浅谈燕子沟流域泥石流对拟建蔡阳水电站的影响

【摘 要】燕子沟流域泥石流规模大，爆发频率高，为影响拟建蔡阳水电站各工程场地适应性的重要因素。通过对燕子沟流域开展详细的调查、勘测、分析研究工作，查明拟建场地及其上游河段形成泥石流的条件及泥石流的类型、规模、发育阶段、活动规律、发展趋势，评价其对拟建场地的影响，并提出相应的泥石流防治措施建议。

【关键词】泥石流 燕子沟 蔡阳水电站 工程场地 影响 防治建议

一、概况

燕子沟位于沪定县磨西镇境内，为大渡河右岸支流磨西河右源，发源于贡嘎山东麓，由西向东流至药王庙转向南东流，沿途接纳众多冰川支沟，于磨西镇外吊咀处与同向而来的雅家埂河相汇，始称磨西河，最后流经约4.5km汇入大渡河。燕子沟全长41.5km，集水面积524km2，河流平均比降73.6‰。

蔡阳水电站坝址位于燕子沟流域磨西镇河段内，为引水式电站。坝址处控制流域面积225km?，多年平均流量7.86m?/s，建底格拦栅坝取水，坝前正常水位1976.17m；引水线路沿右岸布置，调节池正常蓄水位为1972.7m，调节库容6.3万m?；厂址位于燕子沟与海螺沟汇口附近海螺沟右岸冲积漫滩上；磨子沟坝址控制流域面积70.1km?，多年平均流量2.45m?/s，建底格拦栅坝取水，坝前正常水位1986.8m；电站利用落差538.99m，设计引用流量为16.5m?/s，装机容量70MW。

现结合蔡阳水电站勘测设计的实际情况，对泥石流对水电工程的影响进行简要分析。

二、燕子沟泥石流特性

（一）燕子沟泥石流发育的环境

燕子沟流域位于川西高原东南边缘，区内山势巍峨，河谷深切，山岭海拔高程一般在3000m以上，其西侧贡嘎山顶高达7556m，常年白雪皑皑，属高山区，相对高差达6500m。流域山高坡陡，地势险峻，以35°以上的陡坡为主，达344.3km?，占流域面积的59.3%。流域径流主要来源于降水，其次是冰川、高山融雪水和地下水补给。年内降雨分配不均，主要集中在每年6～10月，水量约占全年的65%。

流域内冲洪积、泥石流堆积沿各水系带状分布，冰碛和冰水堆积物广布，崩坡积主要堆积于沟谷两侧坡脚一带。流域内中、上游冰碛物的规模较大，达数亿m?，为泥石流的固体物质主要补给源。

流域内森林经多年砍伐，已遭到严重破坏，海拔1600m以下多为次生林，沟口地带已反演为灌木林。对流域水土保持极为不利，有利于泥石流的发育。

（二）燕子沟泥石流性质

流域出露基岩岩性以花岗岩为主，泥石流体中的固体物质主要由流域内大量的冰碛、冰水堆物、沟床两侧崩坡积及部份坡残积物构成。粗大颗粒含量高，其母岩为容重大的花岗岩，以致堆积体容重偏大，推测泥石流容重可达1.5t/m?。

（三）泥石流的类型

经实地调查访问，近100年来燕子沟及支沟曾发生过多次大规模山洪泥石流，1989 年、1993 年、1995 年、2003 年、2005年、2010年曾发生过大型泥石流，并对人民生命财产造成巨大损失。通过对近几次泥石流堆积物进行测绘、勘探并取样试验。该流域泥石流具有：泥石流堆积物广布、颗粒粗大、细粒物质占比小、容重大、频繁爆发大规模泥石流、自物源地至沟口泥石流堆积体巨大、流域各支沟均不同程度发育泥石流等特点。综合各因素分析，燕子沟泥石流属：暴雨（冰川）类―沟谷型―高容重、低粘度―高频率―特大规模―泥石质泥石流。

（四）泥石流的活动特征

根据野外考察，该流域泥石流的固相物质补给是以冰舌后退表碛大量融出物质及沟床物质为主，沟床为泥石流物源区、流通区、堆积区的动态平衡区域，因此沟床松散物质十分丰富。当特大暴雨形成特大沟谷洪流时，便起动沟床物质形成泥石流。

据查阅文献和现场访问，该流域主沟自1989年以来，以爆发过6次大型泥石流，爆发频率高；多级泥石流阶地也是主沟泥石流爆发频率高的有力见证。另外，流域支沟爆发的仍属高频率泥石流，但与主沟相比，其频率相对偏低。

历史泥石流说明，该流域泥石流容重高、流速快、流量和总量都很大。在这样的条件下，泥石流不仅成灾速度极快，而且危害也很大。

三、泥石流参数计算

（一）洪峰流量计算

燕子沟无水文观测资料和降水观测资料，邻近流域有大泥口水文站，本次采用推理公式计算坝址设计洪水。

（二）一次泥石流过程总量计算

根据《泥石流灾害防治工程勘测规范》[1]推荐公式进行计算。因不具备测量条件，只是粗算一次泥石流总量Q。根据泥石流历时T（s）和最大流量QC（m3/s），按泥石流暴涨暴落的特点，按以下公式计算：Q=K*T*Qc，一次性泥石流冲出的固体物质总量按一公式计算：QH=Q（rC-rW）/（rH-rW）。

未查到本地区一次性暴雨时间，本次计算按每小时泥石流量进行估算。

蔡阳水电站各断面泥石流每小时泥石流过程总量QH（m3）计算

（三）泥石流流速计算

根据《泥石流灾害防治工程勘测规范》[1]，计算稀性泥石流流速采用西南地区（铁二院）计算公式：Vc=；Vc―泥石流断面平均流速（m/s），―清水河床糙率系数，查水文手册；R―水力半径（m），一般可用平均水深H（m）代替；I―泥石流水力梯度（‰），一般可用沟床纵坡代替。

（四）泥石流冲击力计算

泥石流冲击力分为流体整体冲压力和大块石的冲击力两种：

（1）泥石流体整体冲压力计算公式（铁二院公式）

δ=λ（γc/g）Vc?sinα

δ―泥石流整体冲击压力（Pa）；

g―重力加速度（m/s?，9.8）；

α―建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角（°）；

λ―建筑物形状系数，圆形建筑物取1.0，矩形筑物取1.33，方形筑物取1.47。

泥石流体整体冲压力计算计算成果

（2）泥石流体中大块石的冲击力（对墩的冲击力）

F=γVc sina[W/（C1+C2）]

γ―动能折减系数，对圆形端取0.3；

C1，C2分别为巨石、桥墩的弹性变形系数，C1+C2=0.005。

W―石块重量（t），燕子沟、磨子沟和海螺沟泥石流堆积的大块径砾石体积较大的约0.25m?、重量约0.675吨。

（五）泥石流冲起高度计算

四、泥石流对拟建蔡阳水电站各工程场地的影响及防治建议

拟建蔡阳水电站受燕子沟流域泥石流影响的工程场地主要为：燕子沟的坝区、引水暗渠外侧挡墙、磨子沟坝区、海螺沟厂区等。

蔡阳水电站各工程场地均位于燕子沟、磨子沟、海螺沟的中下游，工程场地内为泥石流的流通（堆积）区。燕子沟汇水面积大，沟内堆积物多，发生大规模的泥石流的可能性较大，磨子沟次之，再海螺沟其次。

根据泥石流的形成条件和分布情况，经综合分析和数量统计计算其危险度，分别为：燕子沟为0.67属高度危险区；磨子沟为0.6属高度危险区；海螺沟为0.41属中度危险区。各工程场地泥石流特征见下表：

（一）泥石流对燕子沟工程区的影响及防治建议

燕子沟为易发泥石沟，其发生的频率较高，方量较大，堆积较多，不宜修建水库，主要存在严重的水库淤积问题。

坝址区取水建筑物受泥石流的影响主要表现为冲击力对建筑物的冲击破坏，但修建较低的取水坝，并采取相应的处理措施是可行的，因此，在水工建物结构计算时应充分考虑到冲击力的影响。从地表调查看和冲刷演算，坝区泥石流冲刷深度约3m，因此建筑物的基础埋深应大于3m。由于泥石流方量大，速度快，发生频率高，因此在坝址建筑物设计时应考虑到疏导建筑物，有利于泥石流向下游排泄。由于河道具有一定的弯曲度，当泥石流发生时，对河床两侧的侧蚀作用强烈，两岸多为堆积体，易形成局部垮塌现象，因此，对建筑物有影响的岸坡应采取相应的护坡处理措施。

（二）泥石流对磨子沟工程区的影响及防治建议

磨子沟为易发泥石流沟，规模相对较小，但频率较高。在沟内建库条件差，主要存在沟谷狭窄和严重的水库淤积问题。坝区河段沟谷狭窄，沟床比降较大，建筑处两岸大部分为基岩，抗冲刷能力较强，泥石流发生时对岸坡的影响较小。由于泥石流方量大，速度快，发生频率高，因此在坝址建筑物设计时应考虑到疏导建筑物，有利于泥石流向下游排泄。为了避免或降低泥石流对引水建筑物的影响，建议采用深埋引水隧洞绕沟方案。

（三）泥石流对海螺沟工程区的影响及防治建议

海螺沟为轻度易发区，规模较大，从沟内堆积物看，未见新近堆积的泥石流堆积物，其发生的频率相对较低。建筑物部位处沟床相对较平缓，沟谷开阔，但沟内的堆积物较丰富，有发生泥石流的可能。

上游河段有共和水电站闸坝等挡水建筑物，一定程度上将起到阻挡上游泥石流向下游的流量，对本工程有利。共和电站坝址到蔡阳水电站厂址河段，沟谷比降较小，泥石流的流速相对较小，大块体大部分沉积于此沟段，故泥石流对工程区的影响较小。此河段两岸沟谷较发育，堆积物丰富，因此，厂址区建筑物应采取相应的防护等处理措施。

五、结束语

通过对燕子沟流域泥石流进行详细的调查、勘测、分析研究，燕子沟流域泥石流具有规模大、爆发频繁、流速快、冲击力大、破坏性强等特点。蔡阳水电站燕子沟坝区、磨子沟坝区和海螺沟厂区均不同程度受泥石流威胁，为了避免或减轻泥石流对各场地拟建水工建筑物的危害，建议采取必要的输排及防护措施，并加强建筑物结构和基础处理，以使拟建场地具有更良好的适宜性。

参考文献：

[1]泥石流灾害防治工程勘测规范，（DZT 0220-2006）。

[2]中国第四纪冰川地质文集，地质出版社，1977年。

[3]第四纪冰川与第四纪地质论文集（第五集），地质出版社，1988年。

作者简介：1.张桂瑜（1981―），男，四川巴中人，工程师，从事水利水电工程地质技术工作；2.刘平邓（1987―），男，四川资阳人，助理工程师，从事水利水电工程地质技术工作；3.杨歆媛（1988-），女，四川广安人，助理工程师，从事水利水电工程地质技术工作。