1、近壩泥石流對水電站工程影響的精細化評價方法初探以扯索溝泥石流對擬建某水電站（比選閘址）的影響評價為例摘要:泥石流作為一種不確定性極大的突發性山地災害，至今尚缺乏成熟可靠的定量化評價體系，其對工程的影響評價也很難達到精細化要求，但近壩泥石流作為水電站工程中的重大危險源，有時又需要將其對工程的具體影響盡量進行精細化評價，以獲得較為精確的評價結果，為工程的選址或樞紐布置等提供地質災害危險性評價方面的科學依據。本文依托擬建某水電站工程區泥石流災害影響評價專題研究，參閱大量文獻資料，以扯索溝泥石流對該工程比選閘址影響的精細化評價為例，介紹了近壩泥石流對水電站工程具體影響所需評價的主要內容，選用了適合溝域

2、泥石流發育特征的系列經驗公式及預測模型，對相應內容的精細化評價方法進行了初步探討，冀此分析思路與方法能對類似工程具有參考和借鑒意義。關鍵詞：近壩泥石流；水電站工程；影響評價；精細化評價；扯索溝1、前言水電站工程中近壩泥石流作為一個重大的危險源，對水電站工程的建設與運營都潛存多方面的不利影響。目前，泥石流對工程的影響評價，多采用較為成熟的泥石流危險性評價方法體系，該體系諸方法均基于多因子綜合評判模型，屬定性與半定量相結合的評價方法，其評價結果較為宏觀、初略，雖然能在整體上較好地反映出泥石流溝的災害危險性程度，但難以滿足諸如對工程具體部位的實際影響等精確性評價要求。泥石流作為一種不確定性極大的突發

3、性山地災害，至今尚缺乏成熟可靠的定量化評價體系，其對工程的影響評價也很難達到精細化要求，但近壩泥石流作為水電站工程中的重大危險源，有時則需要將其對工程的具體影響盡量進行精細化評價，以獲得較為精確的評價結果，為工程的選址或樞紐布置等提供地質災害危險性評價方面的科學依據。本文依托擬建某水電站工程區泥石流災害影響評價專題研究，參閱大量文獻資料，以扯索溝泥石流對該工程比選閘址影響的精細化評價為例，介紹了近壩泥石流對水電站工程具體影響所需評價的主要內容，選用了適合溝域泥石流發育特征的系列經驗公式及預測模型，對相應內容的精細化評價方法進行了初步探討。2、扯索溝泥石流及擬建水電站工程概況2.1擬建水電站工程

4、與扯索溝流域概況擬建某水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣境內，為大渡河干流的梯級電站。工程主要任務是發電，初擬正常蓄水位1246m，庫容約240萬m3，引水式開發裝機容量1170MW，電站樞紐建筑物由閘壩、引水隧洞、調壓井及地下廠房等組成。扯索溝屬于大渡河右岸一級支溝，位于擬建水電站（比選閘址）上游約800m。扯索溝流域在平面上呈狹長“樹葉狀”（圖1），主溝長7.41km，流域面積19.4km2，發源于2900m高程，在1235m高程匯入大渡河，平均縱坡降225.7。圖1扯索溝流域全貌該溝曾于1957年與2005年暴發過兩次規模較大的泥石流，均短暫堵塞大渡河，還于1961年暴發過一次規模相對

5、較小的泥石流；2005年泥石流經調查訪問及分析推導其泥石流總量2025萬m3，相應固體物質總量1114萬m3。鑒于扯索溝距比選閘址很近，而擬建電站規模大、庫容小，該溝潛存的大規模泥石流對其存在較大威脅，需在查明該溝泥石流發育特征的基礎上較為準確地評價泥石流對電站的具體影響，以便于為閘址比選提供地質災害危險性評價方面的科學依據。2.2扯索溝泥石流發育特征扯索溝是一條較為典型的溝谷型泥石流溝，其溝谷特征顯示它有明顯的物源區、流通區及堆積區，其物源區可提供大量松散固體物質，流通區具有良好的加速流通功能，堆積區規模較小，對流體中固體物質的截留停歇能力較差。據物源量調查統計，全流域松散固體物質總量約20

6、00萬m3，大多處于穩定狀態，能為全溝泥石流提供的潛在不穩定松散固體物質量約290萬m3；據近溝口堆積調查，新近泥石流的堆積區總體呈帶狀，長約1km，嵌于老堆積扇上游側，老堆積扇為第四紀以來該溝的泥石流與洪流混合堆積，溝床下切的橫斷面上顯示老扇體承接了該溝歷史上多次泥石流堆積。新、老泥石流的內疊式堆積顯示從較長歷史時期來看，該溝泥石流發展總體上呈現衰退趨勢，近代以暴發中低頻率泥石流為主，其地質災害危險性評價結果顯示，該溝泥石流易發、危險性中等偏大、危險度中等偏高。2.2扯索溝泥石流動力學特性通過雨洪法的配方試算，結合實測斷面的泥痕調查、泥石流過程的訪問調查及反演推算，對扯索溝泥石流的流速、峰值

7、流量和泥石流總量等動力學特性經系統分析、綜合比較，得出較為合理的取值結果（表1）。表1 扯索溝泥石流動力學特性計算結果簡表設計概率(%)105210.50.2設計流速(m/s)3.433.755.356.206.907.50峰值流量(m3/s)112.53174.61 388.02597.66845.741174.27泥石流總量(萬m3)3.708.3030.7356.8093.78148.80固體物質總量(萬m3)1.063.1017.0231.4651.9482.423、扯索溝泥石流對擬建水電站（比選閘址）影響的精細化評價扯索溝泥石流對擬建水電站（比選閘址）影響的精細化評價內容主要包括以下

8、三個方面：（1）定量化評價泥石流在沖出溝口后，固體物質入庫對水庫庫容的影響；（2）定量化評價泥石流對電站正常運營的影響；（3）定量化評價泥石流對電站施工期間的不利影響。3.1對水庫庫容影響的量化評價扯索溝溝口低于擬建電站正常蓄水位，沖出溝口的泥石流直接入庫，而其堆積區基本不被淹沒，對單次泥石流的固體物質有所截留，故其泥石流對水庫庫容的影響評價需在分析單次泥石流固體物質入庫量的基礎上進行。單次泥石流固體物質入庫量按下式計算：式中：某設計頻率下泥石流固體物質入庫量，m3；某設計頻率下泥石流固體物質總量，m3；某設計頻率下泥石流固體物質入庫系數。50年一遇設計頻率的可通過該溝2005年泥石流的近溝口

9、堆積特征調查和堵江過程分析反算加以確定，其它頻率進行理論分析結合經驗類比確定，之后可得出單次泥石流的固體物質入庫量（表2）。表2 各種設計頻率下扯索溝泥石流一次性入庫量設計概率（%）105210.50.2固體物質總量(萬m3)1.063.1017.0231.4651.9482.42入庫系數0.90.90.80.80.70.7入庫量(萬m3)0.952.7913.6225.1736.3657.69水庫運營按100年計，保守估計，期間發生10年一遇泥石流10次、20年一遇泥石流5次、50年一遇泥石流2次、100年一遇泥石流1次，據此可計算出水庫運營期間，泥石流固體物質的可能最大入庫總量（表3）。表

10、3 扯索溝泥石流固體物質可能最大入庫總量計算表設計概率（%）10521各頻率一次入庫量(萬m3)0.952.7913.6225.17可能遭遇次數10521各種頻率入庫總量(萬m3)9.513.9527.2425.17100年內泥石流入庫總量(萬m3)75.86計算結果表明，水庫運營期間（按100年計）理論上泥石流固體物質可能的最大入庫總量約76萬m3（最終淤積量則與工程運營方式及運營期限密切相關），鑒于水庫總庫容僅約240萬m3，該溝泥石流對其影響比較明顯。3.2對電站正常運營影響的量化評價泥石流對擬建電站正常運營的影響主要表現為可能存在的壅堵水庫及威脅樞紐建筑物問題，電站排砂、清淤問題次之。

11、電站蓄水后，溝口大渡河基本處于靜水狀態，扯索溝泥石流所攜帶大量固體物質絕大部分將迅速堆積于近溝口水庫中，會否形成對水庫的壅堵甚至對樞紐建筑物的直接威脅，從而嚴重影響到電站的正常運營，關鍵在于確定泥石流入庫后的堆積方式及堆積范圍，而這又需要以自然堆積寬度與自然淤積厚度的確定為基礎。根據扯索溝近溝口實際特征，首先采用經驗公式得到出溝口泥石流流體寬度范圍，再用該溝2005年泥石流的調查結果進行復核，確定合理取值，按沒有地形約束的條件考慮，泥石流的自然堆積寬度一般可取流體寬度的6倍，由此可推算扯索溝出溝口的泥石流自然堆積寬度（表4）。表4不同設計概率下扯索溝泥石流出溝口自然堆積寬度計算表設計概率（%）

12、105210.50.2峰值流量QC112.53174.61388.02597.66845.741174.27流體寬度范圍(m)15.931.819.839.629.659.136.773.343.687.251.4102.8選擇流體寬度 (m)26.533.0449.361.172.785.7堆積寬度(m)159.1198.21295.5366.7436.2514.0泥石流在水庫中的自然淤積厚度可按公式（泥石流屈服應力，h淤積厚度，溝床底坡，泥石流容重，水的容重）進行計算，根據對歷史泥石流典型淤積厚度的調查和測量，對比無庫水頂托淤積厚度計算公式進行推導反算，可求得扯索溝50年一遇泥石流入庫后的

13、自然淤積平均厚度約5.1m，其它頻率以此為依據按經驗取值，結果見表5。表5 扯索溝不同頻率泥石流入庫后的自然淤積厚度設計概率（%）105210.50.2自然淤積厚度（m）345.166.87.5根據各頻率泥石流入庫后的自然堆積寬度和自然淤積厚度，結合各頻率泥石流入庫量計算結果，對比溝口及庫底地形地貌，扯索溝10年與20年一遇的單次泥石流在水庫中堆積區域尚不能到達對岸，其堆積形式是自然停淤，而50年及以上一遇的單次泥石流則堆積至對岸，其堆積形式是在自然停淤的基礎上受迫停積。受迫停積會形成以對岸為喇叭口的喇叭狀堆積，受迫停積的堆積形式異常復雜，難以定量化評價，但總體而言其堆積寬度和堆積厚度均較自然

14、堆積寬度和自然淤積厚度有所增大，且堆積厚度不會無限制增大，按經驗結合其它工程類比，該處受迫堆積范圍平均堆積厚度可按自然淤積厚度的2.02.5倍進行控制，在50年、100年、200年與500年一遇狀況下受迫堆積范圍平均堆積厚度分別取10.011.0m、12.513.5m、15.016.0m與17.518.5m，而近溝口原始漫灘橫向按實際地形考慮，據此可以求得50年、100年、200年與500年一遇泥石流的最大堆積寬度分別約320350m、460490m、600640m、720760m（泥石流溝口堆積范圍與水工建筑物位置關系見圖2）。圖2 扯索溝泥石流出溝口堆積范圍與水工建筑物位置關系圖分析結果表

15、明，電站正常運營時，扯索溝泥石流不會直接危及樞紐建筑物。擬建電站多年沖淤平衡高程在扯索溝溝口段約為1230m，在不考慮其它特殊條件影響的情況下，扯索溝50年一遇單次泥石流在庫中平均堆積高程約12401241m，100年一遇單次泥石流在庫中平均堆積高程約1242.51243.5m，對水庫會產生一定程度的淤塞；200年一遇的單次泥石流在庫中平均堆積高程約12451246m，接近于正常蓄水位，500年一遇的單次泥石流在庫中平均堆積高程達1248m，高于正常蓄水位，會形成對水庫的堵斷，從而威脅到電站的正常運營。3.3對電站施工期間不利影響的量化評價采用劉希林唐川一次泥石流危險范圍預測模型：A=0.50

16、63L2L=8.71(VGRc/lnRc)1/3d=0.017 VRc/（G2lnRc）1/3 式中：A一次泥石流危險范圍（m2），L一次泥石流最大堆積長度（m），d一次泥石流最大堆積厚度（m），V一次松散固體物質（可能）最大補給量，G堆積區縱坡，Rc泥石流（可能）最大容重。可得天然狀況下扯索溝泥石流進入大渡河后的危險范圍（表6），鑒于擬建電站導流明渠進水口軸線與上游圍堰軸線距扯索溝溝口分別約420m與615m，可初步認為20年及以下一遇泥石流基本不對臨時擋水建筑物構成直接威脅。表6 天然狀況下扯索溝泥石流入河后危險范圍計算結果表設計概率（%）105210.50.2范圍A(m2)8231.31

17、5582.644667.967276.293977.4127852.9厚度d（m）3.14.37.28.910.512.3長度L（m）127.5175.4297.0364.5430.8502.5通過歷史泥石流的調查，結合動力學特性綜合分析，判斷扯索溝10年和20年一遇泥石流在汛期堵塞大渡河的可能性甚微，而50年及以上一遇的泥石流堵江可能性很大（歷史上已知兩次50年一遇的泥石流都曾短暫堵塞大渡河）。工程施工期間若遇扯索溝暴發20年及以下一遇泥石流，不會造成大渡河的暫時性堵斷，也不對臨時擋水建筑物構成直接威脅，但存在著對現場施工安全的威脅；工程施工期間若遇扯索溝暴發50年與100年一遇的較大規模泥

18、石流，雖然對臨時擋水建筑物的直接威脅不大，但大渡河暫時性堵斷的可能性很大，堵塞后的潰決對工程的不利影響比較明顯；鑒于施工期的導流建筑物擬采用20年一遇設計洪水標準，而泥石流的暴發具有極大的不確定性，因此施工期還是需要對該溝加強巡視并制訂相應的應急預案。4、結語近壩泥石流對水電站工程影響的精細化評價，需要在闡明溝域泥石流發育特征的基礎上，選用符合相應發育特征的相關經驗公式及預測模型，并用歷史泥石流的調查成果進行復核驗證，方能在定性化與定量化的綜合評價中得到較為準確的評價結果，從而為電站的選址、樞紐布置及災害防治等提供可靠依據。近壩泥石流對水電站工程影響的精細化評價內容因工程而異，但主要集中在對水

19、庫庫容影響的量化評價、對電站正常運營影響的量化評價與對電站施工期間不利影響的量化評價三大方面。對水庫庫容影響的量化評價一般宜在分析不同頻率下單次泥石流固體物質入庫量的基礎上進行，理論上可以按運營期限進行異頻疊加推求可能的最大入庫總量，從而為低壩（閘）小庫工程沖淤問題提供參考依據；對電站正常運營影響的量化評價關鍵在于確定泥石流入庫后的堆積方式及堆積范圍，然后是看能否直接危及樞紐建筑物或形成低壩（閘）庫內的淤塞甚或堵斷，從而為制訂工程運營期間防災預案提供可靠依據；對施工期間不利影響的量化評價關鍵在于確定天然狀況下的堵江可能性及潰決危險性，進而分析不同頻率下泥石流對臨時擋水建筑物及現場施工安全威脅程度，從而為施工期防災設計及防災預案制訂提供可靠依據。由于面向對象特性的泥石流影響量化評價體系尚不完善，部分評價方法尚不成熟，類似近壩泥石流對水電站工程影響的精細化評價體系尚無相關文獻提及，本文屬嘗試性探索，其分析思路不免有局限性，評價體系不免欠成熟、完善，但冀此分析思路與評價方法能對類似工程具有參考