以兩河口瓦支溝為例探討泥石流防護處理設計新思路

周德彥

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院有限公司，成都610072)

摘要：本文針對已進行溝水處理的泥石流溝進行防護設計處理，結合西南高山峽谷區(qū)兩河口水電站建設中的泥石流防護設計案例，從泥石流溝的地質特點著手，對防護設計對象中的交通道路、施工臨建生活區(qū)、巨形渣場等布置進行分析，著重對防護設計思路、標準、方案等項目的合理性、安全性和經濟性進行分析和探討。利用現(xiàn)有溝水處理工程改建，提出了設壩停淤泥石流和多孔進水塔水石分離的思路，提出水電工程設計不同類型泥石流防護設計的標準化體系，為其他工程提供借鑒。

關鍵詞：兩河口水電站；瓦支溝泥石流；設壩停淤；水石分離；防護處理

中圖分類號：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

我國四川及其西部地區(qū)多高山峽谷，水電站建設受場地局限，施工布置困難，為減少移民和占地，通常采用溝內棄渣、溝口布置施工臨建設施、生活區(qū)的方案，但水電建設中泥石流溝的利用在此之前尚無可借鑒的實例。泥石流溝防護措施的研究既滿足工程施工布置需要，同時還保證了人民生命與財產安全，節(jié)約工程投資，且為其他工程提供經驗，這是一個相當具有挑戰(zhàn)性的課題。

本文以兩河口瓦支溝泥石流溝的防護設計為例，著重闡述在高山峽谷區(qū)水電站中已進行過溝水處理工程的泥石流溝，如何進行泥石流防護設計的新思路。

2工程概況及溝域特點

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上，為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，水庫正常蓄水位庫容101.54億m3，具有多年調節(jié)能力。樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下廠房等建筑物組成。最大壩高295m，電站裝機容量300萬kW，多年平均發(fā)電量114.91億kW·h。

瓦支溝為慶大河左岸一級支流，溝口位于慶大河口上游約2.5km處。為工程建設需要，溝內在距溝口約1.9km處已于2008年底進行了溝水處理，修建有一座擋水壩和一條右岸排水洞，擋水壩下游規(guī)劃布置有兩河口水電站最大的堆渣場(2號渣場，堆渣容量2950萬m3)。已有地質現(xiàn)象顯示，瓦支溝是一條泥石流溝，溝床內殘留有泥石流堆積物，2010年該溝暴發(fā)了一定規(guī)模的泥石流，而位于排水洞取水口上游側的左支溝是距擋水壩最近的小支溝，于2011年又單獨暴發(fā)了一定規(guī)模的泥石流。考慮到泥石流具有較大的破壞性與危害性，故需對該溝泥石流進行相應的防護處理設計。

3防護標準

3.1洪水標準

洪水標準結合防護對象及相關規(guī)程規(guī)范的防洪條款擬定，參照相關規(guī)程規(guī)范，并參照二灘、溪洛渡、瀑布溝、錦屏一級等工程的溝水處理工程，采用的設計洪水標準為20年一遇，相應洪水流量為67.7m3/s。

3.2泥石流標準

受災對象(見圖1)首先為瓦支溝溝水處理工程(現(xiàn)擋水壩頂高2739m)和瓦支溝2號渣場，其次是位于渣頂平臺的瓦支溝混凝土生產系統(tǒng)、瓦支溝混凝土骨料加工系統(tǒng)、瓦支溝反濾料和心墻摻和料加工系統(tǒng)、1號鋼筋加工廠、1號木材加工廠等施工臨建設施及施工期臨時道路，最后考慮的是可能間接影響的下游慶大河溝水處理工程、1號渣場和施工主基坑等施工布置。

圖1　瓦支溝范圍布置

防護時段為電站蓄水前的8年施工期，可分為兩個階段，其一瓦支溝2號渣場的形成期約2年，由泥石流防護工程對其進行保護；其二瓦支溝渣場現(xiàn)場后，在渣頂平臺布置的混凝土等三大系統(tǒng)運行6年，至電站蓄水發(fā)電。電站完建運行期渣場大部分位于水庫死水位以下，若發(fā)生泥石流，泥石流直接進入水庫內，至此泥石流防護任務結束。

結合瓦支溝泥石流調查研究報告，針對瓦支溝泥石流防護采用30年重現(xiàn)期的泥石流特征參數(shù)，見表1。

表1　30年重現(xiàn)期下泥石流特征值

4防護設計方案

結合各溝的泥石流特點及地形條件，采取主溝上攔擋、排水洞取水口前設庫停淤的思路。

a.在瓦支溝上采用“多級攔擋、減小縱向溝谷坡降”的原則進行泥石流處理，修建泥石流攔擋壩攔沙排水。

b.在排水洞取水口前采用“水石分離、設庫停淤”的原則進行泥石流處理。

c.考慮該工程布置與防護對象的特點及重要性，以及泥石流的復雜性和不確定性，考慮增加非常泄水洞排泄泥石流淤堵現(xiàn)有排水洞進口時的洪水。

該方案建筑物組合：2座攔擋壩+進水塔+非常泄水洞+擋水壩。

4.1兩座攔擋壩

選擇2座攔擋壩溢流壩段高6m、9m， 1號攔擋壩溢流壩段剖面圖見圖2，1號、2號攔擋壩結構形式相同。

圖2　1號攔擋壩溢流壩段剖面(尺寸單位：cm)

溢流口設計采用堰流公式，設計成開敞式斷面，根據(jù)實際地形條件，1號、2號攔擋壩溢流口寬度均為35.0m、深均為2.5m。

根據(jù)計算所得的回淤坡度及壩高，劃定了攔擋壩滿庫后的回淤范圍。

式中V——攔擋壩庫容，m3；

b——淤渣地段平均寬度，m；

H——攔淤厚度，m；

I——天然溝床坡度，‰；

I0——回淤坡度，‰。

根據(jù)劃定的回淤范圍，結合攔擋壩后地形情況，確定各級攔擋壩的庫容量，見表2。

表2　攔擋壩主要技術指標

圖3　進水塔縱剖面(尺寸單位：cm)

4.2進水塔

在排水洞進口布置進水塔，進水塔為整體框架結構，塔頂高程為2747.00m。

a.高程2730.50m、2734.50m和2738.50m分別設置0.5m×2.5m的排水孔，設置3排10個排水孔。

b.當遭遇泥石流堵塞排水孔時，進水塔溢流孔口可以過流洪水。迎水面在2742.00m高程處設置5.0m×3.4m(寬×高)的孔口，塔頂設置為開敞式。

c.在頂面2447.00m高程布置有5.0m×4.0m(長×寬)的開敞式孔口，漫頂?shù)暮樗ㄟ^孔口下泄至排水洞內。

d.攔蓄泥石流死水位2742.00m對應的庫容按不回淤、4.5%回淤和6%回淤計算，分別是1.72萬m3、4.27萬m3和5.8萬m3，溢流口之上仍可以下泄設計標準洪水量。

進水塔結構參見圖3、圖4。

圖4　進水塔迎水面立視圖(尺寸單位：cm)

溢流孔口的泄流按薄壁堰流計算。根據(jù)公式計算溢流孔口尺寸，設置進水塔溢流孔口底高程在2742.00m適合，寬度選定為5.0m。

4.3非常泄水洞

在現(xiàn)有排水洞的上方2751.00m高程布置一段非常泄水洞，以斜井形式與原排水洞在樁號0+392.00處銜接。非常泄水洞按無壓流設計，洞身設計與原排水洞相同。洞身長約345m，前300m采用縱坡為i=0.05，之后以4∶3的斜井段與原排水洞銜接。洞身為圓拱直墻式?？v剖面圖見下頁圖5。

4.4擋水壩

現(xiàn)有擋水壩壩頂高程僅為2739.00m，經計算非常泄水洞過流30年重現(xiàn)期洪水時水位為2757.20m，在考慮波浪爬高及安全加高等因素后，壩頂高程為2760.00m，最大壩高約43.2m。在距離現(xiàn)有擋水壩軸線下游50.0m處加高至現(xiàn)壩頂，壩頂寬12.0m，壩頂軸線長約131.82m，上、下游邊坡均為1∶2.0，壩體采用心墻土石壩。2號渣場堆渣形成前擋水壩結構圖見圖6。

圖5　非常泄水洞縱剖面

圖6　擋水壩剖面(2號渣場形成前)

4.5小結

泥石流是不良的復雜地質體，物理力學參數(shù)變異性大；泥石流災害防治工程迄今還是一門不嚴謹、不完善、不成熟的技術；泥石流災害防護工程設計受諸多不確定因素的影響，必然存在風險。因此，特提出以下意見和建議：

a.雨季應加強泥石流監(jiān)測和預報，采取有效措施確保人員和財產安全。

b.每年汛前組織人員進溝對瓦支溝溝貌進行排查，應定期(特別是汛前)清理渣場、攔擋壩及擋水壩前堆積物，確保一定有效容量停淤固體物質，以停淤汛期可能發(fā)生的泥石流。

c.每年汛后汛前應檢查攔擋壩、排導隧洞等建筑物淤積及損壞情況，如有損壞，應適時維護、維修。

5結語

a.兩河口瓦支溝的泥石流防護處理涉及巨型渣場、施工臨建設施等，且在未發(fā)現(xiàn)其為泥石流溝前已進行過溝水處理工程，屬于水電站中泥石流處理設計中較典型且復雜的工程實例。

b.瓦支溝泥石流主要集中在匯合口以上主溝和取水口以上左支溝。

c.該方案在結合工程布置特點及泥石流特征的情況下，綜合考慮匯合口以上主溝和取水口前左支溝的泥石流防護，不僅對現(xiàn)有擋水壩和排水洞改造利用，還在溝上游布置專門泥石流建筑物——攔擋壩，對泥石流削峰減量；在排水洞布置進水塔攔沙排水設施，防止泥石流固體物質進入洞內；設置非常泄水洞應對泥石流堵塞排水洞進口的風險。

d.影響泥石流暴發(fā)的因素眾多，因此在瓦支溝流域建立健全泥石流預警預報系統(tǒng)，開展泥石流監(jiān)測和預警工作；在泥石流流通區(qū)布設監(jiān)測點等；制定泥石流災害應急預案，建立和完善災害管理體制，以應對可能發(fā)生的低頻率大規(guī)模泥石流災害。

e.因為泥石流的復雜性和特殊性，本文設壩停淤泥石流和多孔進水塔水石分離的思路均是一種理念，還需要物理模型試驗的驗證。

參考文獻

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[6]周德彥,何興勇.長河壩水電站野壩溝泥石流防護設計[R].2010.

湖北省部署“十二五”水電新農村電氣化驗收工作

日前，湖北省水利廳下發(fā)專門通知，要求各地做好“十二五”水電新農村電氣化縣建設驗收和總結工作。通知指出，自2011年水利部印發(fā)了《“十二五”全國水電新農村電氣化規(guī)劃》，正式啟動“十二五”水電新農村電氣化縣建設以來，在各級黨委、政府和有關部門的正確領導和大力支持下，在廣大農村水電工作者的共同努力下，全省“十二五”水電新農村電氣化縣建設進展順利，預計今年底將全面完成建設任務。今年是“十二五”水電新農村電氣化縣建設的最后一年，各地要充分認識“十二五”水電新農村電氣化縣驗收、總結工作的重要意義，切實加強水電新農村電氣化縣驗收、總結工作的組織與領導工作，對電氣化建設基本情況、建設情況、取得的成效、經驗和做法、存在的主要問題及政策建議等進行全面總結，為開展“十三五”水電農村電氣化建設創(chuàng)造條件，打下基礎。要加大宣傳力度，充分利用各種媒體和其他途徑，采取靈活多樣的方式向社會和有關部門大力宣傳電氣化建設在經濟、社會和生態(tài)等方面的成功經驗和特色亮點，進一步營造良好的輿論氛圍。

通知要求，全省22個水電新農村電氣化建設縣將于5月和9月分兩批完成省級驗收工作。各相關市、縣要按照《水電新農村電氣化標準》、《水電新農村電氣化驗收規(guī)程》和經批準的水電新農村電氣化縣建設實施方案的規(guī)定和要求，及時完成建設任務和驗收資料收集整編工作，并本著實事求是的原則，經自驗合格后，報省級主管部門組織正式驗收，嚴禁弄虛作假。省水利廳屆時將會同省發(fā)改委按規(guī)定組建驗收委員會，開展省級驗收工作，驗收委員會將組成專家組對電氣化縣建設的自驗結果和各項指標進行逐項核查，確保數(shù)據(jù)真實、準確。

來源：中國農村水電及電氣化網(wǎng)2015年02月28 日

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

2014年水電新增裝機2185萬千瓦

截至2014年年底，水電裝機達3.02億千瓦，占全國全部電力裝機容量的22.2%，穩(wěn)居世界第一，提前一年實現(xiàn)了“十二五”規(guī)劃目標。

2014年，中國水電行業(yè)交出了一份漂亮的成績單：全國水電全年新增裝機2185萬千瓦，總裝機達3.02億千瓦，占全國全部裝機容量的22.2%;水電年發(fā)電量超越萬億大關，達到10,661億千瓦時，同比增長18.0%。這是記者從2月3日舉辦的“2015中國水電發(fā)展論壇暨水力發(fā)電科學技術獎頒獎典禮”大會上獲悉的。

“水電作為我國當前最大的可再生能源，為我國能源電力結構調整、溫室氣體減排、氣候環(huán)境改善、經濟社會發(fā)展做出了重大貢獻?！敝袊Πl(fā)電工程學會理事長張基堯在會議現(xiàn)場表示，“國家高度重視水電建設，繼續(xù)提出‘積極發(fā)展水電，大力發(fā)展非化石可再生能源’的綠色能源發(fā)展方針，我國水電仍將大有可為。”

2014年開創(chuàng)發(fā)展新局面

據(jù)記者了解，隨著2014年黨和政府提出“積極推動能源生產和消費革命”的要求，水電行業(yè)深刻把握新常態(tài)下水電發(fā)展新特征，積極主動適應變化，使得國內水電建設在2014年繼續(xù)保持平穩(wěn)較快發(fā)展。

在工程建設方面，擁有18臺單機容量77萬千瓦的世界第三大、中國第二大的溪洛渡水電站，擁有8臺單機容量80萬千瓦的我國第三大的向家壩水電站，擁有9臺單機容量65萬千瓦的我國第四大的糯扎渡水電站，以及擁有世界規(guī)模最高拱壩、世界最大規(guī)模水工隧洞群的錦屏一二級水電站均全面投產發(fā)電。

在西藏自治區(qū)，目前在建的世界最高海拔的、雅魯藏布江干流規(guī)劃的首座大型的藏木水電站也成功投產發(fā)電，標志著西藏地區(qū)進入了大水電時代。

此外，三峽工程整體竣工驗收正式啟動，這項功在當代、利在千秋、世界最大的水電工程也將圓滿收官。

“我國水電2014年全年新增裝機2185萬千瓦，完成投資960億元，投資額占電源工程總額的26.3%;在全年發(fā)電量增量中，水電貢獻度高達85%。”中國能源建設集團有限公司董事長汪建平介紹說。

在技術方面，歷時6年多修編完成的《水工設計手冊》(第2版)出版，同時各大流域水電開發(fā)繼續(xù)扎實推進，一項項世界級技術難題被破解攻克。

“以錦屏一級電站為例，該電站以世界第一高壩、世界最大規(guī)模特高拱壩基礎處理、世界最復雜地質條件的壩肩高陡邊坡等‘十個世界第一’見證了中國水電的技術發(fā)展?！毖诺a江流域水電開發(fā)有限公司董事長陳云華表示。

“我國水電事業(yè)已邁入大電站、大機組、高電壓、自動化、信息化、智能化的全新時代，中國水電正以非凡的發(fā)展成就和強勁的綜合實力雄冠全球?！睆埢鶊蚩偨Y道。

水電消納難題仍然待解

“棄水”一直是制約水電發(fā)展的難題。據(jù)了解，早在2013年，作為我國水電大省的云南就由于“棄水”導致電量損失高達240億千瓦時。

“2014年，四川、云南的棄水問題依然存在?！敝袊Πl(fā)電工程學會秘書長張博庭說道。

據(jù)四川省發(fā)展改革委副主任、省能源局局長雷開平透露，2014年四川省在實現(xiàn)新增水電裝機容量908萬千瓦的同時，棄水電量也達到100億千瓦時左右，為歷年新高。

“在前期水電項目集中投產、省內用電需求增長放緩、外送通道建設不暢等因素綜合作用下，2015年四川水電棄水形勢仍不容樂觀?！崩组_平接受采訪時公開表示。

“我專門到四川做了一番調研，四川的平均上網(wǎng)電價是0.49元，而水電的上網(wǎng)電價平均只有0.288元，比火力發(fā)電要低不少。這樣的一個清潔電本來應該得到充分利用的，且不說對環(huán)境的貢獻，就從純粹的經濟價值來講，恐怕也應該多買一點水電?！眹夷茉淳衷珠L張國寶的話犀利無比，“在需要大力發(fā)展清潔能源的今天，四川的水電還棄水100億千瓦時，水電這樣的清潔能源還沒有能夠完全地消納，我想這里面的原因，在座的同志比我還要清楚。這些現(xiàn)象值得我們重視?！?/p>

針對水電消納問題，中國南方電網(wǎng)有限責任公司副總經理祁達才則表示，南方電網(wǎng)成立以來，一直大力支持水電等清潔能源的發(fā)展，全力為水電項目做好送出、消納等配套工作，盡量讓水電多發(fā)，減少棄水。

“這幾年南網(wǎng)新增了直流通道，就是為了將云南的水電送往廣東這個負荷中心。目前水電東送已經形成了‘八交八直’16條大通道，最大的輸送能力已經達到了3400萬千瓦?！逼钸_才介紹說，“南網(wǎng)公司還加快全力配合大型水電項目的外送，竭盡全力加快配套直流輸電項目的施工工作。2014年克服困難，將溪洛渡和糯扎渡直流工程建成并投運，提高云南水電外送能力920萬千瓦。”

據(jù)祁達才介紹，2014年年底，南方電網(wǎng)的電力總裝機2.3億千瓦，其中水電的裝機達到了9229千瓦，水電裝機比例達到了40%;2014年全網(wǎng)總發(fā)電量為8256億千瓦時，其中水電為2930億千瓦時，占比35.5%。

“南網(wǎng)已經做到力爭水電多發(fā)不棄水，力壓云南、廣東的火電，為減少煤電的排放，讓清潔能源多發(fā)電?！逼钸_才表示，“2014年南方電網(wǎng)區(qū)域的發(fā)售電量化石能耗為172克標準煤/千瓦時，同比下降了22克標準煤/千瓦時，這是一個十分明顯的進步。”

新常態(tài)下發(fā)展任重道遠

“2014年全國的裝機平均的發(fā)電小時數(shù)只有4706小時，這個數(shù)字已經低于5500小時這樣一個基準線。我們的發(fā)電裝機的設備利用率已經非常低了，所以我大膽地講，中國電力短缺的時代已經過去了。”張國寶表示，“今后電力領域也進入了新常態(tài)，不能再以增加多少容量為主要目的，而是應該以優(yōu)化結構、提高效率、科技創(chuàng)新為主要任務?！?/p>

在張國寶看來，水電是優(yōu)化能源結構的首選。

“我國承諾，到2020年非化石能源在一次能源中的比重要達到15%。其中，到2015年訂立目標是11.4%。我估計這個目標要想完成，也是緊緊巴巴的。”張國寶直言，“目前，在替代化石能源上，由于風電、光伏等新能源占比太小，所以非化石能源的重擔實際上主要是水電來扛，減排一定要靠水電來挑重擔?！?/p>

“要完成到2020年常規(guī)水電和抽水蓄能總裝機4.2億千瓦，平均每年裝機2000萬千瓦的目標責任重大，任重道遠?！睆埢鶊虮硎尽?/p>

但是，水電發(fā)展依然面臨眾多問題。

“從水電開發(fā)現(xiàn)狀看，我國目前已開發(fā)的水電裝機中，大部分比例為主要河流水電站，這也就意味著在后續(xù)將開發(fā)的2.62億千瓦水電中，非主要河流水電(含小水電)將超過50%”中國電力建設集團公司副總經理王民浩介紹了水電開發(fā)面臨的新情況。

而在業(yè)內認為的大型水電開發(fā)的最后區(qū)域——西藏地區(qū)情況也不容樂觀。“西藏地區(qū)水電開發(fā)面臨開發(fā)難度大、成本高的困擾。同時，由于西藏本地消納有限，主要電源需要外送，送電方向尚未確定，輸電距離遙遠，線路建設難度大，電力外送也存在較大風險?！比A能瀾滄江水電股份有限公司董事長王永祥介紹說。

在抽水蓄能電站方面，水電水利規(guī)劃設計總院臨時黨委書記、副院長彭程則認為，由于抽水蓄能電站實施的兩部制電價在費用回收方式的規(guī)定較為籠統(tǒng)，實施起來較為困難，導致電價成為了影響抽水蓄能電站建設的核心問題。

此外，開工情況不能滿足規(guī)劃的要求;電源建設與電網(wǎng)建設銜接相對滯后;水電建設各項成本增加;社會因素、環(huán)境因素、市場因素、技術因素等方面的新挑戰(zhàn)也層出不窮。

“但是我們要看到，在政策方面，國家已經下放了部分水電項目審批權，出臺了有關完善水電上網(wǎng)電價形成機制、抽水蓄能價格形成機制和促進抽水蓄能健康有序發(fā)展等政策?！睆埢鶊虮硎?，“只要我們科學認識當前形勢，準確研判未來走勢，主動適應經濟發(fā)展新常態(tài)，堅持科學規(guī)劃，倡導環(huán)保先行，維護移民利益，突出創(chuàng)新驅動，強化風險防控，加強質量保障，就一定能全面打造升級版的生態(tài)、科技、平安、和諧的水電發(fā)展，為經濟社會發(fā)展提供堅實的清潔能源保障。”

來源：中國農村水電及電氣化網(wǎng)2015年02月25 日

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