锦屏水电站工程引水系统右岸泥石流沟道防治措施

赵松涛

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

白龙江锦屏水电站是白龙江干流拱坝河电站与汉王电站之间的插补电站，电站装机容量3×0.6MW。

电站设计为渠道引水式开发方式，设计引水流量176m3/s，考虑螺旋排砂池排砂流量，最大引用流量184m3/s。动力引水明渠沿白龙江右岸漫滩及坡脚顺河布设，总长1576.27m，采用梯形明渠断面，纵坡1/2000，渠深6.40～7.18m，底宽5.10m,,顶宽24.30～26.64m，边坡1∶1.5，设计水深5.24m，计入排砂流量水深5.36m。渠道为现浇C25钢筋混凝土衬砌断面，渠坡衬砌厚度0.20～0.30m，渠底衬砌厚度0.30m。

2 引水系统右岸泥石流沟道发育特征及危险性分析

2.1 泥石流发育特征

电站引水系统沿白龙江右岸漫滩及坡脚顺河布设，引水系统右岸山坡距电站前池进口约180m处有一条泥石流沟道，即锦屏1#泥石流沟。

锦屏1#泥石流沟为白龙江右岸一级支沟，是一条中易发、规模为小型的泥石流沟，该泥石流沟沟口正对拟建锦屏水电站引水明渠，沟口距离引水明渠约100m。

该泥石流沟流域面积0.19km2，属坡面型泥石流沟，处于发展阶段，流域平面形态为“桃叶型”，汇水条件好，主沟长0.96km，主沟平均纵比降600‰，流域最大相对高差576m。沟谷形态呈“V”字型，支沟切深0.5～4m，沟道弯曲，跌水发育，堵塞一般，沟坡坡度多在35°，沟道补给来源于上游的耕地及沟岸崩塌，沟口堆积扇不发育，堆积物质被白龙江直接冲蚀、搬运至下游。

流域内出露地层主要为下古生界志留系中上统白龙江群组碳质板岩夹千枚岩，岩性极软，风化强烈，裂隙发育，岩体破碎。大部分岸坡覆盖有残坡积层，厚度一般在0.1～0.6m，其结构松散，易被冲蚀。整个流域内植被覆盖较差，覆盖率一般在10%以下。流域内中上游人类经济活动主要为陡坡耕地，生态脆弱；中下游有一户人家及砂石小路，沟岸崩塌多发生于此段；堆积扇不明显，现多为耕地，约0.5亩，每年遭受不同程度泥石流冲毁。据调查，该沟泥石流的物质补给来源主要为坡面侵蚀、沟岸崩塌及沟道堆积物，松散固体物质储量为0.3×104m3/km2。

该沟泥石流属稀性，计算的一次最大冲出量为0.05×104m3，属小型泥石流沟。沟口堆积物一般粒径小于5cm，所见最大粒径0.4×0.4×0.3cm。泥石流爆发频率平均每年一次，较大规模泥石流爆发频率为2～5次/年。据访问，1984年秋天爆发的泥石流，冲毁耕地0.3亩，造成直接经济损失0.5万元。

2.2 泥石流的形成条件

(1)地形条件

工程区属强烈侵蚀的低中山区，沟壑密集，坡陡谷深，相对高差较大。该泥石流沟平面形态呈“桃叶形”，流域面积0.19km2，相对高差576m，沟坡平均坡度35°，局部地段沟坡呈大于40°的陡坡，沟床纵比降600‰，有利于固体物质启动搬运。详见表1。

表1 工程区泥石流沟地形要素、固体物质要素一览表

(2)固体物质条件

本区属基岩山区，岩层裂隙发育，风化强烈，岩体破碎。泥石流沟流域内大部分沟坡覆盖有残坡积、崩坡积物质，其结构松散，易被冲蚀搬运，另外，沟坡两岸浅层堆积层滑坡、滑塌，直接在沟道内堆积，易被泥石流直接启动，为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物质。据调查，该泥石流沟内松散物质储量为0.3×104m3/km2。

(3)降水条件

工程区属甘肃省降水最丰富的地区之一，多年平均降水量487.2mm，24h最大降水量为90.5mm，1h最大降水量40mm，10min最大降水量16.2mm。短历时、高强度的降雨为泥石流的形成提供了充足的水源条件。

2.3 泥石流特征值的确定

(1)泥石流流量

泥石流流量采用配方公式计算，公式如下：

QC(1%)=QB(1%)(1+ψ)D

(1)

式中，QC(1%)—百年一遇泥石流流量，m3/s；QB(1%)—百年一遇清水流量，m3/s；ψ—泥沙系数；D—堵塞系数，本次取1。

根据式(1)计算，区内泥石流流量详见表2。

表2 工程区泥石流流量计算表

(2)泥石流规模

采用径流折算法进行概算，计算公式如下：

WH=1000·K·H·α·F·φ

(2)

式中，WH—泥石流一次最大冲出量，m3；K—泥石流形成系数，取0.18；H—小时最大降水量，取40mm；α—径流系数，取0.68；F—流域汇水面积，km2；φ—值取0.58。

用公式(2)对评估区泥石流一次最大冲出量进行计算，结果详见表3。按《〈县(市)地质灾害调查与区划基本要求〉实施细则》(2006年4月)中泥石流规模分级标准进行划分，一次最大冲出量小于2×104m3，属小型泥石流。

表3 工程区泥石流一次最大冲出量计算表

2.4 泥石流危险性分析

(1)泥石流的危害特征

该泥石流沟现状主要危害沟口下游处的前池、电站厂房、引水明渠及电站道路，危害方式主要表现在冲毁、压埋、阻塞、破坏。泥石流沟的成灾点集中于沟口。

(2)泥石流易发性评价

在综合考虑影响泥石流发育的各种条件和因素的基础上，遵循定性分析为主、量化评价为辅的原则。依据《〈县(市)地质灾害调查与区划基本要求〉实施细则》(2006年4月)中“泥石流易发程度数量化表”及“泥石流易发程度划分表”评估其易发性，锦屏1#泥石流沟量化评分为97，该泥石流沟属于中易发。

3 泥石流防治措施

泥石流防治是一项由多种措施组成的系统工程。它主要由四方面措施组成：①防止和削弱泥石流活动的防治体系——通过生物措施和工程措施，保护和治理流域环境，消除或削弱泥石流发生条件；②控制泥石流运动的防治体系——采用拦挡坝、谷坊、排导沟、停淤场等工程措施，调整和疏导泥石流流通途径和淤积场地，减少灾害破坏损失；③预防泥石流危害的防护工程体系——修建渡槽、涵洞、隧道、明硐、护坡、挡墙、顺坝、丁坝等工程，对重要危害对象进行保护；④预测、预报及救灾体系一一对于遭受泥石流严重威胁的居民、企业和重要工程设施，及时搬迁、疏散，受灾时有效地抢险救灾，减少灾害破坏损失。

锦屏1#泥石流沟为坡面型泥石流沟，流域内植被破坏严重，设计对其采取综合治理方案，采取长防长效的生物措施和各项工程措施相结合的原则，以工程措施为主，兼用生物措施，上、中、下游统一规划，山、水、林、田综合整治，以减少泥石流形成和控制泥石流危害。治理过程中经济合理地布置工程，并力求与周围环境协调，减少工程施工中对环境的破坏。

3.1 工程措施

该工程泥石流治理的工程措施可简单概括为“稳、拦、排”。“稳”即在主沟上游及支沟上建谷坊群，防止沟道下切，稳定沟岸，减少固体物质来源。“拦”就是在主沟中游建泥石流拦沙坝，拦截泥沙，削减泥石流规模和容重。堆积在拦沙坝上游的泥沙还可以反压坡脚，起到稳定坡岸作用。“排”就是根据工程地形地质条件，并结合引水明渠断面形式，因地制宜，在沟道下游沟口处兴建泥石流排导槽，将泥石流引至竖井式渠下排洪涵，经渠下排洪涵排泄到白龙江河道中，防止引水明渠及电站道路遭受泥石流破坏。考虑由于受降水量及泥石流沟道下泄量影响，竖井式渠下排洪涵进口处多呈无压流，有时有明满流交替情况，进口设计为无坎宽顶堰进流，为了保证竖井及排洪涵洞内为无压流，防止进口产生负压影响进流及空蚀涵身，将进口竖井段设计为更利于防负压的斜井。

斜井式渠下排洪涵总长81.52m，由斜井段、弯管段及排洪涵段组成，斜井段长3.87m，设计纵坡1∶0.75，弯管段长3.10m，中心半径4.0m，排洪涵段长62.55m，设计纵坡1∶50，出口消能段长12.00m。排洪涵涵身采用2.0m×2.0m钢筋混凝土矩形断面，衬砌厚度0.5m，出口消能段采用抛填钢筋笼块石，抛填深度大于等于6.0m。

3.2 生物措施

泥石流灾害不少是由水土流失恶性发展而形成的，生物措施主要是指对泥石流沟采取封山育林、植树造林等措施，因地制宜地建立起水源涵养林、水土保持林、工程防护林、经济林等，扩大流域内乔灌草植被，提高森林覆盖率，使生态得到恢复，截滞、拦蓄大量降水，减少地表径流，减少水土流失。它通过植物群落的地上地下共同作用，达到“土蓄水、水养树、树固土”的目的，从而逐渐控制泥石流的发生和削减泥石流的规模。

该工程区降水丰富，因地制宜，植树种草，以迅速恢复植被。在泥石流沟流域上游营造水源涵养林，中游营造水土保持林，下游营造各种防护林，并积极采用适宜当地生长的油橄榄，建立起经济林，既达到减轻水土流失及泥石流危害的目的，又可在以后产生经济效益。

4 结语

泥石流危害虽然很大，但只要深入了解其成因、特征，就可以因地制宜采取适当措施进行整治，消除或降低泥石流对工程造成的损失。该工程采取工程措施与生物措施相结合的防治措施，前期工程措施稳定边坡，促进林木生长，后期生物措施改善自然环境，减少水土流失，两者结合，既迅速又长期地控制泥石流危害。