金元水電站磨子溝泥石流發(fā)育特征

1、<p>　　金元水電站磨子溝泥石流發(fā)育特征</p><p>　　摘要：金元水電站地處青藏高原東南部川西北丘狀高原東南緣向四川盆地過渡地帶，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，構(gòu)造活動較強(qiáng)烈，金元水電站所建引水隧洞通過磨子溝，磨子溝谷侵蝕地貌較發(fā)育，部分溝谷切割較深，溝床縱橫坡度和流域面積較大，磨子溝歷史上曾多次發(fā)生泥石流。對磨子溝泥石流的發(fā)展趨勢和危險性進(jìn)行預(yù)測評價，對保障金元水電站順利施工和安全運(yùn)行有重要意義。 &

2、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：磨子溝；泥石流；預(yù)測；評價 </p><p>　　中圖分類號：P642.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　1 研究背景介紹 </b></p><p>　　金湯河二級金元水電站位于四川省甘孜藏族自治州的康定縣境內(nèi)、大渡河左岸支流金湯河干流中游，為金湯河干流梯級開發(fā)的第二級水電站，

3、引水式開發(fā)。壩址位于康定縣捧塔鄉(xiāng)的下關(guān)門石、左岸支流雪頂溝匯口下游1.9km處。水庫正常蓄水位2610m，總庫容13.3萬m3，為日調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)容量10.8萬kW。 </p><p>　　引水隧洞穿過磨子溝中游，磨子溝泥石流發(fā)育于四川省甘孜州康定縣捧塔鄉(xiāng)，金湯河左岸，溝口即捧塔村。磨子溝流域面積約23.4km2，最高海拔高程為4300m，溝口海拔高程為2200m，相對高差2100m，總流域長8.02km，平

4、均坡降為261.8‰。 </p><p>　　金元水電站所建引水隧洞通過磨子溝，磨子溝谷侵蝕地貌較發(fā)育，部分溝谷切割較深，溝床縱橫坡度和流域面積較大，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生。因此，磨子溝泥石流對電站的建設(shè)密切相關(guān)。 </p><p>　　2 磨子溝泥石流發(fā)生基本地質(zhì)條件 </p><p><b>　　2.1地形條件 </b><

5、;/p><p>　　磨子溝流域?qū)俚湫偷母呱綅{谷地貌，流域內(nèi)山體坡度大、高差懸殊、地表土質(zhì)松軟，溝谷為深切的“V”型河谷，上游溝谷窄而陡，跌坎比較發(fā)育，跌水現(xiàn)象明顯。流域內(nèi)地形相對高差較大，達(dá)2100m，縱坡降261.8‰，從而構(gòu)成了泥石流形成的動力條件。而磨子溝溝谷兩側(cè)坡度多在40°以上，坡體的固體物質(zhì)容易匯集于溝道內(nèi)，風(fēng)化的松散碎屑物易于積累，斜坡上的松散殘積物多處于極限平衡狀態(tài)，一遇暴雨激發(fā)，便形成泥石

6、流。同時在該地形條件下坡面水流容易迅速下泄集中于溝道內(nèi)，為啟動泥沙提供了良好的動力條件。 </p><p><b>　　2.2物源條件 </b></p><p>　　“5.12”汶川大地震及其余震的影響，導(dǎo)致該區(qū)的巖層較為松散。磨子主溝溝道高程3100以上的形成區(qū)，由于坡形更加陡峭，加之海拔較高，巖體在物理、凍融風(fēng)化作用下極易產(chǎn)生崩塌、剝蝕，基巖大面積裸露，但風(fēng)化程度

7、較高。這些風(fēng)化殘積物易被搬運(yùn)堆積在坡面下部較緩處，而后由流水搬運(yùn)至下游。在雨水沖刷下，坡面堆積的松散物質(zhì)容易受雨水沖蝕沿沖溝而下，將堆積物帶入主溝溝道內(nèi)，成為泥石流物源。 </p><p>　　按類型大致分為滑坡體、崩滑堆積體、溝床堆積物、礦渣堆積體和工程棄渣堆積體5種類型，總體積約78.87萬m3，結(jié)合遙感解譯手段，估算磨子溝可移動松散物源約32.15萬m3。 </p><p>　　2.

8、3 降雨激發(fā)條件 </p><p>　　磨子泥石流形成的動力條件是降雨，特別是大雨、暴雨。在雨季來臨時，流域內(nèi)的松散堆積體經(jīng)過長時間雨水的侵泡，逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，C、φ值顯著降低，原來的高陡坡上的風(fēng)化殘積物此時自穩(wěn)能力變差，隨降雨帶入溝道，同時在突發(fā)強(qiáng)降雨條件下，坡腳處松散堆積體被流水沖刷、掏蝕并發(fā)生垮塌，加上地表徑流造成的坡面侵蝕，從而匯流形成泥石流。另外，主溝沿途兩側(cè)崩坡堆積體較多，其結(jié)構(gòu)松散，大塊石含量較多

9、，局部形成架空現(xiàn)象，在強(qiáng)大水流的攜帶作用下，堆積體中的細(xì)小顆粒被沖走，導(dǎo)致大塊石失穩(wěn)垮塌、滾落到溝中，使得沿途不斷補(bǔ)給固體物質(zhì)。 </p><p>　　據(jù)訪問當(dāng)?shù)鼐用?，?999年及2005～2008年暴發(fā)的泥石流都在6～8月份的雨季，且在暴發(fā)時具有較強(qiáng)降雨發(fā)生。由此可以推斷，強(qiáng)降雨為磨子溝泥石流暴發(fā)的主要激發(fā)條件。 </p><p>　　溝床縱比降較大是磨子溝暴發(fā)泥石流有利的地形條件；溝

10、道后緣及谷坡上堆積的大量崩塌、滑坡堆積體以及溝道內(nèi)的溝床堆積物為磨子溝暴發(fā)泥石流提供了豐富的物質(zhì)來源；前期長時間連續(xù)降雨以及后期暴雨為磨子溝泥石流的暴發(fā)提供了強(qiáng)大的水源條件。 </p><p>　　3 磨子溝泥石流動力學(xué)特征 </p><p>　　3.1泥石流流速計算 </p><p>　　計算斷面主要選取四處，2#支溝和主溝交匯處的1-1’斷面，礦場上游的2-2’

11、斷面，①號橋位置的3-3’斷面，以及②號橋下游的4-4’斷面（見圖3-1）。磨子溝30年一遇泥石流平均流速為8.96m/s，與3-3’斷面計算結(jié)果較接近，同時3-3’斷面位于金元水電站引水隧洞處，下游為工程棄渣區(qū)，考慮到泥石流對工程的影響，推薦采用3-3’斷面計算20年、30年、50年及100年一遇泥石流流速及可搬運(yùn)最大塊石粒徑，其計算結(jié)果如表3-1。 </p><p>　　表3-1不同頻率下磨子溝泥石流流速 &

12、lt;/p><p>　　頻率 溝道縱坡I 水力半徑R（m） 流速平均V（m/s） 可搬運(yùn)最大粒徑（m） </p><p>　　5% 0.141 2.5 5.62 2.0 </p><p>　　3.33% 4.3 8.07 4.1 </p><p>　　2% 4.7 8.57 4.6 </p><p>　　1% 5.2 9.

13、16 5.3 </p><p>　　圖3-1磨子溝斷面布置平面圖 </p><p>　　3.2泥石流一次沖出量 </p><p>　　一次泥石流總量Q可通過計算法確定。計算法根據(jù)泥石流歷時T（s）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)，將其過程線概化成五角形，按如下公式計算。 </p><p><b>　　Q =K TQ

14、c </b></p><p>　　式中：K 值的變化隨流域面積 (F) 的大小而變化，根據(jù)規(guī)范，F(xiàn)=23.4km2，則K = 0.0378。 </p><p>　　當(dāng)F<5km2 K=0.202 </p><p>　　F=5～10 km2 K=0.113 </p><p>　　F=10～100 km2 K=0.0378 &l

15、t;/p><p>　　F>100 km2 K<0.0252 </p><p>　　T－泥石流持續(xù)時間，本溝取60分鐘。 </p><p>　　根據(jù)泥石流歷時T（s）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)，計算出磨子溝泥石流不同頻率條件下一次總量見表3-2。 </p><p>　　表3-2 磨子溝泥石流一次總量計算結(jié)果 &l

16、t;/p><p>　　頻率 K T(s) Qc(m3/s) Q(m3) </p><p>　　5% 0.0378 3600 142.1 19337.0 </p><p>　　3.33% 3600 199.0 27079.9 </p><p>　　2% 3600 239.1 32536.7 </p><p>　　1% 360

17、0 324.6 44171.6 </p><p>　　3.3泥石流沖擊力 </p><p>　　泥石流沖擊力是泥石流防治工程設(shè)計的重要參數(shù)。包括流體整體沖壓力和個別石塊的沖擊壓力兩種。本文采用規(guī)范推薦的泥石流體整體沖壓力公式計算（如下）計算： </p><p>　　式中—泥石流沖壓力（KPa）； </p><p>　　—建筑物形狀系數(shù)，圓形建

18、筑物=1.0，矩形建筑物=1.33，方形建筑物=1.47，本次取1.0； </p><p>　　—泥石流重度（t/m3）； </p><p>　　—泥石流平均流速（m/s）； </p><p>　　—建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角（°），本次按90°計。 </p><p>　　計算結(jié)果見表3-3。 </p>

19、;<p>　　表3- 3磨子溝泥石流整體沖壓力計算表 </p><p>　　頻率 建筑物形狀系數(shù) 泥石流重度（t/m3） 泥石流平均流速（m/s） 受力面與泥石流沖壓力方向的夾角（°） 泥石流沖壓力（KPa） </p><p>　　5% 1.0 1.710 5.62 90 5.5 </p><p>　　3.33% 1.0 1.752 8.07

20、 90 11.6 </p><p>　　2% 1.0 1.786 8.57 90 13.4 </p><p>　　1% 1.0 1.843 9.16 90 15.8 </p><p>　　3.4泥石流沖起高度 </p><p>　　泥石流爬高和最大沖起高度按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘測規(guī)范》（DT/T0220－2006）附錄I提供的計算公式進(jìn)行

21、計算，見表3-4。 </p><p>　　表3-4 磨子溝泥石流爬高和沖起高度計算表 </p><p>　　計算頻率 泥石流平均流速 </p><p>　?。╩） 泥石流最大沖起高度 </p><p>　?。╩） 泥石流爬高 </p><p><b>　　（m） </b></p>&

22、lt;p>　　5% 5.62 1.6 1.3 </p><p>　　3.33% 8.07 3.3 2.7 </p><p>　　2% 8.57 3.7 3.0 </p><p>　　1% 9.16 4.3 3.4 </p><p>　　4 泥石流的發(fā)展趨勢及危險性評價 </p><p>　　4.1 泥石流發(fā)展現(xiàn)狀

23、 </p><p>　　該溝在2005年~2008年的6~8月份發(fā)生了多次小規(guī)模泥石流。2008年7月21日，磨子溝發(fā)生泥石流所產(chǎn)生的堆積物約1500m3。由于此次泥石流規(guī)模小，持續(xù)時間短，除造成部分工程設(shè)施及設(shè)備損毀外，未造成重大生命財產(chǎn)安全事故。2011年7月6日和7月24日磨子溝分別發(fā)生了兩次較大泥石流，特別“7.24”泥石流，其規(guī)模較大，破壞能力強(qiáng)，泥石流過流時沖毀了磨子導(dǎo)流明渠和泄槽，并深切導(dǎo)流明渠左岸

24、堆積物，因此泥石流沖積物倒灌入磨子溝工作面下游引水隧洞，并將進(jìn)洞口掩埋，深達(dá)4m~6m，溝道淤積填滿，泥石流沖進(jìn)磨子溝工作面施工營地，沖毀、損壞了鋼筋加工房、監(jiān)控室、維修車間、物資庫房等設(shè)施，11#渣場擋墻沖壞6處約50米，造成磨子溝工作面停止施工，據(jù)現(xiàn)場查看和沿線調(diào)查后初步估計，“7.24”泥石流沖出物約4萬m3，堆積物主要為碎塊石夾灰黑色腐植質(zhì)土，含少量漂石。 </p><p>　　4.2 易發(fā)程度評價 &l

25、t;/p><p>　　根據(jù)流域內(nèi)泥石流活動條件的諸因素，選擇有代表性的15項因素進(jìn)行數(shù)量化處理，以此來界定泥石流溝和對泥石流溝易發(fā)程度進(jìn)行評價。15項得分在44分以上的均可視為泥石流溝，在44分以下的則不作為泥石流溝來評價。 </p><p>　　根據(jù)泥石流溝諸因素的綜合評分結(jié)果并結(jié)合災(zāi)害評估等級要求（災(zāi)害等級分為大、中、?。⒛嗍饕装l(fā)程度分為三級：極易發(fā)（嚴(yán)重），15項得分之和≥116分；

26、中等易發(fā)（中等），15項得分在85~115分之間；輕度易發(fā)：15項因素得分之和在44~84分之間。 </p><p>　　對磨子溝天然狀況下諸因素評分值為94（見表4-1），屬于中度易發(fā)泥石流溝。 </p><p>　　4.3 危險度評價 </p><p>　　按成都山地所劉希林于1996年提出的單溝泥石流危險度評價方法，計算可得磨子溝泥石流的危險度為H為0.338

27、，按照分級標(biāo)準(zhǔn)：極低危險(0< H <0.2)、低度危險(0.2< H <0.4)、中度危險(0.4< H <0.6)、高度危險(0.6< H <0.8)、極高危險(0.8< H <1)，可知磨子溝屬于中度危險的泥石流溝，與實地調(diào)查磨子溝泥石流的定性結(jié)果吻合。 </p><p>　　表 4-1磨子溝泥石流易發(fā)程度評判表 </p><p

28、>　　序號 影響因素 磨子溝影響因素嚴(yán)重程度 得分 </p><p>　　1 崩塌、滑坡及水土流失 </p><p>　?。ㄗ匀缓腿藶榈模┑膰?yán)重程度 有零星崩塌、滑坡和沖溝存在 12 </p><p>　　2 泥沙沿程補(bǔ)給長度比（%） >60 16 </p><p>　　3 溝口泥石流堆積活動程度 主河河形無較大變化，僅主流受迫偏

29、移 11 </p><p>　　4 河溝縱坡% >12° 12 </p><p>　　5 區(qū)域構(gòu)造影響程度 相對穩(wěn)定區(qū)，4級以下地震區(qū)，有小斷層 4 </p><p>　　6 流域植被覆蓋率（%） 30～60 1 </p><p>　　7 河溝近期一次變幅（m） 1m～0.2m 4 </p><p>　

30、　8 巖性影響 風(fēng)化和節(jié)理發(fā)育的硬巖 4 </p><p>　　9 沿溝松散物貯量（104m3/km2） ＞10 6 </p><p>　　10 溝岸山坡坡度（°） ＞32° 6 </p><p>　　11 產(chǎn)沙區(qū)溝槽橫斷面 V型谷、谷中谷、U型谷 5 </p><p>　　12 產(chǎn)沙區(qū)松散物平均厚度（m） 5~1 3 &

31、lt;/p><p>　　13 流域面積（km2） 23.6 3 </p><p>　　14 流域相對高差（m） ＞500 4 </p><p>　　15 河溝堵塞程度 中等 3 </p><p><b>　　總得分 94 </b></p><p>　　易發(fā)程度評價 易發(fā) </p><

32、;p>　　泥石流溝易發(fā)程度評價結(jié)果表明磨子溝泥石流為易發(fā)，單溝危險度評價結(jié)果為中等危險性，根據(jù)調(diào)訪當(dāng)知磨子溝泥石流發(fā)生頻率為高頻。綜合以上三種評價結(jié)果，可以認(rèn)為：磨子溝屬于高頻易發(fā)，危險性中等。 </p><p>　　4.4 泥石流發(fā)展趨勢分析 </p><p>　　磨子溝流域的降雨量、降雨類型、雨強(qiáng)和暴雨頻率基本不變，因此誘發(fā)泥石流的外動力條件沒有改變，泥石流暴發(fā)的基本規(guī)律不會發(fā)生

33、改變。 </p><p>　　根據(jù)訪問和調(diào)查，磨子溝在歷史上就是一條泥石流溝，其泥石流的形成主要和其流域的地形地貌以及氣候有關(guān)。松散的物體物質(zhì)較為豐富，目前流域范圍內(nèi)松散固體物源約78.87萬m3；溝谷縱坡降較大，主溝平均縱坡降達(dá)261.8‰；局域的集中降雨是泥石流形成的關(guān)鍵因素。 </p><p>　　按照泥石流發(fā)展的階段劃分，目前仍處于壯年期，依據(jù)為：從宏觀地形上看，泥石流堆積迫使金湯

34、河主流偏移。在豐富的松散物源和地形基礎(chǔ)上，泥石流再次暴發(fā)仍然有足夠的條件。 </p><p>　　磨子溝流域內(nèi)植被發(fā)育狀況較好，主要的人類活動為礦廠的開發(fā)，其不僅使部分植被遭到破壞，而且增加了泥石流潛在物源，因此，提高對礦廠尾礦及礦渣的合理處理和提高人們對植被的保護(hù)意識相當(dāng)重要。 </p><p><b>　　5 結(jié)論和建議 </b></p><p

35、><b>　　5.1結(jié)論 </b></p><p>　　a）磨子溝流域面積約23.4km2，最高海拔高程為4300m，溝口海拔高程為2200m，相對高差2100m，總流域長8.02km，平均坡降為261.8‰。從形態(tài)特征上具有明顯的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)，并且各區(qū)功能顯著，具備典型溝谷型泥石流特征。流域內(nèi)植被發(fā)育，溝床縱坡比降較大，溝道侵蝕作用強(qiáng)烈。 </p><p

36、>　　b）固體松散物源量較豐富，整個流域松散物源方量約70.2萬m3，其中可移動物源約32.25萬m3。 </p><p>　　c) 磨子溝為高頻易發(fā)、危險性中等的泥石流溝，暴發(fā)的泥石流多為中小規(guī)模稀性泥石流，目前正處于其發(fā)展的旺盛期，可能會對當(dāng)?shù)鼐用窈褪┕と藛T駐地產(chǎn)生一定威脅。 </p><p><b>　　5.2建議 </b></p><

37、p>　　a）在磨子溝流域建立泥石流預(yù)警系統(tǒng)，開展泥石流的監(jiān)測預(yù)警工作。 </p><p>　　b）建筑物布置應(yīng)盡可能避開或者遠(yuǎn)離磨子溝泥石流區(qū)域，確保順利施工和安全運(yùn)行。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　(1)《泥石流防治指南》（周必凡、李德基、羅德富等，科學(xué)出版社，1991）； </p>

38、;<p>　　(2)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（四川省水利電力廳，1984）； </p><p>　　(3)《泥石流及其綜合治理》（吳積善、田連權(quán)、康志成等，科學(xué)出版社，1993）； </p><p>　　(4)《泥石流危險性評價》（劉希林、唐川，科學(xué)出版社，1995）； </p><p>　　(5)《金元水電站磨子溝泥石流發(fā)育特征及其對工程影