两河口水电站瓦支沟泥石流发育特征调查研究

单 诗 涵（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）



两河口水电站瓦支沟泥石流发育特征调查研究

单 诗 涵
（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

摘 要：本文全面阐述了瓦支沟泥石流水系条件及沟谷分区特征，对泥石流基本特征进行了分区分段的调查研究及分析计算，并对瓦支沟的泥石流发展趋势及易发程度做出了评价。

关键词：瓦支沟；泥石流；沟谷分区；基本特征

1 概 述

瓦支沟位于四川省甘孜藏族自治州雅江县境内，雅砻江两河口水电站坝址上游侧左岸一级支流庆大河左岸。沟口位于庆大河口上游约2．5 km处，为一条独特类型的沟谷型泥石流沟［1］，以发育于距沟口约3．2 km处的冰碛湖为界分为上下游两段，分别具备单独暴发泥石流的基本条件且历史上曾暴发过不同规模的泥石流。在最近的2010年，该沟就暴发了一定规模的泥石流，沟床内残留有泥石流堆积物（见图1）。

图1 瓦支沟流域全貌

因瓦支沟属两河口水电站库区二级支流，应工程建设需要，沟内在距沟口约1．9 km处于2008年底进行了沟水处理，修建有一座挡水坝和一个右岸排水隧洞，沟水处理工程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）。由于瓦支沟泥石流独特的分段性和泥石流暴发的不确定性，为了准确评价该沟泥石流对相关建筑物的影响，需对该沟泥石流的发育特征、形成机制及动力学特性进行深入研究。

2 瓦支沟流域基本地质条件

瓦支沟流域在平面上呈狭长“树叶状”，流域面积119．2 km2，主沟长23．6 km，总体流向NEESWW，发源于4 770 m高程，在2 630 m高程汇入庆大河，平均纵坡降90．7‰，相对高差一般在500～1 500 m，为典型的高山峡谷。流域内出露地层以三叠系上统新都桥组二段为主，其岩性以板岩为主与薄层状变质砂岩成不等厚韵律层，第四系沉积物，主要有崩坡积、残积、冲洪积与冰积、冰水积。工程场地50年超越概率10%的基岩水平峰值加速度为148．9gal，相应地震基本烈度为Ⅶ度。工程区域构造稳定性相对较好。瓦支沟流域物理地质现象较发育，天然状况下除正常风化、卸荷外，早期、现代泥石流及局部零星滑坡、崩塌均有分布。雅砻江流域地处青藏高原东侧边缘地带，属川西高原气候区，据雅江县气象站实测资料统计，多年平均降水量为705．2 mm，雅砻江流域径流多年平均流量为663 m3／s。

3 瓦支沟泥石流基本特征分析与计算

3．1 瓦支沟泥石流水系及沟谷分区特征

3．1．1 水系特征

瓦支沟流域水系比较简单，主要由主沟瓦支沟及中上游右岸大支沟、中游左岸支沟两条主要支沟组成（见图2），主沟及右岸大支沟沿途分别汇入多条小支沟，小支沟规模普遍很小、季节性流水，流域特征数值见表1。

表1 瓦支沟流域特征数值

图2 瓦支沟水系示意（1∶100000）

3．1．2 沟谷分区特征

瓦支沟泥石流具有独特的分段特征和沟域内的不连续性，主要是由于主沟下游距沟口约3．2 km处发育一由大型冰川活动产生的冰碛物阻塞河道而形成的冰碛湖，湖面高程约2 940 m，湖面面积（600～800）m×（160～230）m，最深约30 m，出口下游沟床中见基岩出露，冰碛物坝体顺沟方向宽达400 m左右，总体积约4 000万m3。如此较大规模的冰碛湖对全沟域而言具有较强的调峰蓄洪能力。

基于如此规模、如此特征的冰碛湖在瓦支沟下游主沟内的存在，使得瓦支沟形成了独特的泥石流沟谷分段特征，造成冰碛湖上游段与下游段无论是在泥石流的暴发条件、暴发频率、暴发规模上，还是在泥石流的形成过程、动力学特性及发展趋势上都有极大不同，冰碛湖上游段与下游段泥石流分别独立暴发，即使同期暴发也关联性不大；因此冰碛湖上游段有明显的汇水物源区、形成兼流通区与堆积区分区，冰碛湖下游段也有独立的形成区与流通兼堆积区分区，将整个瓦支沟泥石流分为了两条独立的泥石流沟。

3．2 冰碛湖上游段（第一段）泥石流基本特征

3．2．1 沟道地形条件

冰碛湖上游段汇水面积近100 km2，主沟长约20 km，主沟平均纵坡降91．5‰，可对段内按泥石流沟谷特征大体上划分为较为明显三个功能区段（见图3）：右支沟与主沟汇合口以上的汇水物源区；右支沟汇合口至左支沟汇合口段的形成兼流通区；左支沟汇合口至冰碛湖入口段的堆积区。

3．2．2 水源条件

从水源上看，研究区域降水较为丰沛，多年平均年降水量约705 mm，且降水集中，5～10月降水量约661 mm，占年降水量的93．7%，夏季局部暴雨及特大暴雨时有发生，且多为历时短、强度大的局地性大暴雨，这种降水条件利于区内泥石流的触发［2］。

3．2．3 物源条件

从影响泥石流最关键的物源条件分析，冰碛湖上游段堆积区全段宽阔的沟道内堆积大量松散固体物质，显示出冲洪积与泥石流混合堆积反复叠加的特征；而从堆积区在入湖口附近的堆积特征分析，冰碛湖上游段泥石流与冲洪积固体物质基本完全在冰碛湖上游停歇。

综上所述，可分析得知，冰碛湖上游全段内泥石流总体上的暴发规模及暴发频率均较为有限，而顺沟方向宽达400 m，总体积约4 000万m3的冰碛湖坝体对上游段泥石流有较大的调峰蓄洪能力，将冲洪积与泥石流堆积完全停歇在冰碛湖上游，因此即使上游段较大规模的单次泥石流暴发，也不会对下游段造成严重影响。

图3 冰碛湖上游段（第一段）泥石流沟谷功能分区示意

3．3 冰碛湖下游段（第二段）泥石流基本特征

冰碛湖下游段汇水面积近12 km2，主沟长约3．2 km，沟道平均纵坡降93．7‰，段内水系简单，主沟两侧无较大常年流水支沟发育，仅发育少量坡面汇流型短小沟槽。该段为沟床相对宽缓的“V型谷”，沟床一般宽20～40 m，局部最宽大于50 m，谷坡地形坡度30°～45°。该段具备独立暴发一定规模泥石流的基本条件，曾于2010年暴发一定规模泥石流，在沟水处理工程挡水坝上游侧沟床内形成大片堆积，堆积总方量约2万m3。

通过对该段沟谷特征及堆积残留的调查及分析，该段按泥石流沟谷特征大体上可划分为两个功能区段（见图4）：上游约0．8 km长为泥石流的形成区，下游约2．4 km长为流通兼堆积区，因受挡水坝截断沟谷影响，实际流通兼堆积区段长约0．5 km，其下约1．9 km基本为干沟。

图4 冰碛湖下游段功能分区示意

对于冰碛湖下游段泥石流形成条件分析，除水源动力条件与上游段相同外，沟道地形条件及物源条件与上游段有较大差异，按两个功能区段分别进行分析：

3．3．1 泥石流物源及形成区（冰碛湖出口—冰碛湖出口下游0．8 km段）

全段谷坡及坡脚均有零星的局部垮塌，其中以冰碛湖出口至下游侧约0．8 km段最为集中，这些谷坡浅表的局部垮塌及坡脚的部分垮塌为该段泥石流的暴发提供主要物源。冰碛湖出口—冰碛湖出口下游0．8 km段松散堆积体统计见表2。

表2 冰碛湖出口—冰碛湖出口下游0．8 km段松散堆积体统计

上述约0．8 km段，集中了冰碛湖下游段主要松散固体物源，其已有的约13万m3不稳定松散固体物质及约70万m3潜在不稳定松散固体物质，能为该段在大的暴雨、洪水激发条件下形成泥石流提供一定量的物源；但该区域物源以分散化小规模提供为主，在汛期由冰碛湖下泄的主沟洪水流量一般较大且较稳定的情况下，松散固体物质难以对主沟道形成较为严重的堵塞，从而使得提供的有限物源形成的泥石流容重整体上偏小，基本为稀性。

3．3．2 流通兼堆积区（冰碛湖出口下游0．8 km—瓦支沟沟口，长约2．4 km）

该段沟床较为宽阔，一般宽20～30 m，局部较宽处可达40～50 m，两岸岸坡整体上较为陡峻，基本呈“U型谷”，沟床平均纵比降约60‰，较为宽缓的沟床内在泥石流流通过程中能一定程度停歇堆积固体物质，从而使得下游段成为流通兼堆积区。由于近沟口约1．9km处的沟水处理工程挡水坝将天然沟道分隔，实际的流通兼堆积区段长约0．5 km，该挡水坝使得最近于2010年暴发的泥石流大量堆积在挡水坝上游侧，在沟道内形成长约0．5 km、最大厚度达3 m的带状新近堆积，其新近堆积固体物质总量达约2万m3。而挡水坝段—瓦支沟沟口长1．9 km区段，因受挡水坝截断沟谷影响，基本为干沟，无泥石流痕迹。

3．4 瓦支沟泥石流基本特征值计算

瓦支沟泥石流具有独特的分段特征和沟域内的不连续性，冰碛湖上游与下游无论是在泥石流的暴发条件、暴发频率、暴发规模上，还是在泥石流的形成过程、动力学特性及发展趋势上都有极大不同。

通过前文分析判断，鉴于冰碛湖上游暴发的泥石流对下游影响甚微（仅会略微增加下游洪水流量），而下游近沟口为沟域内重要的工程活动区，本文研究的重点即为分析评价泥石流对近沟口工程活动区的影响，故主要对冰碛湖下游段的主沟进行泥石流动力学特性分析［3］。

泥石流计算特征值汇总见表3。

表3 瓦支沟冰碛湖下游段主沟泥石流基本特征值

4 瓦支沟泥石流发展趋势及危险性评价

4．1 瓦支沟泥石流发展趋势分析

天然状况下，瓦支沟流域的降雨量、降雨类型、强雨和暴雨频率基本不变，因此诱发泥石流的外动力条件基本不变，泥石流暴发的基本规律也难以改变。

根据泥石流的形成条件与运动特性分析，瓦支沟主沟从较长历史时期来看，其发展总体上呈现衰退趋势，这主要表现在以下两个方面：

（1）泥石流发生的地形、地貌及地质条件已成为固定格局，故从长远历史时期来看，发生泥石流的频率与规模已呈现衰退趋势［4］。

（2）除了近沟口近年来的临时性工程活动之外，瓦支沟总体上属于人类活动影响微弱区，目前在自然条件下没有特大规模的崩塌滑坡发生。根据调查，中上游沟内未发现大方量的崩塌滑坡，仅在局部山体上发现小规模的崩塌和浅表层滑坡。这种状况使沟内和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。

从较长历史时期来看，瓦支沟主沟泥石流总体上是呈现出衰退趋势，但若未来存在人类工程活动的强烈影响，这种长期的衰退格局在较短历史时期内也会暂时性改变［4］。

4．2 瓦支沟泥石流易发程度评价

泥石流形成的基本条件是有利的地形、丰富的松散固体物质和充足的水源。地质现象各要素及其组合在泥石流形成过程中起着提供位势能量、固体物质和发生场所三大主要作用［1］。水不仅是泥石流的物质组成部分，而且是泥石流的激发因素。因此围绕地形、松散堆积物质、水源三个主要方面，根据流域内泥石流活动条件的诸因素，依据规范选择有代表性的15项因素进行数量化处理，以此来界定泥石流沟和对泥石流沟易发程度进行评价［2］。分析得出瓦支沟冰碛湖下游段主沟诸因素综合评分值为84（见表4），按泥石流沟易发程度综合评判标准，属于轻度易发，其相应危险性指数属危险性中等。

表4 瓦支沟冰碛湖下游段主沟泥石流易发程度评判

5 结 语

瓦支沟为一条独特类型的沟谷型泥石流沟，其发育于距沟口约3．2km处的冰碛湖将主沟分割为上下游两段，通过现场地质调查研究发现，由于冰碛湖较强的调峰泄洪以及停歇能力，瓦支沟冰碛湖上游段与下游段无论是在泥石流的暴发条件、暴发频率、暴发规模上，还是在泥石流的形成过程、动力学特性及发展趋势上都有极大不同，可以说是将整个瓦支沟泥石流分为了两条独立的泥石流沟。故针对瓦支沟的泥石流特征调查研究无论是评价其对下游工程建筑物的影响方面，还是为工程治理措施提供基本的工程地质参数上均有重要意义，值得深入研究。

参考文献：

［1］ 费祥俊，舒安平．泥石流运动机理与灾害防治［M］．北京：清华大学出版社，2004．

［2］ 中国科学院甘肃省冰川冻土沙漠研究所．泥石流［M］．北京：科学出版社，1973．

［3］ 刘惠军，任光明．典型硬质岩区泥石流的发育研究［J］．山地学报，2008，26（3）：372～375．

［4］ 倪化勇，吕学军．低频泥石流特征及其预测初步探讨［J］．工程地质学报，2007，15（5）：612～620．

作者简介：单诗涵（1986－），男，四川成都人，硕士，工程师，从事水电工程勘测及环境地质调查工作。

收稿日期：2014-10-22

中图分类号：P642．23

文献标志码：B

文章编号：1003－9805（2016）01－0036－05