金連才　劉沖平

摘要：旭龍水電站施工場地非常有限，茂頂河出口段處于施工區(qū)，其活動(dòng)特征、規(guī)模及影響程度等將直接影響施工區(qū)安全。對旭龍水電站茂頂河泥石流進(jìn)行了活動(dòng)特征與危害性評價(jià)研究。結(jié)果表明：① 主溝與1號溝為低頻稀性泥石流，1-1號溝與1-2號溝為高頻黏性泥石流;② 按洪痕調(diào)查計(jì)算的泥石流流量與按清水洪峰流量和配方法計(jì)算的泥石流流量結(jié)果基本一致;③ 按20 a一遇計(jì)算，茂頂河泥石流峰值流量377 m/s，最大流速6 m/s，泥石流總量約11.9萬m;20， 50， 100 a一遇的茂頂河泥石流的危險(xiǎn)等級分別為無直接危害、輕度危險(xiǎn)、中等危險(xiǎn)。經(jīng)綜合分析，對茂頂河泥石流采用了“停淤壩+排導(dǎo)槽+攔擋壩”的防治方案。

關(guān)鍵詞：泥石流; 活動(dòng)特征; 危險(xiǎn)等級; 峰值流量; 茂頂河; 旭龍水電站

中圖法分類號：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.007

文章編號：1006 - 0081（2022）07 - 0044 - 06

0 引 言

西南地區(qū)溝壑縱橫、河谷深陡、地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈、堆積體發(fā)育、生態(tài)環(huán)境脆弱，具備泥石流溝發(fā)育的條件。泥石流具有成因復(fù)雜、暴發(fā)突然、歷時(shí)短等特點(diǎn)[1]，對工程建設(shè)與居民安全影響大。專家學(xué)者們對泥石流活動(dòng)特征與危險(xiǎn)性進(jìn)行了大量研究。許彬[2]分析了云南魯?shù)辇堫^山集鎮(zhèn)甘溝泥石流的活動(dòng)特征，林虹宇等[3]分析了岷江上游典型泥石流的活動(dòng)特征，丁明濤等[4]對云南小江流域泥石流特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，傅占鋒[5]對四川茂縣白水寨溝泥石流進(jìn)行了危險(xiǎn)性評價(jià)。

金沙江上游旭龍水電站裝機(jī)容量2 400 MW，多年平均年發(fā)電量105.14億kW·h。旭龍水電站地處橫斷山脈地段，屬峽谷地貌類型，工程區(qū)山高坡陡、地形陡峻，施工用地面積非常有限，茂頂河出口段處于施工區(qū)。茂頂河沖溝為泥石流溝，屬金沙江右岸支流，上距壩址4.8 km。茂頂河流域內(nèi)發(fā)育有主溝、1號溝、1-1號溝和1-2號溝泥石流。泥石流的活動(dòng)特征、規(guī)模及影響程度等將直接影響施工區(qū)安全。本文對泥石流活動(dòng)特征與危害性評價(jià)等進(jìn)行了研究，為泥石流防治措施提供了依據(jù)。

1 泥石流活動(dòng)特征分析

1.1 泥石流分區(qū)特征

茂頂河流域泥石流的誘發(fā)因素是流域內(nèi)的暴雨以及上游冰雪融水的共同作用。根據(jù)對茂頂河流域地形以及泥石流發(fā)生情況的實(shí)地調(diào)查，并結(jié)合流域各部分在泥石流發(fā)生過程中所起的不同作用，將茂頂河流域劃分為3個(gè)區(qū)段，即清水區(qū)、形成流通區(qū)和堆積區(qū)（圖1）。

泥石流清水區(qū)位于流域的最上游區(qū)域（海拔3 300～5 240 m）。該區(qū)段匯流條件良好，通過匯集降雨形成具有一定規(guī)模的洪水，為泥石流的形成提供了充足的水源。

形成流通區(qū)在清水區(qū)的下游區(qū)域（海拔2 800～3 300 m）。上游匯集的洪水強(qiáng)烈沖蝕該區(qū)段，溝道內(nèi)的固體物質(zhì)被起動(dòng)而形成泥石流;且泥石流在該區(qū)段流動(dòng)過程中，沖刷溝床松散固體物質(zhì)，同時(shí)掏蝕溝道兩岸岸坡坡腳，引起岸坡滑塌，為泥石流的形成提供物源。通過該區(qū)段，泥石流體流通到堆積區(qū)，直至流出溝口進(jìn)入金沙江。

堆積區(qū)為茂頂河流域下游溝床寬闊平緩的地帶至匯入金沙江處洪積扇（海拔2 140～2 800 m）。泥石流經(jīng)過形成流通區(qū)后，由于溝道的展寬以及溝床的變緩，泥石流體的運(yùn)動(dòng)速度逐漸變慢直到完全停止并淤積在此段。

1.2 泥石流成因與頻率特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與訪問調(diào)查綜合分析，茂頂河流域是一條老泥石流溝，泥石流主要發(fā)育在茂頂河主溝段和1，1-1，1-2號溝內(nèi)。據(jù)調(diào)查，最近的一次泥石流發(fā)生在2012年6月。

2012年主溝泥石流的成因與頻率特征為：道路開挖切坡導(dǎo)致公路沿線產(chǎn)生多處崩滑，大量的松散物質(zhì)堆積在溝道右岸，與以前堆積在溝道內(nèi)的固體物質(zhì)共同形成了溝道中的泥石流物源。2012年6月暴雨形成的洪水在主溝與2號溝匯合后，洪水流量較大;在2號溝與1號溝之間的主溝段溝床中有豐富的固體物源，且溝道狹窄，洪水單寬流量較大，挾沙能力較強(qiáng)，洪水開始逐漸起動(dòng)溝床物質(zhì);從2號溝溝口開始，洪水中的泥沙自上游向下游逐漸增多，形成高含沙洪水，挾沙能力更強(qiáng)，進(jìn)一步起動(dòng)更多、更大的溝床固體物質(zhì)，最后在2號溝溝口到2級電站截水壩之間，高含沙洪水演變?yōu)橄⌒阅嗍?。該段泥石流形成和流通的原因?yàn)楹樗髁枯^大和溝道中有較豐富的固體物質(zhì)，且溝道狹窄，為洪水和泥石流的沖刷及流動(dòng)提供了較好的地形條件。泥石流形成后，順溝而下，受1級電站廠址附近的2級電站截水壩攔擋，且該處下游的溝床突然展寬、坡度變緩，較大的石塊淤積下來，堆積在2級電站截水壩到1級電站廠址之間，堆積量約8 000 m;泥石流繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到1級電站廠址和1號溝溝口之間的開闊地帶，大量石塊在該處堆積，堆積量約10 000 m;在此以下的主溝段泥石流演變?yōu)楦吆澈樗^續(xù)流動(dòng)到下游。主溝泥石流在近40～50 a的時(shí)間段內(nèi)，以20世紀(jì)70年代的泥石流規(guī)模最大，1995年和2012年的泥石流規(guī)模僅次于最大規(guī)模，且這兩次規(guī)模相當(dāng)。因此，可以判斷茂頂河主溝泥石流在20世紀(jì)70年代發(fā)生的泥石流為50 a一遇，1995年和2012年發(fā)生的泥石流為20 a一遇。茂頂河主溝在近幾十年內(nèi)僅有這3次暴發(fā)，由此可以推斷主溝為低頻率泥石流溝。

2012年1號溝泥石流的成因與頻率特征為：2012年6月的暴雨在1號溝上游的兩條支溝形成山洪，匯合后洪水流量增加，匯合處往下游約500 m長的溝道較寬闊，固體物源也較少，因此在該段形成的仍然是山洪。在進(jìn)入1號溝的狹窄段后，由于該段兩岸有多處崩塌，溝床內(nèi)有較豐富的固體物源，溝床坡度較大，溝道狹窄，洪水的單寬流量突然增加，挾沙能力增加明顯，洪水迅速起動(dòng)溝床物質(zhì)，最后在1號溝公路往上游500 m一段內(nèi)，1號溝的洪水演變?yōu)橄⌒阅嗍?。溝道至公路前突然展寬，并且坡度變緩，造成泥石流在公路前有部分淤積。大部分泥石流繼續(xù)在1號溝內(nèi)運(yùn)動(dòng)并侵蝕公路下游溝道約500 m長的溝床，并以稀性泥石流的形式運(yùn)動(dòng)到茂頂河主溝，與主溝洪水匯合后被稀釋，并以洪水的形式繼續(xù)流向下游。2012年1號溝泥石流的暴發(fā)規(guī)模為近幾十年內(nèi)的第二大，而最大的規(guī)模為在此十多年或近30 a前發(fā)生的泥石流。因此，可以判斷茂頂河1號溝泥石流在十多年或近30 a前發(fā)生的泥石流為50 a一遇泥石流，2012年發(fā)生的泥石流為20 a一遇泥石流。茂頂河1號溝在近幾十年內(nèi)僅有這2次暴發(fā)，可以推斷1號溝為低頻率泥石流溝。

2012年1-1號溝和1-2號溝的成因與頻率特征為：1-1號溝和1-2號溝是兩條位于老滑坡堆積體上的沖溝，在強(qiáng)降雨作用下掏蝕兩岸松散堆積體，造成短時(shí)堵潰并形成泥石流;同時(shí)洪水起動(dòng)溝床物質(zhì)也使泥石流的規(guī)模更大。在溝道中，泥石流主要是沖刷與侵蝕，很少堆積，但與主溝匯合后，被主溝洪水稀釋進(jìn)而演變?yōu)楦吆澈樗?，開始在主溝內(nèi)分選堆積，最終的洪水進(jìn)入金沙江，堆積物總量約26 000 m。1-1號溝和1-2號溝每年都有泥石流發(fā)生，為高頻率泥石流溝。

1.3 泥石流性質(zhì)

由于泥石流沉積物的沉積形態(tài)可以保存相當(dāng)長的時(shí)間，因而可以通過獲取歷史上泥石流運(yùn)動(dòng)和沉積過程中遺留在溝床或溝床兩側(cè)巖壁上的物質(zhì)進(jìn)行樣品分析。室外和室內(nèi)顆粒分析結(jié)果如圖2所示，可以看出：泥石流樣品級配極寬，涵蓋塊石、碎石、粗、中、細(xì)、粉砂以及黏粒。這種極寬級配的樣品是泥石流的一大特征。1-1號溝和1-2號溝泥石流為黏性泥石流，泥石流樣中的黏粒（粒徑在0.005 mm以下）含量分別為2.30%和0.69%，黏粒含量較少，在花崗巖地區(qū)常見。主溝為稀性泥石流，由于沉積分選作用，泥石流樣中的黏粒含量更少，僅0.45%，主溝、1-1號溝、1-2號溝泥石流樣的中值顆粒粒徑（d50）分別為5.1， 2.8 mm和7.5 mm，有效粒徑（d10）分別為0.019， 0.022 mm和0.150 mm。

泥石流性質(zhì)的判別主要依據(jù)其沉積特征和運(yùn)動(dòng)特性，而不能完全依據(jù)黏粒含量的多少。黏性泥石流沉積特征為混雜沉積，在斷面上有反粒徑分布的趨勢，泥包石、泥球、石背石等都是黏性泥石流的沉積特征。而稀性泥石流的沉積特征為石線構(gòu)造、礫石支撐、有一定的分選。

1-1號溝和1-2號溝泥石流的沉積特征為混雜沉積，有明顯的反粒徑分布，且粒徑在0.2 m以上的塊石仍然可以沉積在上部，黏性泥石流的前鋒部分（俗稱“龍頭”）富集石塊，常以大石領(lǐng)頭，在溝道內(nèi)和堆積扇上分布較多（圖3）。另外，由于黏性泥石流為帶流核的賓漢流體運(yùn)動(dòng)，一些石塊相擁、相依運(yùn)動(dòng)，互不摻混，符合2012年暴發(fā)的1-1號溝泥石流堆積的特征。因此，2012年暴發(fā)的1-1號溝和1-2號溝泥石流為黏性泥石流。

根據(jù)對茂頂河泥石流堆積區(qū)沉積物的調(diào)查，主溝和1號溝泥石流的沉積特征為石線構(gòu)造、礫石支撐、有一定的分選（圖4）。因此，2012年暴發(fā)的主溝和1號溝泥石流為稀性泥石流。

1.4 泥石流洪痕調(diào)查

在茂頂河主溝、1號溝、1-1號溝和1-2號溝分別調(diào)查了泥石流洪痕（圖5）。通過洪痕斷面計(jì)算1-1號溝和1-2號溝的黏性泥石流平均流速[6]，如式（1）所示;通過洪痕斷面計(jì)算主溝和1號溝的稀性泥石流平均流速，如式（2）所示。

通過洪痕斷面計(jì)算得到20 a一遇泥石流平均流速、流量、泥石流總量以及泥沙總量，見表1，其中主溝泥沙總量的28 775 m包括泥石流中所有泥沙。2012年暴發(fā)的主溝泥石流堆積物調(diào)查和測量結(jié)果顯示：2012年20 a一遇的稀性泥石流的泥沙堆積總量為18 000 m，是主溝泥石流中的較粗大部分，其他部分因稀性泥石流的沉積分選而演變?yōu)楦吆澈樗\(yùn)動(dòng)到下游。因此，現(xiàn)場調(diào)查的主溝泥石流堆積物量加上運(yùn)動(dòng)到下游的泥沙量，與由洪痕計(jì)算的泥石流流速、流量、總量及結(jié)合容重計(jì)算的泥沙總量基本一致。

1.5 泥石流流量特征

針對暴雨泥石流流量，采用配方法計(jì)算泥石流峰值流量，即假定泥石流的活動(dòng)頻率與洪水同步，以清水洪峰流量進(jìn)行配方，也即按比例加上泥石流所挾帶的固體物質(zhì)體積來計(jì)算泥石流流量[7]，再結(jié)合泥石流堵塞系數(shù)計(jì)算出泥石流峰值流量，如式（3）所示。按清水洪峰流量計(jì)算得到不同頻率的設(shè)計(jì)泥石流峰值流量，見表2。

1.6 泥石流規(guī)模特征

設(shè)計(jì)泥石流總量根據(jù)設(shè)計(jì)泥石流洪峰流量和泥石流持續(xù)時(shí)間計(jì)算得到[8]，如式（4）所示。茂頂河20～200 a一遇泥石流持續(xù)時(shí)間按峰量同倍比關(guān)系，均以20 min作為泥石流的持續(xù)時(shí)間。茂頂河泥石流不同頻率設(shè)計(jì)泥石流總量計(jì)算結(jié)果見表4。

2 泥石流危險(xiǎn)性評價(jià)

2.1 危險(xiǎn)性分析

根據(jù)DZ/T 0220-2006《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（附錄F泥石流危險(xiǎn)區(qū)范圍預(yù)測），以20， 50， 100，200 a一遇的泥石流峰值流量和泥沙總量為依據(jù)，繪制不同頻率的泥石流危險(xiǎn)區(qū)范圍圖[5]。在茂頂河20 a一遇的泥石流堆積和流通范圍中，主溝泥石流主要在1號溝以上的上游溝道內(nèi)流通和堆積，1，1-1號溝和1-2號溝泥石流都在溝道內(nèi)流通，進(jìn)入主溝后立即被主溝的大流量高含沙洪水稀釋，演變成為高含沙洪水。20 a一遇茂頂河泥石流的危險(xiǎn)范圍（圖6）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查泥石流的堆積和流通范圍得到。在主溝和1號溝并流后，其與1-1號溝和1-2號溝并流的泥石流最終并流于主溝形成高含沙洪水，流量約234 m/s。50， 100，200 a一遇的泥石流洪峰流量分別為366， 564 m/s和786 m/s。

泥石流體中有水和泥沙，泥沙中含有較大的粗顆粒，也有細(xì)顆粒以及更細(xì)的細(xì)砂、粉砂和黏粒等懸移質(zhì)。泥石流在運(yùn)動(dòng)過程中，由于坡度減緩或溝道突然展寬而使泥石流運(yùn)動(dòng)速度降低、挾沙能力降低，泥沙開始沿程沉積：①? 黏性泥石流表現(xiàn)為整體沉積，全部堆積在溝道或堆積扇上，沒有沉積分選;② 稀性泥石流沉積表現(xiàn)為泥石流中的粗大石塊首先堆積，次粗大石塊在緊靠下游堆積，逐漸形成從上游到下游，石塊由大到小堆積的過程。20 a一遇茂頂河泥石流在洪痕斷面處的大塊石沖擊力約為2 400 t，泥石流中巨石的沖擊力會(huì)對茂頂河施工場地造成威脅。

茂頂河泥石流的特點(diǎn)是：主溝和1號溝為稀性泥石流溝，沉積特點(diǎn)是分選沉積;1-1號溝和1-2號溝是黏性泥石流溝，在溝道內(nèi)沉積很少，進(jìn)入主溝后才開始沉積，但主溝的洪水（或稀性泥石流）流量比1-1號溝和1-2號溝的黏性泥石流流量大很多，因此1-1號溝和1-2號溝的黏性泥石流立即被稀釋、演變?yōu)橄⌒阅嗍鳌Ｔ谙⌒阅嗍餮爻坛练e分選的過程中，或在被高含沙洪水稀釋并沿程分選沉積的過程中，有一部分泥沙不會(huì)沉積在主溝內(nèi)，如細(xì)顆粒以及更細(xì)的細(xì)砂、粉砂和黏粒等懸移質(zhì)。這部分泥沙將隨洪水一起運(yùn)動(dòng)到主溝下游進(jìn)入金沙江。

1-1，1-2號溝和1號溝最大過流斷面面積分別為58.26， 50.24 m和436.00 m，按此斷面計(jì)算的溝泥石流平均流速分別為15.67， 7.20， 25.14 m/s，過流流量分別為913， 363， 10 960 m/s，遠(yuǎn)大于92，68，190 m/s的各個(gè)支溝200 a一遇的泥石流流量。3條支溝現(xiàn)有溝道完全能滿足輸送泥石流的要求，即使發(fā)生200 a一遇泥石流，泥石流也會(huì)沿著溝道流向下游進(jìn)入主溝，不會(huì)發(fā)生沖出溝道的情況。

2.2 泥石流對施工區(qū)影響

20 a一遇的茂頂河泥石流不會(huì)對旭龍水電站施工區(qū)產(chǎn)生直接影響，但泥石流中的粗大顆粒沉積在上游后，繼續(xù)流動(dòng)的高含沙洪水流量為234 m/s，有可能對施工區(qū)產(chǎn)生影響。

50， 100，200 a一遇的茂頂河泥石流將對旭龍水電站施工區(qū)產(chǎn)生直接影響，而且泥石流的流量較大，即使全部粗大顆粒泥沙都堆積下來，洪水的流量也分別有366， 564 m/s和786 m/s，對施工區(qū)影響較大。

根據(jù)茂頂河泥石流對施工區(qū)的影響劃分危險(xiǎn)等級：20 a一遇的茂頂河泥石流的危險(xiǎn)等級對應(yīng)的是無直接危害;50 a一遇的茂頂河泥石流的危險(xiǎn)等級對應(yīng)的是輕度危險(xiǎn);100，200 a一遇的茂頂河泥石流的危險(xiǎn)等級對應(yīng)的是中度危險(xiǎn)。

2.3 防治措施

茂頂河出口段處于施工區(qū)，采用“停淤壩+排導(dǎo)槽+攔擋壩”的防治方案對泥石流進(jìn)行專門治理。布置攔淤壩，形成停淤場;停淤場庫容按可容納主溝、1號溝、1-1號溝和1-2號溝并流后遭遇100 a一遇泥石流2次、200 a一遇泥石流1次控制。結(jié)合攔淤壩設(shè)置排導(dǎo)槽，實(shí)現(xiàn)水石分離。為攔擋樹木、巨石、削減高含沙洪水洪峰，在主溝、1號溝、1-1號溝和1-2號溝內(nèi)分別設(shè)置攔擋壩。

對茂頂河泥石流采取監(jiān)測預(yù)警，具體包括水源監(jiān)測、泥石流流體監(jiān)測、泥石流視頻區(qū)域范圍內(nèi)視頻監(jiān)測;預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)通過現(xiàn)場監(jiān)測傳回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，對泥石流災(zāi)害的發(fā)生做出預(yù)警，并按預(yù)報(bào)等級發(fā)出警報(bào)。

3 結(jié) 論

（1） 本文對茂頂河泥石流進(jìn)行了活動(dòng)特征分析，按清水洪峰流量和配方法計(jì)算的泥石流流量與按洪痕調(diào)查計(jì)算的泥石流流量結(jié)果基本一致。

（2） 可以泥石流峰值流量和泥沙總量為依據(jù)，對不同頻率的泥石流危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)與分級。

（3） 通過分析泥石流活動(dòng)特征與危險(xiǎn)性，評價(jià)了泥石流對施工場地的影響，為泥石流防治措施提供了依據(jù)，可為同類工程借鑒。

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（編輯：高小雲(yún)）

Activity characteristic analysis and risk assessment for Maoding river deberis flow of Xulong Hydropower Station

JIN Liancai LIU Chongping

（1. China Energy Investment Jinshajiang Xulong Hydropower Co.， Ltd.，Chengdu 610000， China; 2. Changjiang Three Gorges Survey and Research Institute Limited Company，Wuhan 430074， China）

Abstract： The construction site of Xulong hydropower station is very limited， and the outlet section of the Maoding river is in the construction area. The activity characteristics， scale and impact degree of debris flow in the Maoding river basin will directly affect the safety of the construction area. The activity characteristics and hazard assessment of debris flow of the Maoding river are studied for Xulong Hydropower Station. The results show that： ① there are low-frequency rarefied debris flows in the main gully and No. 1 gully， and high-frequency viscous debris flows in No. 1-1 gully and No. 1-2 gully; ② the debris flow discharge calculated by flood trace investigation is basically consistent with that calculated by clear water peak discharge and distribution method; ③ according to the calculation of 20 years return period， the peak flow of debris flow in the Maoding river is 377 m3/s， the maximum flow velocity is 6 m/s， and the total volume of debris flow is about 119 000 m3; the hazard levels of debris flow in the Maoding river with return periods of 20， 50 and 100 years are no direct hazard， mild hazard and medium hazard respectively. The prevention scheme of "desilting dam + drainage channel + retaining dam" is adopted for debris flow in the Maoding river basin.

Key words： debris flow; activity characteristics; risk level; peak flow; Maoding river; Xulong Hydropower Station