摘 要：【目的】分析泥石流對(duì)浙西某抽水蓄能電站工程下水庫的影響?！痉椒ā炕诘匦蔚孛病⑽镌礂l件、水系分布和人類工程活動(dòng)等，對(duì)下水庫主溝泥石流形成條件進(jìn)行分析，調(diào)查泥石流堆積物情況，并對(duì)主溝泥石流形成臨界條件與過程進(jìn)行研究。【結(jié)果】研究結(jié)果表明：根據(jù)泥石流運(yùn)動(dòng)-動(dòng)力學(xué)特征分析主溝泥石流為輕度易發(fā)，泥石流類型為溝谷降雨型低頻大型稀性泥石流，堵河可能性極低，危害性較小，以預(yù)防為主?！窘Y(jié)論】研究成果對(duì)該抽水蓄能電站下水庫庫址選擇及水工工程設(shè)計(jì)具有重要意義，可為開展抽蓄電站泥石流調(diào)查提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；地質(zhì)災(zāi)害；泥石流特征；運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)

中圖分類號(hào)：P642.23" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2025）04-0098-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.04.019

Characteristics and Engineering Impact of Debris Flow in the Main Channel of the Lower Reservoir of Pumped Storage Power Station in Western Zhejiang Province

ZHANG Yifei1 CHANG Xiaona1 YUAN Qingsong 2 JI Yindong3" LI Cong2

（1. Henan Geology Mineral College， Zhengzhou 450001，China; 2. Henan Academy of Geology， Zhengzhou 450001， China;3.Henan Institute of Geological Sciences Co.， Ltd.， Zhengzhou 450001，China）

Abstract：[Purposes] To analyse the impact of mudslides on the reservoir under a pumped storage power station project in western Zhejiang.[Methods] The formation conditions of debris flow in the main channel of the lower reservoir were analyzed based on topography， provenance conditions， water system distribution， and human engineering activities. The debris flow deposits were investigated and analyzed， and the critical conditions and process of debris flow formation in the main channel were studied. [Findings]The results showed that， based on the motion-dynamic characteristics analysis， the debris flow in the main gully was classified as low-frequency， large-scale， rare gully rainfall-type flows The possibility of blocking the river was very low， the harm was small， and preventive measures should be prioritized. [Conclusions] The research results are significant for the site selection and hydraulic engineering design of the lower reservoir of the pumped storage power station， and could provide reference and guidance for the investigation of debris flow in the pumped storage power station.

Keywords：pumped storage power station;geological disasters;debris flow characteristics;motion and dynamics

0 引言

抽水蓄能電站作為一種重要的能源儲(chǔ)存和發(fā)電設(shè)施，其運(yùn)行是通過相鄰海拔具有差異的兩個(gè)水庫之間的水流來實(shí)現(xiàn)的。抽水蓄能電站通常修建在封閉性較強(qiáng)的山區(qū)，其安全性對(duì)于能源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要［1］。黃成家等［2］在對(duì)白鶴灘水電站地質(zhì)災(zāi)害研究中發(fā)現(xiàn)大寨溝泥石流會(huì)對(duì)進(jìn)水口和基坑安全造成威脅。王飛等［3］基于新疆布爾津抽水蓄能電站庫區(qū)泥石流溝發(fā)育分布特征，對(duì)其動(dòng)力學(xué)特征及危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并從3方面分析泥石流對(duì)布爾津抽水蓄能電站的影響。鄒根［4］在對(duì)西藏地區(qū)水電站工程地質(zhì)條件研究中指出，泥石流災(zāi)害對(duì)藏區(qū)水利水電工程建設(shè)影響較為嚴(yán)重。泥石流受地形影響較大，其形成環(huán)境與水利水電設(shè)施建設(shè)條件具有一定重合性，往往會(huì)對(duì)抽水蓄能電站建設(shè)及運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重威脅和風(fēng)險(xiǎn)［5］。庫區(qū)范圍內(nèi)泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和工程影響評(píng)價(jià)是抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘察的重要內(nèi)容之一，這些評(píng)價(jià)可以有效反映庫區(qū)溝谷泥石流的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)泥石流的預(yù)測(cè)和防治提供重要參考。

浙西某抽蓄電站下水庫庫區(qū)內(nèi)共發(fā)育4條潛在泥石流溝谷，一旦發(fā)生較大規(guī)模的泥石流地質(zhì)災(zāi)害，將直接影響下水庫各構(gòu)筑物安全及發(fā)電穩(wěn)定性。本研究基于浙西某抽水蓄能電站下水庫主溝泥石流發(fā)育特征，對(duì)其形成條件及危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析泥石流對(duì)抽蓄電站下水庫的影響。

1 泥石流形成條件分析

1.1 地形地貌情況

主溝調(diào)查區(qū)段總流域面積約為5.462 km2，調(diào)查區(qū)段溝道總長(zhǎng)約2.318 km，高差約110 m，兩側(cè)山坡較陡，溝底坡、洪積的滾石、漂（碎）礫石發(fā)育。流域地形總體上屬于構(gòu)造剝蝕低山地貌，溝岸兩側(cè)山坡坡度在20°～40°。主溝兩側(cè)植被覆蓋率較高（達(dá)90%以上），小部分面積屬于裸露地面，整體上土地穩(wěn)定狀態(tài)好，對(duì)巖體裸露風(fēng)化形成的松散破碎物有一定的阻礙作用，一定程度上減緩了泥石流的發(fā)生概率。

1.2 物源條件

下水庫泥石流發(fā)生的物源類型主要有兩大類：坡面堆積型物源和溝道堆積型物源。其中坡面堆積型物源總量約為19 016.6 m3，溝道堆積型物源總量約為1 414.9 m3。

1.3 水系分布情況

主溝常年流水，流域范圍內(nèi)多支溝和小型沖溝，沿主溝溝道兩側(cè)共發(fā)育有11條較大的一級(jí)支溝，受花崗斑巖地貌特征的影響，各支溝流域范圍都發(fā)育有小型沖溝。流域范圍內(nèi)的水網(wǎng)密度約為2.08 km/km2，徑流較大。

2 泥石流基本特征

2.1 泥石流堆積物情況

堆積物位于主溝溝道高程205 m處，主要為旁側(cè)山體的崩坡積物和河流的沖洪積物，平均厚度1.5 m，堆積體較松散，多為次棱角和次圓狀塊石，塊石含量為30%～40%。對(duì)主溝坡積物及溝內(nèi)堆積物進(jìn)行室內(nèi)顆粒分析試驗(yàn)可知，主溝堆積體礫粒含量最高，占比達(dá)93.26%～99.57%，砂粒所占比例次之，為0.42%～6.70%。粒度方面，礫石（20～200 cm）比例最大占比為89%，巨礫（gt;200 cm）占比為11%。

2.2 泥石流形成臨界條件與過程分析

泥石流形成的臨界條件包括臨界地形坡度條件、臨界土源條件和臨界降雨激發(fā)條件［6］。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查資料，主溝兩側(cè)岸坡坡度為15°～35°，溝床坡度為5°～18°，滿足泥石流發(fā)生地形坡度條件。主溝土源平均厚度為20～80 cm，主溝堆積體粉粒和黏粒含量較少，砂粒所占比例稍大，為0.42%～6.70%，其級(jí)配不利于泥石流的形成，主溝床堆積物松散土體厚度滿足泥石流啟動(dòng)臨界厚度。

3 泥石流運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)特征

3.1 泥石流容重分析

泥石流容重是決定泥石流性質(zhì)的重要參數(shù)，也是泥石流防治工程設(shè)計(jì)的必要參數(shù)［3］。常見的方法有規(guī)范查表法和經(jīng)驗(yàn)公式法。

3.1.1 規(guī)范查表法。按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（試行）（T/CAGHP 006—2018）附錄E填寫泥石流調(diào)查表，并按附錄I表I.1進(jìn)行泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分，并查表I.2得出主溝泥石流流體容重和泥砂修正系數(shù)，其容重[γc]為1.516 t/m3，泥砂修正系數(shù)φ為0.475。

3.1.2 經(jīng)驗(yàn)公式法。本研究依據(jù)中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所研究成果“黏粒與容重的關(guān)系”模擬計(jì)算泥石流容重。其經(jīng)驗(yàn)公式為式（1）。

[γc=-1.32×103x7-5.13×102x6+8.19×102x5-55x4+34.6x3-67x2+12.5x+1.55] （1）

式中：[γc]為泥石流容重，t/m3；[x]為泥石流中黏粒含量。

基于式（1），對(duì)泥石流堆積物開展黏粒含量試驗(yàn)，得到主溝泥石流的容重為1.551 t/m3。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，規(guī)范查表法與經(jīng)驗(yàn)公式法所確定的泥石流容重值有一定的偏差，出于安全角度考慮，最終容重[γc]取[γc]經(jīng)驗(yàn)公式法確定值1.551 t/m3。

3.1.3 不同頻率泥石流容重計(jì)算。泥石流的容重和性質(zhì)通常隨著泥石流規(guī)模的變化而變化，一般泥石流的規(guī)模大小與其容重呈線性關(guān)系。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，百年一遇泥石流的容重與其他頻率泥石流容重存在一定的關(guān)系，在確定某次泥石流的容重和頻率后，就可以計(jì)算其他頻率下泥石流的容重，計(jì)算公式為式（2）。

[γ'c=γc+0.122lnp'] （2）

式中：[γ'c]為不同頻率泥石流的容重，t/m3；[γc]為百年一遇泥石流容重，t/m3；[p']為暴發(fā)頻率系數(shù)；[p]為泥石流暴發(fā)周期（年）。

主溝泥石流綜合取值確定的容重為百年一遇泥石流容重值，對(duì)于大于百年一遇的泥石流，其容重參照百年一遇泥石流的數(shù)值。將其代入式（2）可計(jì)算主溝不同頻率泥石流的容重值，計(jì)算結(jié)果見表1。

3.1.4 泥石流中固體物質(zhì)重度計(jì)算。通過對(duì)主溝泥石流堆積區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)容重試驗(yàn)，得出主溝泥石流固體物質(zhì)平均容重為2.545 t/m3。

3.2 泥石流流速分析

泥石流流速是計(jì)算泥石流流量和沖擊力的基礎(chǔ)，也是分析泥石流沖淤變化的基本參數(shù)。主溝段泥石流流體容重為1.551 t/m3，屬于稀性泥石流。泥石流流速計(jì)算公式為式（3）。

[Vc=1γHφ+11nR23I12]" （3）

式中：[Vc]為泥石流斷面平均流速，m/s；[γH]為泥石流中固體物質(zhì)容重，t/m3；[φ]為泥石流重度修正系數(shù)；[1n]為泥石流清水溝床的糙率系數(shù)；[R]為水力半徑，m，一般可用平均水深H代替；[I]為泥石流水力坡度，‰，一般可用溝床縱坡代替。

其中，泥石流修正系數(shù)[φ]計(jì)算公式為式（4）。

[φ=（γc-γw）/（γH-γc）] （4）

式中：[γc]為百年一遇泥石流容重，t/m3；[γw]為清水的重度，t/m3；[γH]為泥石流中固體物質(zhì)重度，t/m3，取2.65 t/m3。水力半徑R由式（5）求得。

[R=W/P]" （5）

式中：[W]為過流截面面積；[P]為濕周。

在主溝溝道轉(zhuǎn)折處和支溝交匯處選取了12個(gè)斷面，各個(gè)斷面的泥石流流速計(jì)算結(jié)果見表2。

3.3 泥石流流量計(jì)算

泥石流流量計(jì)算實(shí)則計(jì)算泥石流的峰值流量，是水電站泥石流防治工程和研究的一個(gè)重要參數(shù)。目前，其計(jì)算方法多采用形態(tài)調(diào)查法和配方法。經(jīng)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)歷史泥石流泥痕，故采用配方法計(jì)算泥石流流量。

3.3.1 暴雨洪峰流量計(jì)算。依據(jù)四川省水利電力廳編《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》中小流域暴雨洪水流量的推理公式為式（6）。

Qw=0.278[ψ][stnF] （6）

其中：

[μ]=1-[ψtnsp] （7）

[τ]=3.6F-0.19 （8）

t=[0.278LmJ1/3Q1/4w] （9）

[m=0.221LJ1/3F1/4] （10）

式中：Qw為設(shè)計(jì)洪水峰值流量，m3/s；[ψ]為洪峰徑流系數(shù)；Sp為暴雨雨力，mm/h；n為暴雨指數(shù)；F為流域面積，km2；J為溝道平均坡度，‰；L為溝道長(zhǎng)度，km；τ為流域匯流時(shí)間，h；μ為入滲強(qiáng)度，mm/h；m為匯流參數(shù)。

3.3.2 泥石流流量計(jì)算。泥石流流量計(jì)算方法有很多，本研究對(duì)比不同專家學(xué)者計(jì)算方法后，按照雨洪修正法原理，泥石流流量計(jì)算公式為式（11）。

Qc=Qw（1+[φ]）Du （11）

式中：Qc為泥石流流量，m3/s ；Qw為設(shè)計(jì)洪水峰值流量，m3/s ；[φ]為泥石流修正系數(shù)；Du為泥石流堵塞系數(shù)。

根據(jù)泥石流歷時(shí)和最大流量以及泥石流暴漲暴落特點(diǎn)，由式（12）、式（13）可計(jì)算庫區(qū)主溝不同斷面在4種頻率下的一次泥石流流體總量及沖出固體物質(zhì)總量。

[Q=KTQc] （12）

[QH=Qγc-γw/γH-γw] （13）

式中：Q為一次泥石流流體總量，m3；K為取值系數(shù)，當(dāng)Flt;5 km2，K=0.202，當(dāng)F=5～10 km2，K= 0.113 0，當(dāng)F=10～100 km2，K=0.037 8，當(dāng)Fgt;100 km2，K=0.025 2；T為泥石流歷時(shí)，s；QH為一次泥石流固體物質(zhì)總量，m3。

4 泥石流易發(fā)程度判別及發(fā)展趨勢(shì)

本研究采用中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治工程行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（試行）（T/CAGHP 021—2018）及《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（試行）（T/CAGHP 006—2018）的判別系統(tǒng)進(jìn)行判別，泥石流易發(fā)程度為輕度易發(fā)。參照《中國(guó)泥石流》《泥石流防治指南》等進(jìn)行類型劃分，綜合分析主溝泥石流為溝谷降雨型極低頻大型稀性泥石流。

通過對(duì)主溝地形地貌、物源及水源條件分析可知，主溝泥石流發(fā)展階段為衰退期，發(fā)生大型泥石流的頻率低。從泥石流危害程度來看，主溝以形成區(qū)最為嚴(yán)重。通過前文分析可知，主溝溝段泥石流為輕度易發(fā)。各擬建建筑物和人工構(gòu)造物距離主溝和支溝泥石流發(fā)生處水平或垂直距離較遠(yuǎn)，無直接影響，故即使發(fā)生泥石流，其危害性也很低。綜合以上可知，主溝泥石流危險(xiǎn)區(qū)分布于上游物源區(qū)，位于主溝上游，對(duì)流域內(nèi)的建筑物和構(gòu)筑物危害性較小。

5 結(jié)論

①本研究對(duì)浙西某抽水蓄能電站下水庫主溝泥石流情況進(jìn)行了調(diào)查研究，通過對(duì)泥石流基本特征、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)等的分析，主溝泥石流屬輕度易發(fā)，綜合評(píng)價(jià)為溝谷降雨型極低頻大型稀性泥石流。

②從地形地貌、土源條件和水源條件分析，主溝泥石流發(fā)展階段為衰退期，發(fā)生大型泥石流的頻率低，從泥石流對(duì)工程影響的計(jì)算結(jié)果來看，發(fā)生泥石流時(shí)堵河的可能性極低，危害性小。

③通過泥石流對(duì)工程影響計(jì)算結(jié)果表明，主溝發(fā)生泥石流的可能性很低，治理措施以預(yù)防為主，建議在主溝流域內(nèi)建立泥石流預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括泥石流固體物源監(jiān)測(cè)、泥石流運(yùn)動(dòng)要素監(jiān)測(cè)和宏觀地質(zhì)巡查。

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