泥石流沖溝型棄渣場防護(hù)方案研究—以金沙水電站石家溝棄渣場為例

黃 斌 馬 力 劉 暉

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司 湖北武漢 430010）

泥石流沖溝型棄渣場防護(hù)方案研究—以金沙水電站石家溝棄渣場為例

黃 斌 馬 力 劉 暉

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司 湖北武漢 430010）

在泥石流沖溝內(nèi)布置棄渣場，堆渣將不可避免的占壓泥石流的行洪通道，若不采取措施，可能會對棄渣場上游泥石流沖溝的安全運(yùn)行造成影響，進(jìn)而危及周邊人員、居民房屋和設(shè)施的安全；同時，沖溝內(nèi)堆填的棄渣，若不加以妥善防護(hù)，堆渣可能崩塌、滑落，從而形成新的泥石流物源，可能會對棄渣場下游的泥石流沖溝的安全運(yùn)行造成影響，并對周邊居民和設(shè)施的安全造成威脅。本文以金沙水電站石家溝棄渣場為例，對泥石流沖溝型棄渣場防護(hù)方案進(jìn)行研究。

水電工程 泥石流 沖溝型棄渣場 石家溝棄渣場 金沙水電站

前言

水利水電工程施工過程中，為減少棄渣運(yùn)距以節(jié)省工程投資，同時考慮避免棄渣對周邊居民房屋、人員設(shè)施等可能帶來的巨大壓力，經(jīng)綜合比選，施工過程中只能將棄渣場布置于泥石流沖溝內(nèi)。泥石流沖溝本身具有極大的危害性，在泥石流沖溝內(nèi)棄渣，往往形成不穩(wěn)定體和潛在不穩(wěn)定體，甚至成為泥石流的重要補(bǔ)充來源，若不加以防治或防治不當(dāng)，將極可能產(chǎn)生更大的危害。

泥石流沖溝型棄渣場的潛在危害較大，防治經(jīng)驗較為欠缺。如何安全順暢的排導(dǎo)沖溝內(nèi)泥石流，又能有效防護(hù)棄渣，是泥石流沖溝型棄渣場防護(hù)中必須面對和急需解決的問題。本文以金沙水電站石家溝棄渣場為例，通過泥石流排導(dǎo)和棄渣場攔擋、防護(hù)相結(jié)合，工程與植物措施相協(xié)調(diào)，形成完整的棄渣場防護(hù)方案。

1 概述

1.1 項目概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，地處四川省攀枝花市西區(qū)，上距觀音巖水電站壩址28.9km，下距攀枝花水文站和銀江水電站分別約11km和21km,開發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，兼有供水、改善城市水域景觀和取水條件、對觀音巖水電站反調(diào)節(jié)作用等，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。金沙水電站正常蓄水位1022m，裝機(jī)容量560MW，，多年平均發(fā)電量為25.07億kW·h。工程建設(shè)總工期72個月。

金沙水電站樞紐工程開挖總量936.93萬m3（自然方，下同），填筑總量441.94萬m3，利用自身開挖量303.98萬m3，經(jīng)土石方平衡后永久棄渣為625.12萬m3，全部棄于石家溝棄渣場。

1.2 流域概況23

石家溝流域隸屬于四川省攀枝花市西區(qū)，流域內(nèi)分布有攀鋼三小區(qū)、新莊三社、清香坪污水處理廠等，均位于沖溝北側(cè)；其中攀鋼三小區(qū)緊鄰沖溝中段，交通便利。

石家溝流域面積0.9246km2，主溝直線長度1.868km，主溝曲線長度2.282km，主溝床彎曲系數(shù)1.222，流域最大相對高差750m，主溝平均比降40.1%。整個流域溝谷總長度5.566km，流域切割密度為6.02km/km2。石家溝從上游到下游發(fā)育10條支溝，其中左側(cè)8條，右側(cè)2條。

石家溝流域位于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性評價分區(qū)的穩(wěn)定性較差區(qū)。區(qū)域場地的地震基本烈度為Ⅶ度，壩址50年超越概率為10%的基巖水平峰值加速度值為120cm/s2（0.122g）。

石家溝流域附近的攀枝花氣象站多年平均氣溫20.8℃，多年平均降雨量853.4mm，多年平均蒸發(fā)量為2596mm，歷年實測年最大風(fēng)速為17.7m/s（2001年7月20日）。

2 泥石流性質(zhì)、活動特征及治理現(xiàn)狀

2.1 泥石流活動歷史

據(jù)調(diào)查，清香坪攀鋼三小區(qū)后山泥石流在每年雨季皆有不同程度的發(fā)生，一年一次或多次，特別是近些年來發(fā)生頻率和規(guī)模都有加劇趨勢，2007年發(fā)生了兩次較大規(guī)模的泥石流。其中，2007年7月10日凌晨發(fā)生的泥石流，沖毀平房一間，沖走車輛一輛，未發(fā)生人員傷亡情況，當(dāng)?shù)毓?0多戶居民、200多人的安全受到嚴(yán)重威脅，直接經(jīng)濟(jì)損失約450萬元。

2.2 泥石流性質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及研究分析，石家溝泥石流物質(zhì)組成中粉砂、粘粒含量較少，多為＞2mm各級粒度，很不均勻；流體屬性多為牛頓體，無粘性；泥石流重度為1.752t/m3。經(jīng)綜合分析，該泥石流為水石型稀性泥石流。泥石流中固體物質(zhì)比重2.4t/m3，水力半徑3.5m，水力坡度40.1%，1%頻率下泥石流洪峰流量為121.34m3/s，采用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）西南地區(qū)（鐵二院）公式計算，泥石流平均流速為11.13m/s。

2.3 泥石流的活動特征

（1） 泥石流物源

泥石流物源主要包括形成區(qū)內(nèi)溝源處的崩坡積體（主溝溝壁附近較陡坡面）和早期泥石流在流通區(qū)寬緩地段形成的泥石流堆積體，物源中不穩(wěn)定體和潛在不穩(wěn)定體總體積約11.21萬m3；人工開辟菜園、果園，易造成水土流失，流失的水土為潛在泥石流的物源；流通區(qū)布置的棄渣場棄渣若不加以防護(hù)，也將成為泥石流的主要物源。

（2） 泥石流危害

主要包括兩個方面：一是危及砂石料加工系統(tǒng)、麗攀高速隧洞進(jìn)口和清香坪污水處理廠、居民房屋、魚池等的安全；二是對石家溝棄渣場的危害。

經(jīng)計算，1%頻率下泥石流溝一次泥石流總量10.85萬m3。

（3） 泥石流活動頻率為中等

經(jīng)綜合分析，石家溝泥石流處于青壯年期，泥石流所在區(qū)域為易活動區(qū)，泥石流活動強(qiáng)度為強(qiáng)，屬中等。

（4） 泥石流的激發(fā)因素

石家溝流域降雨集中在每年的6～9月，占全年雨量的65%以上，且易出現(xiàn)大、暴雨等強(qiáng)降雨；由于流域內(nèi)高差大，降雨量分布不均，降雨量隨海拔的增高而增大；上游降雨后，坡面及溝道匯流迅速，為中下游泥石流的形成提供了強(qiáng)勁的水動力條件。

2.4 棄渣場以上石家溝泥石流治理工程現(xiàn)狀

2012年6月，攀枝花市西區(qū)國土局對攀鋼三小區(qū)石家溝棄渣場以上溝段采取了應(yīng)急工程進(jìn)行治理，工程措施主要包括1#、2#谷坊壩、護(hù)堤、護(hù)底等。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，治理工程結(jié)束后一年來，石家溝泥石流未大規(guī)模爆發(fā)，沖出量較小。兩級谷坊壩壩前基本為空庫，未見明顯淤積，泄水口未見堵塞現(xiàn)象，2#谷坊壩壩后護(hù)堤、護(hù)底段基本無泥石流沖出物。

3 渣場防護(hù)措施布局

3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

石家溝棄渣場的堆渣容量810萬m3，為特大型棄渣場，且其危害對象主要包括下游砂石料加工系統(tǒng)、麗攀高速隧洞進(jìn)口和清香坪污水處理廠、居民房屋、魚池等，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)取上限為100年一遇；泥石流排導(dǎo)工程既排除棄渣場上游石家溝泥石流，又兼作石家溝棄渣場左側(cè)周邊排水通道，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，其建筑物級別為3級；攔擋工程為棄渣場主要建筑物，其建筑物級別為3級；攀鋼社區(qū)雨水引排工程既排除攀鋼三小區(qū)G3、G4出水口雨水，又兼作棄渣場周邊截排水溝，相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，其建筑物級別為5級；截排水工程主要排除渣體表面匯水，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，周邊截水溝防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇；邊坡防護(hù)工程級別為Ⅱ級。

3.2 渣場防護(hù)措施布局

石家溝棄渣場防護(hù)體系由工程措施、植物措施和臨時措施組成。主要由以下八部分組成：

（1）泥石流排導(dǎo)工程：對石家溝下游泥石流流通區(qū)采取疏導(dǎo)為主、保證流路通暢為防治要點，進(jìn)行有效排導(dǎo)靠近社區(qū)段和渣場區(qū)的山洪和泥石流，既避免山洪泥石流沖擊渣體誘發(fā)渣體失穩(wěn)，又避免堆渣導(dǎo)致上游社區(qū)段演變成泥石流沉積區(qū)。

（2） 攔擋工程：對渣場坡腳布置攔渣壩，避免堆渣過程中渣體向下滑落，包括埋石混凝土壩和碾壓堆石壩。

（3） 攀鋼社區(qū)雨水引排工程：有效引排攀鋼三小區(qū)雨水，既避免棄渣造成社區(qū)漬害，又防止社區(qū)雨水浸滿誘發(fā)渣體失穩(wěn)。

（4）渣底溝道處理工程：表土剝離后，采取拋石等對堆渣區(qū)天然溝道進(jìn)行處理。

（5） 堆渣邊坡防護(hù)及截排水工程：包括渣體分級和平整、網(wǎng)格護(hù)坡、渣頂、馬道、坡面排水及周邊截水等。

（6） 清表及表土臨時堆場防護(hù)工程：包括表土剝離、鋼筋石籠攔擋、排水措施、臨時撒播草籽、土地平整、覆土及植被恢復(fù)等。

（7） 施工臨時輔助工程：包括棄渣場內(nèi)道路、堆渣期間臨時截排水等。

（8） 植被恢復(fù)與建設(shè)工程：包括堆渣坡面網(wǎng)格內(nèi)灌草結(jié)合護(hù)坡、堆渣頂面喬灌草結(jié)合恢復(fù)植被等。

4 結(jié)語

本文以金沙水電站石家溝棄渣場為例，在分析泥石流性質(zhì)、活動特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合棄渣場周邊地形、地質(zhì)條件和棄渣場堆存形貌，采取有針對性的防護(hù)方案，按照“先攔后棄、以排為主，工程、植物、臨時措施相結(jié)合”的原則，有效地將泥石流排導(dǎo)和棄渣場坡面防護(hù)、周邊截排水相結(jié)合，形成完備的泥石流沖溝型棄渣場防護(hù)體系，可以為其他泥石流沖溝型棄渣場的防護(hù)方案及措施設(shè)計提供借鑒。

1. 任金明 王永明 夏威夷 汪大為．西部水利水電工程攔溝型棄渣場泥石流的危害及防護(hù)．水利規(guī)劃與設(shè)計 2013（6）：34～38．

2. 朱穎彥 崔鵬 鐘倫敦等．西攀高速公路泥石流防治與對策．防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報 2005 25（4）：419～425．

3. 王澤榮 劉彬．蘇家溝泥石流形成原因及防治措施．四川水利 2012（1）：54～55．

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.024

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1672-2469（2014）11-0073-03

23作者簡介：黃 斌（1981年—），男，工程師。