以两河口瓦支沟为例探讨泥石流防护处理设计新思路

以两河口瓦支沟为例探讨泥石流防护处理设计新思路

周德彦

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院有限公司，成都610072)

摘要：本文针对已进行沟水处理的泥石流沟进行防护设计处理，结合西南高山峡谷区两河口水电站建设中的泥石流防护设计案例，从泥石流沟的地质特点着手，对防护设计对象中的交通道路、施工临建生活区、巨形渣场等布置进行分析，着重对防护设计思路、标准、方案等项目的合理性、安全性和经济性进行分析和探讨。利用现有沟水处理工程改建，提出了设坝停淤泥石流和多孔进水塔水石分离的思路，提出水电工程设计不同类型泥石流防护设计的标准化体系，为其他工程提供借鉴。

关键词：两河口水电站；瓦支沟泥石流；设坝停淤；水石分离；防护处理

中图分类号：P642

Discussion on Mudslide Protective Treatment Design New Ideas with

Lianghekou Wazhigou as an Example

ZHOU De-yan

(PowerChinaChengduEngineeringCorporationLimited,Chengdu610072,China)

Abstract：In the paper, protective design treatment is conducted on mudslide ditches undergoing ditch water treatment. Mudslide protection design case in Lianghekou Hydropower Station construction in southwest alpine gorge area is combined for analyzing traffic roads, construction temporary living area, huge residue field and other layouts in protective design objects in the aspects of geological characteristics of mudslide ditches. Rationality, safety and economic features of protective design idea, standard, plan and other items are mainly analyzed and discussed. Existing ditch water treatment project reconstruction is utilized for proposing the concept of setting up dam, stopping mudslides and separating water and stones in porous water intake tower. Standard system of mudslide protection designs in different types in hydropower project design is proposed, thereby providing reference for other projects.

Keywords：Lianghekou Hydropower Station; Wazhigou mudslide; dam setup and mud stopping; water and stone separation; protection treatment

1概述

我国四川及其西部地区多高山峡谷，水电站建设受场地局限，施工布置困难，为减少移民和占地，通常采用沟内弃渣、沟口布置施工临建设施、生活区的方案，但水电建设中泥石流沟的利用在此之前尚无可借鉴的实例。泥石流沟防护措施的研究既满足工程施工布置需要，同时还保证了人民生命与财产安全，节约工程投资，且为其他工程提供经验，这是一个相当具有挑战性的课题。

本文以两河口瓦支沟泥石流沟的防护设计为例，着重阐述在高山峡谷区水电站中已进行过沟水处理工程的泥石流沟，如何进行泥石流防护设计的新思路。

2工程概况及沟域特点

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中、下游的“龙头”水库，水库正常蓄水位库容101.54亿m3，具有多年调节能力。枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下厂房等建筑物组成。最大坝高295m，电站装机容量300万kW，多年平均发电量114.91亿kW·h。

瓦支沟为庆大河左岸一级支流，沟口位于庆大河口上游约2.5km处。为工程建设需要，沟内在距沟口约1.9km处已于2008年底进行了沟水处理，修建有一座挡水坝和一条右岸排水洞，挡水坝下游规划布置有两河口水电站最大的堆渣场(2号渣场，堆渣容量2950万m3)。已有地质现象显示，瓦支沟是一条泥石流沟，沟床内残留有泥石流堆积物，2010年该沟暴发了一定规模的泥石流，而位于排水洞取水口上游侧的左支沟是距挡水坝最近的小支沟，于2011年又单独暴发了一定规模的泥石流。考虑到泥石流具有较大的破坏性与危害性，故需对该沟泥石流进行相应的防护处理设计。

3防护标准

3.1洪水标准

洪水标准结合防护对象及相关规程规范的防洪条款拟定，参照相关规程规范，并参照二滩、溪洛渡、瀑布沟、锦屏一级等工程的沟水处理工程，采用的设计洪水标准为20年一遇，相应洪水流量为67.7m3/s。

3.2泥石流标准

受灾对象(见图1)首先为瓦支沟沟水处理工程(现挡水坝顶高2739m)和瓦支沟2号渣场，其次是位于渣顶平台的瓦支沟混凝土生产系统、瓦支沟混凝土骨料加工系统、瓦支沟反滤料和心墙掺和料加工系统、1号钢筋加工厂、1号木材加工厂等施工临建设施及施工期临时道路，最后考虑的是可能间接影响的下游庆大河沟水处理工程、1号渣场和施工主基坑等施工布置。

图1　瓦支沟范围布置

防护时段为电站蓄水前的8年施工期，可分为两个阶段，其一瓦支沟2号渣场的形成期约2年，由泥石流防护工程对其进行保护；其二瓦支沟渣场现场后，在渣顶平台布置的混凝土等三大系统运行6年，至电站蓄水发电。电站完建运行期渣场大部分位于水库死水位以下，若发生泥石流，泥石流直接进入水库内，至此泥石流防护任务结束。

结合瓦支沟泥石流调查研究报告，针对瓦支沟泥石流防护采用30年重现期的泥石流特征参数，见表1。

表1　30年重现期下泥石流特征值

4防护设计方案

结合各沟的泥石流特点及地形条件，采取主沟上拦挡、排水洞取水口前设库停淤的思路。

a.在瓦支沟上采用“多级拦挡、减小纵向沟谷坡降”的原则进行泥石流处理，修建泥石流拦挡坝拦沙排水。

b.在排水洞取水口前采用“水石分离、设库停淤”的原则进行泥石流处理。

c.考虑该工程布置与防护对象的特点及重要性，以及泥石流的复杂性和不确定性，考虑增加非常泄水洞排泄泥石流淤堵现有排水洞进口时的洪水。

该方案建筑物组合：2座拦挡坝+进水塔+非常泄水洞+挡水坝。

4.1两座拦挡坝

选择2座拦挡坝溢流坝段高6m、9m， 1号拦挡坝溢流坝段剖面图见图2，1号、2号拦挡坝结构形式相同。

图2　1号拦挡坝溢流坝段剖面(尺寸单位：cm)

溢流口设计采用堰流公式，设计成开敞式断面，根据实际地形条件，1号、2号拦挡坝溢流口宽度均为35.0m、深均为2.5m。

根据计算所得的回淤坡度及坝高，划定了拦挡坝满库后的回淤范围。

式中V——拦挡坝库容，m3；

b——淤渣地段平均宽度，m；

H——拦淤厚度，m；

I——天然沟床坡度，‰；

I0——回淤坡度，‰。

根据划定的回淤范围，结合拦挡坝后地形情况，确定各级拦挡坝的库容量，见表2。

表2　拦挡坝主要技术指标

图3　进水塔纵剖面(尺寸单位：cm)

4.2进水塔

在排水洞进口布置进水塔，进水塔为整体框架结构，塔顶高程为2747.00m。

a.高程2730.50m、2734.50m和2738.50m分别设置0.5m×2.5m的排水孔，设置3排10个排水孔。

b.当遭遇泥石流堵塞排水孔时，进水塔溢流孔口可以过流洪水。迎水面在2742.00m高程处设置5.0m×3.4m(宽×高)的孔口，塔顶设置为开敞式。

c.在顶面2447.00m高程布置有5.0m×4.0m(长×宽)的开敞式孔口，漫顶的洪水通过孔口下泄至排水洞内。

d.拦蓄泥石流死水位2742.00m对应的库容按不回淤、4.5%回淤和6%回淤计算，分别是1.72万m3、4.27万m3和5.8万m3，溢流口之上仍可以下泄设计标准洪水量。

进水塔结构参见图3、图4。

图4　进水塔迎水面立视图(尺寸单位：cm)

溢流孔口的泄流按薄壁堰流计算。根据公式计算溢流孔口尺寸，设置进水塔溢流孔口底高程在2742.00m适合，宽度选定为5.0m。

4.3非常泄水洞

在现有排水洞的上方2751.00m高程布置一段非常泄水洞，以斜井形式与原排水洞在桩号0+392.00处衔接。非常泄水洞按无压流设计，洞身设计与原排水洞相同。洞身长约345m，前300m采用纵坡为i=0.05，之后以4∶3的斜井段与原排水洞衔接。洞身为圆拱直墙式。纵剖面图见下页图5。

4.4挡水坝

现有挡水坝坝顶高程仅为2739.00m，经计算非常泄水洞过流30年重现期洪水时水位为2757.20m，在考虑波浪爬高及安全加高等因素后，坝顶高程为2760.00m，最大坝高约43.2m。在距离现有挡水坝轴线下游50.0m处加高至现坝顶，坝顶宽12.0m，坝顶轴线长约131.82m，上、下游边坡均为1∶2.0，坝体采用心墙土石坝。2号渣场堆渣形成前挡水坝结构图见图6。

图5　非常泄水洞纵剖面

图6　挡水坝剖面(2号渣场形成前)

4.5小结

泥石流是不良的复杂地质体，物理力学参数变异性大；泥石流灾害防治工程迄今还是一门不严谨、不完善、不成熟的技术；泥石流灾害防护工程设计受诸多不确定因素的影响，必然存在风险。因此，特提出以下意见和建议：

a.雨季应加强泥石流监测和预报，采取有效措施确保人员和财产安全。

b.每年汛前组织人员进沟对瓦支沟沟貌进行排查，应定期(特别是汛前)清理渣场、拦挡坝及挡水坝前堆积物，确保一定有效容量停淤固体物质，以停淤汛期可能发生的泥石流。

c.每年汛后汛前应检查拦挡坝、排导隧洞等建筑物淤积及损坏情况，如有损坏，应适时维护、维修。

5结语

a.两河口瓦支沟的泥石流防护处理涉及巨型渣场、施工临建设施等，且在未发现其为泥石流沟前已进行过沟水处理工程，属于水电站中泥石流处理设计中较典型且复杂的工程实例。

b.瓦支沟泥石流主要集中在汇合口以上主沟和取水口以上左支沟。

c.该方案在结合工程布置特点及泥石流特征的情况下，综合考虑汇合口以上主沟和取水口前左支沟的泥石流防护，不仅对现有挡水坝和排水洞改造利用，还在沟上游布置专门泥石流建筑物——拦挡坝，对泥石流削峰减量；在排水洞布置进水塔拦沙排水设施，防止泥石流固体物质进入洞内；设置非常泄水洞应对泥石流堵塞排水洞进口的风险。

d.影响泥石流暴发的因素众多，因此在瓦支沟流域建立健全泥石流预警预报系统，开展泥石流监测和预警工作；在泥石流流通区布设监测点等；制定泥石流灾害应急预案，建立和完善灾害管理体制，以应对可能发生的低频率大规模泥石流灾害。

e.因为泥石流的复杂性和特殊性，本文设坝停淤泥石流和多孔进水塔水石分离的思路均是一种理念，还需要物理模型试验的验证。

参考文献

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[6]周德彦,何兴勇.长河坝水电站野坝沟泥石流防护设计[R].2010.

湖北省部署“十二五”水电新农村电气化验收工作

日前，湖北省水利厅下发专门通知，要求各地做好“十二五”水电新农村电气化县建设验收和总结工作。通知指出，自2011年水利部印发了《“十二五”全国水电新农村电气化规划》，正式启动“十二五”水电新农村电气化县建设以来，在各级党委、政府和有关部门的正确领导和大力支持下，在广大农村水电工作者的共同努力下，全省“十二五”水电新农村电气化县建设进展顺利，预计今年底将全面完成建设任务。今年是“十二五”水电新农村电气化县建设的最后一年，各地要充分认识“十二五”水电新农村电气化县验收、总结工作的重要意义，切实加强水电新农村电气化县验收、总结工作的组织与领导工作，对电气化建设基本情况、建设情况、取得的成效、经验和做法、存在的主要问题及政策建议等进行全面总结，为开展“十三五”水电农村电气化建设创造条件，打下基础。要加大宣传力度，充分利用各种媒体和其他途径，采取灵活多样的方式向社会和有关部门大力宣传电气化建设在经济、社会和生态等方面的成功经验和特色亮点，进一步营造良好的舆论氛围。

通知要求，全省22个水电新农村电气化建设县将于5月和9月分两批完成省级验收工作。各相关市、县要按照《水电新农村电气化标准》、《水电新农村电气化验收规程》和经批准的水电新农村电气化县建设实施方案的规定和要求，及时完成建设任务和验收资料收集整编工作，并本着实事求是的原则，经自验合格后，报省级主管部门组织正式验收，严禁弄虚作假。省水利厅届时将会同省发改委按规定组建验收委员会，开展省级验收工作，验收委员会将组成专家组对电气化县建设的自验结果和各项指标进行逐项核查，确保数据真实、准确。

来源：中国农村水电及电气化网2015年02月28 日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201502/t20150228_625166.html

2014年水电新增装机2185万千瓦

截至2014年年底，水电装机达3.02亿千瓦，占全国全部电力装机容量的22.2%，稳居世界第一，提前一年实现了“十二五”规划目标。

2014年，中国水电行业交出了一份漂亮的成绩单：全国水电全年新增装机2185万千瓦，总装机达3.02亿千瓦，占全国全部装机容量的22.2%;水电年发电量超越万亿大关，达到10,661亿千瓦时，同比增长18.0%。这是记者从2月3日举办的“2015中国水电发展论坛暨水力发电科学技术奖颁奖典礼”大会上获悉的。

“水电作为我国当前最大的可再生能源，为我国能源电力结构调整、温室气体减排、气候环境改善、经济社会发展做出了重大贡献。”中国水力发电工程学会理事长张基尧在会议现场表示，“国家高度重视水电建设，继续提出‘积极发展水电，大力发展非化石可再生能源’的绿色能源发展方针，我国水电仍将大有可为。”

2014年开创发展新局面

据记者了解，随着2014年党和政府提出“积极推动能源生产和消费革命”的要求，水电行业深刻把握新常态下水电发展新特征，积极主动适应变化，使得国内水电建设在2014年继续保持平稳较快发展。

在工程建设方面，拥有18台单机容量77万千瓦的世界第三大、中国第二大的溪洛渡水电站，拥有8台单机容量80万千瓦的我国第三大的向家坝水电站，拥有9台单机容量65万千瓦的我国第四大的糯扎渡水电站，以及拥有世界规模最高拱坝、世界最大规模水工隧洞群的锦屏一二级水电站均全面投产发电。

在西藏自治区，目前在建的世界最高海拔的、雅鲁藏布江干流规划的首座大型的藏木水电站也成功投产发电，标志着西藏地区进入了大水电时代。

此外，三峡工程整体竣工验收正式启动，这项功在当代、利在千秋、世界最大的水电工程也将圆满收官。

“我国水电2014年全年新增装机2185万千瓦，完成投资960亿元，投资额占电源工程总额的26.3%;在全年发电量增量中，水电贡献度高达85%。”中国能源建设集团有限公司董事长汪建平介绍说。

在技术方面，历时6年多修编完成的《水工设计手册》(第2版)出版，同时各大流域水电开发继续扎实推进，一项项世界级技术难题被破解攻克。

“以锦屏一级电站为例，该电站以世界第一高坝、世界最大规模特高拱坝基础处理、世界最复杂地质条件的坝肩高陡边坡等‘十个世界第一’见证了中国水电的技术发展。”雅砻江流域水电开发有限公司董事长陈云华表示。

“我国水电事业已迈入大电站、大机组、高电压、自动化、信息化、智能化的全新时代，中国水电正以非凡的发展成就和强劲的综合实力雄冠全球。”张基尧总结道。

水电消纳难题仍然待解

“弃水”一直是制约水电发展的难题。据了解，早在2013年，作为我国水电大省的云南就由于“弃水”导致电量损失高达240亿千瓦时。

“2014年，四川、云南的弃水问题依然存在。”中国水力发电工程学会秘书长张博庭说道。

据四川省发展改革委副主任、省能源局局长雷开平透露，2014年四川省在实现新增水电装机容量908万千瓦的同时，弃水电量也达到100亿千瓦时左右，为历年新高。

“在前期水电项目集中投产、省内用电需求增长放缓、外送通道建设不畅等因素综合作用下，2015年四川水电弃水形势仍不容乐观。”雷开平接受采访时公开表示。

“我专门到四川做了一番调研，四川的平均上网电价是0.49元，而水电的上网电价平均只有0.288元，比火力发电要低不少。这样的一个清洁电本来应该得到充分利用的，且不说对环境的贡献，就从纯粹的经济价值来讲，恐怕也应该多买一点水电。”国家能源局原局长张国宝的话犀利无比，“在需要大力发展清洁能源的今天，四川的水电还弃水100亿千瓦时，水电这样的清洁能源还没有能够完全地消纳，我想这里面的原因，在座的同志比我还要清楚。这些现象值得我们重视。”

针对水电消纳问题，中国南方电网有限责任公司副总经理祁达才则表示，南方电网成立以来，一直大力支持水电等清洁能源的发展，全力为水电项目做好送出、消纳等配套工作，尽量让水电多发，减少弃水。

“这几年南网新增了直流通道，就是为了将云南的水电送往广东这个负荷中心。目前水电东送已经形成了‘八交八直’16条大通道，最大的输送能力已经达到了3400万千瓦。”祁达才介绍说，“南网公司还加快全力配合大型水电项目的外送，竭尽全力加快配套直流输电项目的施工工作。2014年克服困难，将溪洛渡和糯扎渡直流工程建成并投运，提高云南水电外送能力920万千瓦。”

据祁达才介绍，2014年年底，南方电网的电力总装机2.3亿千瓦，其中水电的装机达到了9229千瓦，水电装机比例达到了40%;2014年全网总发电量为8256亿千瓦时，其中水电为2930亿千瓦时，占比35.5%。

“南网已经做到力争水电多发不弃水，力压云南、广东的火电，为减少煤电的排放，让清洁能源多发电。”祁达才表示，“2014年南方电网区域的发售电量化石能耗为172克标准煤/千瓦时，同比下降了22克标准煤/千瓦时，这是一个十分明显的进步。”

新常态下发展任重道远

“2014年全国的装机平均的发电小时数只有4706小时，这个数字已经低于5500小时这样一个基准线。我们的发电装机的设备利用率已经非常低了，所以我大胆地讲，中国电力短缺的时代已经过去了。”张国宝表示，“今后电力领域也进入了新常态，不能再以增加多少容量为主要目的，而是应该以优化结构、提高效率、科技创新为主要任务。”

在张国宝看来，水电是优化能源结构的首选。

“我国承诺，到2020年非化石能源在一次能源中的比重要达到15%。其中，到2015年订立目标是11.4%。我估计这个目标要想完成，也是紧紧巴巴的。”张国宝直言，“目前，在替代化石能源上，由于风电、光伏等新能源占比太小，所以非化石能源的重担实际上主要是水电来扛，减排一定要靠水电来挑重担。”

“要完成到2020年常规水电和抽水蓄能总装机4.2亿千瓦，平均每年装机2000万千瓦的目标责任重大，任重道远。”张基尧表示。

但是，水电发展依然面临众多问题。

“从水电开发现状看，我国目前已开发的水电装机中，大部分比例为主要河流水电站，这也就意味着在后续将开发的2.62亿千瓦水电中，非主要河流水电(含小水电)将超过50%”中国电力建设集团公司副总经理王民浩介绍了水电开发面临的新情况。

而在业内认为的大型水电开发的最后区域——西藏地区情况也不容乐观。“西藏地区水电开发面临开发难度大、成本高的困扰。同时，由于西藏本地消纳有限，主要电源需要外送，送电方向尚未确定，输电距离遥远，线路建设难度大，电力外送也存在较大风险。”华能澜沧江水电股份有限公司董事长王永祥介绍说。

在抽水蓄能电站方面，水电水利规划设计总院临时党委书记、副院长彭程则认为，由于抽水蓄能电站实施的两部制电价在费用回收方式的规定较为笼统，实施起来较为困难，导致电价成为了影响抽水蓄能电站建设的核心问题。

此外，开工情况不能满足规划的要求;电源建设与电网建设衔接相对滞后;水电建设各项成本增加;社会因素、环境因素、市场因素、技术因素等方面的新挑战也层出不穷。

“但是我们要看到，在政策方面，国家已经下放了部分水电项目审批权，出台了有关完善水电上网电价形成机制、抽水蓄能价格形成机制和促进抽水蓄能健康有序发展等政策。”张基尧表示，“只要我们科学认识当前形势，准确研判未来走势，主动适应经济发展新常态，坚持科学规划，倡导环保先行，维护移民利益，突出创新驱动，强化风险防控，加强质量保障，就一定能全面打造升级版的生态、科技、平安、和谐的水电发展，为经济社会发展提供坚实的清洁能源保障。”

来源：中国农村水电及电气化网2015年02月25 日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201502/t20150225_623468.html