，

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231；2.成都市君智技術(shù)咨詢有限責任公司，成都，610041)

為了滿足區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，我國西南地區(qū)開發(fā)建設(shè)了大量的不同規(guī)模的水電工程[1]。四川省地處長江上游，山地、丘陵面積占全省總面積的90%以上[2]，小水電開發(fā)工程選址一般在山高、坡陡、河道比降大的高山峽谷區(qū)[3]。由于水電工程建設(shè)過程中土石方量大，會產(chǎn)生大量的棄渣[4]，而山區(qū)河道沿岸的河漫灘地一般地形平坦，大多為卵礫石地及河沙堆積區(qū)，在考慮不影響行洪安全和河勢穩(wěn)定的前提下，并采取水土保持措施的情況下，利用其征地費用低、棄渣方便、存渣量大的特點，多將河谷類棄渣場作為水電建設(shè)項目棄渣場址的首選[3]。臨河棄渣場棄渣堆放在河岸，受工程所處河段的地形條件限制，會束窄河道的行洪斷面，改變河段的水流形態(tài)，影響下游河道的行洪能力[5]。因此，本文以水洛河寧朗水電站1#渣場為例，就臨河型棄渣場對河道行洪與河勢穩(wěn)定的影響進行分析。

1 工程及棄渣場概況

寧朗水電站位于四川省涼山州木里縣境內(nèi)，為金沙江左岸一級支流水洛河的第九個梯級電站，采用引水式開發(fā)。電站主體工程由首部樞紐、引水系統(tǒng)和發(fā)電樞紐三部分組成。首部樞紐分擋水建筑物和泄水建筑物，由左右岸擋水壩段及混凝土閘壩組成，最大壩高27.5m，壩頂高程1858.0m。

寧朗水電站水庫地處高山峽谷區(qū)，區(qū)內(nèi)山高坡陡，山勢巍峨，山脈海拔高程多在3500m～4500m，河谷形態(tài)多為不對稱“Ⅴ”型谷，庫尾河谷較開闊，兩閘址間庫段河谷較狹窄。工程河段比較順直，河岸邊坡較完整，比較穩(wěn)定，平均自然坡度一般35°～60°，谷坡下緩上陡，并且河谷多為陡崖。岸坡植被良好，樹木茂盛。

工程棄渣根據(jù)施工布置特點就近布置堆放。1#渣場堆渣13.82萬m3、占地1.44hm2，最大堆渣高度10.0m，擋渣堤頂現(xiàn)狀高程為1818.15m～1825.34m。棄渣場沿水洛河側(cè)設(shè)置C15混凝土重力式擋渣堤，與C15混凝土護坡相結(jié)合的方式進行防護，以滿足防洪要求。

2 防洪標準

2.1 工程河段防洪標準

根據(jù)《防洪標準》的規(guī)定，結(jié)合城市等級、發(fā)展需要及保護對象的重要性確定河段防洪標準。寧朗水電站棄渣場位于木里縣寧朗鄉(xiāng)紅布定村，所在位置為鄉(xiāng)村，防護人口≤20萬人，防護區(qū)耕地面積≤2萬hm2，防洪標準20～10年一遇。

根據(jù)《四川省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項目管理暫行辦法》第一章第三條規(guī)定，寧朗水電站棄渣場評價河段屬于其規(guī)定的其余河道管理范圍，工程河段防洪標準按10年一遇。

2.2 棄渣場防洪標準

根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL575-2012)相關(guān)規(guī)定，棄渣場級別根據(jù)堆渣量、堆渣最大高度，以及棄渣場失事后對主體工程或環(huán)境造成的危害程度確定，攔渣堤防洪標準應(yīng)滿足河道管理和防洪要求。

本工程1#棄渣場及攔渣工程建筑物級別均為4級，根據(jù)棄渣場級別及渣場設(shè)計規(guī)模，確定寧朗水電站各渣場的設(shè)計防洪標準均為30年一遇，校核防洪標準均為50年一遇。

3 棄渣場對河道行洪與河勢穩(wěn)定影響分析的計算

本工程防洪評價工作采取1/1000地形圖，根據(jù)河勢地形1#渣場布設(shè)6個計算特征斷面，其中CS1位下游起算控制斷面。

3.1 渣場起算控制斷面流量與水位計算

利用工程河段水文站現(xiàn)有資料進行設(shè)計洪水計算，寧朗水電站1#渣場的設(shè)計洪水采用呷姑水文站為依據(jù)，采用水文比擬的方法推算。水位流量關(guān)系曲線采用水力學(xué)公式計算。根據(jù)水文分析計算成果，設(shè)計洪水(流量)及對應(yīng)水位關(guān)系見表1。

表1 下游CS1起算控制斷面水位流量關(guān)系

3.2 壅水與行洪分析計算

棄渣場壓縮水流，使棄渣場上游及堆存范圍內(nèi)水面壅高，形成壅水。為分析工程河段1#棄渣場建成前后河道行洪能力的變化情況以及對河勢穩(wěn)定的影響，根據(jù)工程布置方案，采用HEC-RAS河流分析系統(tǒng)軟件模型對P=2%、P=3.33%和P=10%的設(shè)計洪水進行水力要素分析計算。棄渣場建成前后不同頻率設(shè)計洪水各斷面水位、過流面積、流速等計算成果變化情況見表2。

表2渣場建設(shè)前后設(shè)計洪水水力要素計算成果比較

斷面號里程(m)河底高程(m)P=2%,Q=1510m3/sP=3.3%,Q=1400m3/sP=10%,Q=1150m3/s水位差值(m)過流面積變幅(%)流速變幅(%)水位差值(m)過流面積變幅(%)流速變幅(%)水位差值(m)過流面積變幅(%)流速變幅(%)CS1542901824.300.000.000.000.000.000.000.000.000.00CS1439901817.460.09-1.681.710.07-1.761.790.06-1.831.86CS1338501810.300.07-2.132.180.06-2.212.260.05-2.282.33CS1237101809.000.06-1.411.430.05-1.481.500.04-1.531.55CS1135301805.010.000.000.000.000.000.000.000.000.00CS101752.200.000.000.000.000.000.000.000.000.00

從上述計算結(jié)果可以看出，在50年一遇洪水條件下1#棄渣場河段最大壅水高度0.09m，過流面積最大縮窄率為2.13%，流速增幅為1.71%～2.18%；30年一遇洪水條件下1#棄渣場河段最大壅水高度0.07m，過流面積最大縮窄率為2.21%，流速增幅為1.50%～2.26%；10年一遇洪水條件下1#棄渣場河段最大壅水高度0.06m，過流面積最大縮窄率為2.28%，場流速增幅為1.55%～2.33%。棄渣場建設(shè)對河道行洪影響較小。

3.3 沖刷與淤積分析計算

棄渣場建設(shè)后占了河道的行洪河寬和面積，工程河段上下一定范圍的河段內(nèi)，過流面積減小，流速增加，造成兩側(cè)岸沖刷加劇。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)，平順護岸沖刷深度可按下列公式計算：

式中：hs——局部沖刷深度(m)；

H0——沖刷處的水深(m)；

Ucp——近岸垂直平均流速(m/s)；

Uc——泥沙起動流速(m/s)。

根據(jù)公式計算可得，在50年一遇設(shè)計洪水時，1#棄渣場岸坡沖刷深度為0.83m～0.97m；在30年一遇設(shè)計洪水時，1#棄渣場岸坡沖刷深度為0.78m～0.91m。1#擋渣堤的基礎(chǔ)埋深為1.70m，大于設(shè)計標準下的擋渣堤所在位置處的岸坡沖刷深度，1#擋渣堤的基礎(chǔ)埋深度滿足規(guī)范要求。

3.4 河勢影響分析計算

3.4.1 穩(wěn)定河寬計算

穩(wěn)定河寬是指河床在某級流量和河床比降下應(yīng)有的寬度，維持穩(wěn)定河寬避免河床產(chǎn)生再造床現(xiàn)象[3]。穩(wěn)定河寬計算采用阿爾圖寧公式：

式中：B——穩(wěn)定河寬(m)；

A——穩(wěn)定河寬系數(shù)，取1.0～1.7；

Q——造床流量(m3/s)；

J——河道比降，以‰計。

本工程采用2年一遇洪水作為造床流量。工程河段2年一遇(P=50%)洪水流量731m3/s，河道比降16.81‰，且河道處于較穩(wěn)定河段，穩(wěn)定河寬系數(shù)取1.05，計算得到工程河段穩(wěn)定河寬為44.00m。

1#棄渣場擋渣堤工程河段控制斷面河寬在45.11m～46.92m之間，1#棄渣場的造床流量下的河寬大于穩(wěn)定河寬，河道穩(wěn)定性相對較好。

3.4.2 河床穩(wěn)定性計算

(1)縱向穩(wěn)定性計算

河床的縱向穩(wěn)定程度取決于水流對河床泥沙的作用力和河床泥沙抵抗力之間的對比關(guān)系。穩(wěn)定性指標值越大，河床相對來說越穩(wěn)定，河床沖淤變幅也越小。反之則說明河床沖淤變化較大，河床穩(wěn)定性差[3]。縱向穩(wěn)定系數(shù)K1采用公式：

式中：d——床沙平均粒徑(mm)，本次評價d取74mm；

h——造床流量下的平均水深(m)；

j——造床流量下水面比降，本次評價取0.0167。

(2)橫向穩(wěn)定性計算

橫向穩(wěn)定系數(shù)K2與河岸穩(wěn)定密切相關(guān)，值愈大，河岸愈穩(wěn)定。本工程用河岸變化結(jié)果來描述河岸的穩(wěn)定性，采用阿爾圖寧公式計算的穩(wěn)定河寬與實際河寬B相比較，用以表征河床橫向穩(wěn)定性程度，公式為：

式中：Q——造床流量(采用平灘水位法)(m3/s)；

K2——橫向穩(wěn)定系數(shù)；

j——造床流量下水面比降；

B——造床流量下的水面寬(m)。

(3)綜合穩(wěn)定性計算

河流平面河勢的穩(wěn)定性，既取決于河床縱向穩(wěn)定，也取決于河床橫向穩(wěn)定，這兩種綜合影響用綜合穩(wěn)定系數(shù)K表示，即：

由以上計算得出，1#棄渣場縱向穩(wěn)定性系數(shù)K1=1.80～4.01，說明當水沙條件改變時，河道縱比降和縱向流路的改變不大；橫向穩(wěn)定性系數(shù)K2=1.59～1.85，說明該河道河岸目前岸坡整體穩(wěn)定性較差；綜合穩(wěn)定性指標K=5.69～12.43，說明該河段河床處于縱向和平面穩(wěn)定時期。

3.5 擋渣堤的穩(wěn)定性計算

根據(jù)擋渣堤穩(wěn)定性計算，不考慮粘聚力，考慮棄渣場地質(zhì)條件、地基承載力容許值取0.35MPa～0.40MPa。采用理正巖土系列軟件進行驗算，1#渣場擋渣堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)等于1.35(>1.30)，抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)等于2.52(>1.50)，地基承載力驗算安全系數(shù)等于1.32(>1.20)。

1#渣場級別為4級，根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL575-2012)等相關(guān)規(guī)范及標準規(guī)定，計算結(jié)果表明，1#渣場滿堆情況下，C15混凝土攔渣堤的抗滑、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)及地基允許應(yīng)力滿足要求，攔渣堤整體穩(wěn)定性好。不會有崩塌現(xiàn)象，松散棄渣物不會進入河道，不影響河道的行洪和河勢變化。

4 結(jié)論與建議

(1)工程建設(shè)以后，棄渣場所在河段的地貌發(fā)生了較大的改變，但棄渣場上下游河段的地質(zhì)條件，河床組成均未發(fā)生較大的改變。棄渣場建設(shè)過程中嚴格按照水土保持的要求，棄渣自下而上堆砌，并保持≥90%的壓實度及挖寬錯臺等邊坡防滑措施，有效地保證棄土的密實和抗滑穩(wěn)定性。周圍的截水溝對棄渣場以上的坡面積水進行攔截和匯集，有效減輕了棄渣場坡面徑流的沖刷，有利于保持棄渣場的穩(wěn)定性；

(2)根據(jù)棄渣場所在河段的沖刷深度計算結(jié)果可以看出，在設(shè)計洪水情況下，工程建設(shè)以后棄渣場所在河段附近有局部沖刷現(xiàn)象，其他河段沒有明顯的沖刷變形，河床的變形是局部的和暫時的，河床橫向和縱向都較為穩(wěn)定。修建棄渣場后，在設(shè)計洪水情況下，1#棄渣場岸坡沖刷深度為0.79m～0.91m，基礎(chǔ)埋深1.7m，滿足沖刷要求，且右岸為基巖，因此，渣場的修建對所在河道的河勢穩(wěn)定的影響較小。新的河道斷面在新的沖刷和淤積下會逐步建立新的沖淤平衡，至此河勢趨于新的穩(wěn)定；

(3)棄渣場建成后，過流面積縮窄幅度較小，對行洪影響較小。為避免渣場對河道行洪的影響，要對滑落于河道中的渣體及時進行清理，以盡量減小對河道的阻水、壅水、挑流作用，工程棄渣堆放必須符合防洪要求。

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