域分为形成区、物源及流通区和堆积区。上游宽缓的形成区具备良好的水源与物源的富集条件；中下游狭窄的流通区坡脚堆积大量的松散崩坡积体，为泥石流物源的沿程补给和加速运动提供了良好条件；沟口堆积扇为泥石流堆积区。部分冲沟沟床纵坡降变化不大，仅局部微地貌的有区别，形成区与流通区在提供物源及流通的同时又均能沿沟床产生堆积，因此这些泥石流的实际发生情况与理论上的典型特征会有所差异。

沟域内普遍发育的崩塌、滑坡、坡面泥石流及支沟泥石流及其堆积物，人类活动沿沟道产生的大量弃渣，以及沟道内的枯树朽木成为引发泥石流的主要物源。根据物源稳定状态进行分类统计，可以按以下三类进行划分：

(1)稳定物源。系指沟谷流域内早期堆积的冰水堆积、崩塌堆积和坡残积堆积的块碎石土，表现为固结好、密实程度高，且具一定胶结，现状条件下稳定性好，就是在流水冲刷作用下，其整体仍保持稳定。

(2)潜在不稳定物源。系指沟谷流域内两岸堆积的崩坡积和部分沟床内堆积的冲洪积、泥石流堆积块(漂)碎(卵)石土，这些堆积物现状条件下稳定性较好，但在暴雨和沟水冲刷下，其稳定性变差，局部会失稳，是泥石流的主要补给物源。

(3)不稳定物源。系指沟谷流域内堆积的部分崩塌或滑坍堆积块碎石土、人工开挖形成的弃渣，这些堆积物现状条件下已表现出失稳下滑的变形迹象，若结合暴雨和沟水冲刷，其稳定性更差，直接失稳堆积于沟谷中，是泥石流的最主要补给物源。

现场调查发现，大部分物源堆积部位远高于河床，不易受沟谷水流冲刷影响，仅地表部位分布的细颗粒物质易被暴雨、洪水冲刷，而沿沟两侧的不稳定物源和潜在不稳定物源在暴雨、洪水影响下易突然垮塌堵沟然后启动泥石流。调查发现个别冲沟内在天然状态下均为稳定物源，如大渡河上游双江口电站的飞水岩沟，其两岸基岩裸露，沟内及沟岸边松散堆积物主要为崩塌堆积的巨大块石，架空严重，互相咬合，稳定性与透水性均较好，无法启动成为泥石流的物源。

1.3泥石流沟的发展趋势分析

根据泥石流的形成条件与发育特性分析，从较长历史时期来看，大部分泥石流沟在总体上呈现衰退趋势，这主要表现在：

(1)从沟口堆积形态来看，部分沟口一级阶地及两侧残留有较厚的早期泥石流堆积体，目前在堆积体上已经冲刷出新的沟槽，沟口靠近主河漫滩部位一般仅有冲洪积堆积的砂卵砾石层，说明历史上曾经发生过规模较大的泥石流，而近几十年来未曾爆发过泥石流。

(2)沟流域内植被覆盖率较高，覆盖率在80%以上，当地小规模的满足居民生活需求的砍伐树木活动对森林影响轻微，良好的植被对松散物源的稳定起到了很好的防护作用，很大程度上减低了两岸山体坡面泥石流爆发的可能。

(3)沟流域内的大部分不稳定物源均为山体坡脚处的小规模浅表层滑塌。这种状况使沟内和两岸山坡的松散固体物质持续大规模补给能力受限，尤其是持续提供大规模堵塞型固体物质来源的能力受限，部分固体物质即使被洪流启动，也难以长时期持续暴发历时很长、规模很大、破坏性极强的泥石流灾害。

(4)大部分沟域内人类活动轻微，但仍有部分沟内由于矿山、小水电的开发和村村通公路的修筑，在沟道内堆积有大量的松散弃碴，极大的增加了近期暴发泥石流的可能性。

个别冲沟仍处于形成期和发展期，如革什扎河上游的两河口水电站坝址附近的进水口沟仍处于形成期，其主要判断依据是：

(1)沟口堆积扇扇体上部沟槽多次改道，有新近淤积痕迹，未形成稳定沟槽；

(2)该沟新近发生的泥石流与近年来部分沟段恢复林木砍伐造成的水土流失有关；

(3)沟床狭窄，基岩裸露，坡降较陡，说明该沟仍以纵向切蚀为主，将产生溯源冲刷，在较长的地质时期内沟床将进一步的加深、加宽和变缓。如雅砻江上游甲西电站附近的木拉沟仍处于发展期，其主要判断依据是：

(1)沟口泥石流堆积扇的扇缘和扇高均在增长中，新老扇体叠置；

(2)近沟口的两岸可见明显的泥石流擦痕、泥痕；

(3)沟床及两岸坡的不稳定松散物源十分丰富；

(4)现场走访得知，近几年来已发生过多次泥石流。

综上所述，川西高原地区大中型水电站场址及附近的冲沟几乎都具备泥石流发生的气象、地形、地质等基本环境条件。除个别冲沟内无不稳定和潜在不稳定物源外，其他冲沟的不稳定物源均十分丰富，具备启动泥石流的基本要素。个别泥石流沟处于形成期、发展期以及人类活动影响强烈，在常年雨季也能发生泥石流，大部分泥石流沟总体上均为衰退期，只有在极端气候条件下发生局地强降雨才有可能暴发泥石流。

2　泥石流评价与分析的主要方法

泥石流沟的评价与分析最重要的是定性与定量，定性评价可帮助我们进一步加深对泥石流沟各项基本特征的了解，定量分析是进行验证和预测，为泥石流防治工程设计提供基本依据。

常用的定性评价方法有：

(1)暴雨强度指标评价，根据《泥石流灾害防治工程勘查规范(DZ/T0220-2006)》附录B，将该沟多年24 h、1 h、10 min最大短历时暴雨量代入相关公式，可以计算出暴雨强度指标R，通过计算表明川西高原地区R值一般处于4.2～10之间，说明发生机率0.2～0.8，评价其泥石流发生几率均较大；

(2)易发程度评价，通过对泥石流沟基本特征的调查，根据《泥石流灾害防治工程勘测规范(DZ/T0220-2006)》附录G.1泥石流沟易发程度数量化评分表进行逐一评分，各沟的总分值一般位于70～114之间，均属于轻度易发～易发泥石流沟；

(3)危险性指数评价，根据张梁、张业成等编著的《地质灾害灾情评估理论与实践》[2]，采用地质灾害危险性分析的方法，分析研究区泥石流危险性指数构成，建立危险性分析结构模型；

(4)危险度评价，成都山地所刘希林在其编著《泥石流危险性评价》[3]中提出的单沟泥石流危险度评价方法，采用7个评价因子按权重进行计算。这些评价方法的共同特征是仅通过资料收集和现场调查就能得到基本指标，可操作性强并且易于掌握，其评价指标基本涵盖了泥石流的各项重要特征。

定量分析计算主要包括泥石流流量、流速、冲击力等指标。具体的计算方法和公式在《泥石流灾害防治工程勘查规范(DZ/T0220-2006)》附录I中已经有详细的说明，在此不再赘述。由于泥石流特征值的计算都是总体概化后的经验和半经验的公式，参数取值也有较大的随意性，泥石流暴发的规模与频率要做到精确计算十分困难，因此在计算和取值时尽量以安全和保守为原则。

3　泥石流沟对工程的影响

大中型水电工程是一项十分复杂的系统工程，其营地及施工场地围绕枢纽建筑物，在河谷两岸分布范围达几公里至几十公里，其中分布的冲沟也大都为泥石流沟。挡水坝、引水发电系统、泄洪系统等重要枢纽建筑物均充分考虑了泥石流沟的不利影响，一般采取了避让措施。但由于工程场址大多位于峡谷地区，土地资源十分有限，一些辅助设施、临时施工场地和营地就只能在一些相对较安全的地段进行布置。而两岸冲沟沟口宽缓的堆积台地及沟内部分宽谷也就成为一些施工场地甚至营地的首选场地，这就导致了工程的施工大都要受到泥石流的威胁。

由于工程场地附近大都存在不同类型的冲沟，因此主要按照不同概率降雨条件下一次性冲出松散固体物质方量，结合沟口地形地貌特点调查，分析其在沟口的泛滥范围，从而预测出不同降雨条件下泥石流泛滥区对工程场地的影响，画出危险区并建议采取避让或适当的拦挡排导措施。少量沟内可能布置有料场、碴场及砂石加工系统等辅助设施，会直接面临泥石流的威胁甚至诱发泥石流活动，建议按一定的设防标准对泥石流沟和场地进行综合治理，包括在修建拦渣坝、导流槽或排水洞、疏通沟道和对场地坡脚进行防护等措施。对于有些位于电站尾水下游的泥石流沟，有可能产生堵江或抬高尾水，对电站运行影响较大，必须充分论证其发生堵江的可能性，提醒设计要采取相应的工程处理措施。

对于这些影响到场地的泥石流沟，除采取工程措施外，同时要求施工期间对沟内进行降雨量观测，加强检查巡视，如遇滑坡阻塞沟道，及时进行疏通，避免泥石流发生，并制定应急预案，预防泥石流灾害。

4　结　　语

泥石流是一种经常发生的自然现象，其发生条件有一定的客观规律可循，人类不合理的生产活动有可能诱发和加剧泥石流发生的频率和规模，但只要认清其基本规律和特征，科学合理地选择场地和安排生产活动，加强防范意识，采取一定的工程防范治理措施，是可以将泥石流灾害减小到最低的。随着国家对安全生产的要求更加严格，川西高原地区各大中型水电工程开发对泥石流灾害的防治也开始更加重视，在场地布置和设计中对泥石流沟的防治基本原则是首先考虑避让，对确实不能避让的泥石流均要求进行专门论证并采取相应的防范处理措施。对于大中型水电工程主要需考虑以下四种因素：

(1)挡水坝、引水发电系统、泄洪系统等重要枢纽建筑物和人员密集的营地必须避让场地内的所有具备泥石流发生条件的冲沟；

(2)辅助设施、临时施工场地及交通线路在沟内及沟口布置时，必须进行泥石流危险性评价，并按一定的设防标准对泥石流沟和场地进行综合治理；

(3)一般不宜在沟道内设置弃碴场，如有设置则必须进行泥石流沟的治理及碴场的防护，同时施工管理过程中必须严禁随意弃碴；

(4)对于位于厂房下游有可能产生堵江的泥石流沟，须采取相应的工程处理措施。

[1]葛文彬,等.泥石流灾害防治工程勘查规范DZ/T0220-2006[S].中华人民共和国国土资源部，2006.

[2]张梁,等.《地质灾害灾情评估理论与实践》[M].地质出版社,1998.

[3]刘希林,等.《泥石流危险性评价》[M].科学出版社，2004.

2015-03-10

袁国庆(1979-)，男，湖北黄冈人，高级工程师，从事水电站工程地质勘测工作。

P642.23

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1003-9805(2016)03-0052-04