長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流的治理工程效果評估與減災(zāi)策略
——以金沙江白鶴灘水電站為例

胡桂勝, 陳寧生, 趙春瑤, 李 俊, 蘇 立

(1.中國科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610041; 2.成都理工大學(xué), 四川 成都 610059； 3.三峽集團(tuán) 工程建設(shè)管理局, 四川 成都 610023)

長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流的治理工程效果評估與減災(zāi)策略
——以金沙江白鶴灘水電站為例

胡桂勝1, 陳寧生1, 趙春瑤2, 李 俊1, 蘇 立3

(1.中國科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610041; 2.成都理工大學(xué), 四川 成都 610059； 3.三峽集團(tuán) 工程建設(shè)管理局, 四川 成都 610023)

[目的] 評估災(zāi)害性泥石流嚴(yán)重的長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流災(zāi)害治理工程效果，為長江上游同類水電站的泥石流防災(zāi)減災(zāi)與治理效果評估研究提供思路。[方法] 選擇金沙江白鶴灘水電站施工區(qū)的矮子溝和大寨溝泥石流治理工程為案例，通過2013—2015年連續(xù)3 a的現(xiàn)場跟蹤調(diào)查分析，結(jié)合模型計(jì)算對矮子溝和大寨溝泥石流峰值流量過程進(jìn)行計(jì)算，分別評估2014和2015年矮子溝、大寨溝泥石流治理工程效果，并進(jìn)行泥石流危險(xiǎn)性評價。[結(jié)果] 基于長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流災(zāi)害特點(diǎn)，提出了長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流治理工程效果評估模式，并提出了基于風(fēng)險(xiǎn)控制的水電工程泥石流“以排為主，適當(dāng)攔擋”治理模式與減災(zāi)策略。[結(jié)論] 矮子溝、大寨溝現(xiàn)有的泥石流防治措施在滿庫的狀態(tài)下能夠滿足500年一遇泥石流過流的要求，泥石流危險(xiǎn)性小。

長江上游； 梯級水電站； 泥石流工程； 效果評估； 減災(zāi)策略

文獻(xiàn)參數(shù)： 胡桂勝, 陳寧生, 趙春瑤, 等.長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流的治理工程效果評估與減災(zāi)策略[J].水土保持通報(bào)，2017,37(1)：241-247.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.043; Hu Guisheng, Chen Ningsheng, Zhao Chunyao, et al. Effectiveness evaluation of debris flow control and mitigation strategies for cascade hydropower stations in Upper Yangtze River, China[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：241-247.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.043

長江干流在湖北宜昌以上稱為上游，長4 500 km，占全江長度的71%，流域面積1.01×106km2，占總面積的55.8%[1]。該區(qū)域目前是中國水電開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，集中了以烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩6個巨型電站為代表的一系列大型水電站(包括在建的水電站)，總裝機(jī)容量超過7.00×107kW[2]。由于長江上游地區(qū)地形高差大，地震頻繁，夏季降水集中，造成該區(qū)域水電工程無論是在建設(shè)期還是運(yùn)營期都一直受到泥石流等山地災(zāi)害的嚴(yán)重影響，群死群傷事件時有發(fā)生，如2009年7月23日，甘孜州一水電站施工區(qū)暴發(fā)泥石流災(zāi)害，導(dǎo)致54人死亡失蹤；2012年8月29日18時至30日，涼山州一水電站施工區(qū)內(nèi)外暴發(fā)泥石流災(zāi)害，致使11人死亡，13人失蹤；2012年6月28日，白鶴灘在建水電站壩址近場區(qū)9條溝暴發(fā)了泥石流，其中矮子溝發(fā)生了特大型泥石流，導(dǎo)致41人死亡和失蹤[3]；2012年8月30日，錦屏水電站暴發(fā)泥石流災(zāi)害，導(dǎo)致10人死亡失蹤。該區(qū)域已查明的泥石流溝約有7 290條，成為中國災(zāi)害性泥石流最為頻繁的地區(qū)，中國泥石流災(zāi)害50%以上發(fā)生在該區(qū)域[1]。目前，長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)部分水電站為避免和減輕泥石流災(zāi)害對水電站工程建設(shè)和運(yùn)營安全的威脅，保障水電站及轄區(qū)內(nèi)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，有針對性地實(shí)施一些泥石流治理工程。但縱觀國內(nèi)外泥石流災(zāi)害事件[4-7]，有一部分泥石流溝谷已經(jīng)實(shí)施了治理工程，如綿竹縣文家溝、舟曲三眼峪、龍池鎮(zhèn)八一溝等，但是治理工程沒能抵御住泥石流的破壞，造成了嚴(yán)重的危害和損失[8]。為此，進(jìn)行長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)的泥石流治理工程效果評估尤為重要。治理工程效果后評估是泥石流災(zāi)害防治工作中的重要環(huán)節(jié)，一方面可用以檢驗(yàn)治理工程質(zhì)量、機(jī)理認(rèn)識及方案選取合理性等，另一方面可以為后續(xù)泥石流災(zāi)害治理提供借鑒[9]。泥石流峰值流量是泥石流防治工程和研究的一個極為重要參數(shù)。

白鶴灘水電站壩址施工區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，極端氣候突出，河流水系發(fā)達(dá)，大多數(shù)溝道在地質(zhì)歷史上都曾發(fā)生過泥石流，部分溝道在近期泥石流活動依舊十分活躍，頻繁的泥石流災(zāi)害對當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并制約著水電站的建設(shè)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[10]。

本文擬以金沙江白鶴灘水電站為例，基于2013—2015年的現(xiàn)場跟蹤調(diào)查分析與模型計(jì)算數(shù)據(jù)，對該水電站泥石流治理工程效果進(jìn)行評估，并基于泥石流風(fēng)險(xiǎn)控制提出針對性的泥石流減災(zāi)策略。在矮子溝和大寨溝泥石流現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，計(jì)算分析泥石流攔擋工程修建后不同頻率下的泥石流再次發(fā)生時，空庫、半庫和滿庫工況下，泥石流洪峰流量變化過程及危險(xiǎn)性，以期對白鶴灘水電站施工區(qū)矮子溝和大寨溝泥石流防治工程效益做出正確、合理的評價，并進(jìn)一步提出后續(xù)的減災(zāi)策略，服務(wù)于白鶴灘水電站施工建設(shè)，也為長江上游其它水電站的泥石流防災(zāi)減災(zāi)與治理效果后評估研究提供思路，奠定深入研究該區(qū)域泥石流減災(zāi)工作的基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置與地形地貌

白鶴灘水電站位于云南省巧家縣大寨鄉(xiāng)與四川省涼山彝族自治州寧南縣白鶴灘交界的白鶴灘，上游與烏東德梯級電站相接，下游尾水與溪洛渡梯級電站相連，是金沙江下游(雅礱江口—宜賓)河段烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4個梯級開發(fā)的第二級，建成后將僅次于三峽水電站成為中國第2大水電站。矮子溝地處四川省涼山彝族自治州寧南縣東北部，為金沙江左岸的一條支流，地跨白鶴灘鎮(zhèn)、倮格鄉(xiāng)及跑馬鄉(xiāng)。大寨溝位于云南省巧家縣境的西北隅，為金沙江干流段東岸的一級支流，其溝口位于擬建白鶴灘水電站中壩址的右壩肩。矮子溝和大寨溝地形地貌基本特征見表1。

1.2 氣象與水文

研究區(qū)地處中亞熱帶，屬西南季風(fēng)氣候區(qū)，干濕季節(jié)分明。區(qū)域多年平均降水量為715.9 mm，最大24 h降水量為95.9 mm，最大1 h降雨量為30.5 mm。區(qū)域內(nèi)降水年內(nèi)分配不均，5—10月為雨季，降雨充沛，降雨量占全年的85%以上，11月至次年4月為旱季，降水稀少，氣候溫暖干燥。區(qū)域多年平均蒸發(fā)量為2 306.7 mm；多年平均氣溫為21.7 ℃，歷年最高氣溫為42.2 ℃，歷年最低氣溫為2.1 ℃。多年平均風(fēng)速為2.1 m/s，最大風(fēng)速為13 m/s。白鶴灘水電站壩址處控制流域面積430 308 km2，多年平均流量4 110 m3/s，實(shí)測歷年最大洪峰流量為25 800 m3/s(1966年)，歷年最小洪峰流量為8 570 m3/s(1967年)。水庫正常蓄水位825 m，總庫容2.06×1010m3，調(diào)節(jié)庫容1.04×1010m3，防洪庫容5.84×109m3。

表1 白鶴灘水電站流域地形地貌特征

1.3 地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育，主要地質(zhì)構(gòu)造有六鐵鄉(xiāng)向斜、騎騾溝背斜、跑馬斷裂、回龍塆斷裂、東坪斷層、小田壩斷層。

發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造不但對流域內(nèi)地貌格局的形成、不良地質(zhì)現(xiàn)象的產(chǎn)生(滑坡、崩塌)起控制作用，而且為區(qū)內(nèi)泥石流的形成和發(fā)展提供了大量的物源。研究區(qū)出露的地層較為齊全，除了缺失古生界的石炭和中生界的侏羅系。從老到新出露地層為：震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、三疊系、白堊系及第四系地層。不同年代地層的巖性主要有玄武巖、白云巖、灰?guī)r、砂巖、泥巖等。

區(qū)域內(nèi)主要的地震構(gòu)造帶有鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶、則木河斷裂帶、小江斷裂帶。根據(jù)歷史資料記載，這些斷裂帶上曾發(fā)生了多次7級及以上地震。施工區(qū)范圍內(nèi)斷裂活動較弱，除四開—交際河斷裂帶可能引發(fā)6級左右地震外，總體地震潛能不大。地震對白鶴灘水電站工程的影響未來仍將主要來自區(qū)域西側(cè)的則木河斷裂帶和小江斷裂帶。

2 白鶴灘水電站泥石流治理工程效果評估

2.1 已建泥石流治理工程概況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，2014年矮子溝泥石流治理工程有3級攔擋壩、2個排水隧洞；2015年矮子溝修建了沉砂池和排導(dǎo)槽(表2)。2014年大寨溝泥石流治理工程有4級重力式攔擋壩，排水隧洞；2015年修建了排導(dǎo)槽(表2)。

表2 白鶴灘水電站已建泥石流治理工程與計(jì)算工況

2.2 治理效果評估計(jì)算工況與標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)2014年現(xiàn)場調(diào)查，矮子溝、大寨溝所修建攔擋壩均屬于空庫狀態(tài)，設(shè)為計(jì)算工況1。根據(jù)2015年現(xiàn)場勘查，矮子溝1級攔擋壩淤積深度已超過溢流頂部排水孔，因此矮子溝1級攔擋壩只計(jì)算評估滿庫工況下泥石流洪峰流量。2級格柵壩前和3級格柵壩壩前淤積泥沙量較小(接近一半庫容)，因此2級格柵壩和3級格柵壩計(jì)算評估半庫工況下泥石流洪峰流量變化，此工況設(shè)為工況3。2015年大寨溝的2，3，4級攔擋壩以及潛水壩都已淤積滿庫，1級攔擋壩淤滿半庫，此工況設(shè)為工況4。矮子溝和大寨溝所有攔擋工程滿庫狀態(tài)，設(shè)為計(jì)算工況2，所有計(jì)算工況詳見表2。

由于2014年矮子溝的沉砂池和排導(dǎo)槽、大寨溝的排導(dǎo)槽未完工，因此按照攔擋工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，2014年的防治工程效果評估標(biāo)準(zhǔn)只考慮了100年一遇的泥石流。2015年矮子溝的沉砂池和排導(dǎo)槽、大寨溝的排導(dǎo)槽投入運(yùn)行并考慮其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此將2015年的防治工程效果評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提升，考慮了500年一遇的泥石流。

2.3 泥石流峰值流量過程評估的計(jì)算方法

2.3.1 泥石流峰值流量計(jì)算方法 雨洪法[11](公式2)是目前泥石流洪峰流量計(jì)算的基本方法，其計(jì)算步驟是先按水文方法計(jì)算出不同頻率下小流域的暴雨洪峰流量，然后考慮溝道的堵塞情況[11]泥石流流量配方法，選用堵塞系數(shù)，按下式計(jì)算泥石流洪峰流量。

Qc=(1+φ)QP·Dc

(1)

式中：Qc——頻率為P的泥石流峰值流量(m3/s);φ——泥石流泥沙修正系數(shù)；QP——頻率為P的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量(m3/s)；Dc——泥石流堵塞系數(shù)，其取值可查表。下同。

(2)

式中：ψ=f(μ,τn)；τn=f(m,s,J,L)

式中：ψ——洪峰徑流系數(shù)；s——暴雨雨力(mm/h)；n——暴雨指數(shù)；F——流域面積(km2)；L——溝道長度(km)；τ——流域匯流時間(h)；μ——入滲強(qiáng)度(mm/h)；m——匯流參數(shù)。下同。

φ=(γc-γw)/(γs-γc)

(3)

式中:γc——泥石流重度(g/cm3)；γw——清水的重度(g/cm3)；γs——泥石流中固體物質(zhì)比重(g/cm3)。

2.3.2 重力式攔擋壩削峰計(jì)算方法 針對重力式攔砂壩的壩后泥石流洪峰流量的計(jì)算，賈世濤[12]等通過室內(nèi)水槽模型試驗(yàn)，改變泥石流容重、一次過程體積總量和模型壩的開孔率等控制參數(shù)，得出泥石流性能在過壩前、后的變化規(guī)律，提出壩體削峰后泥石流洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)公式：一次泥石流固體物質(zhì)總量與過壩前、過壩后泥石流流量比值關(guān)系：

Y=0.036X+0.581 (壩體開孔率為3%)

(4)

Y=0.030X+0.607 (壩體開孔率為5%)

(5)

Y=0.022X+0.720 (壩體開孔率為6%)

(6)

式中：Y——過壩前與過壩后泥石流峰值流量比值；X——過壩前一次泥石流固體物質(zhì)總量(104m3)。

2.3.3 格柵壩削峰計(jì)算方法 針對格柵壩的壩后泥石流洪峰流量的計(jì)算，連惠邦等[13]通過渠槽定性試驗(yàn)，探討了格柵壩對泥石流的防治效果，并按照渡邊正幸所提出的4個基本機(jī)能進(jìn)行分析，結(jié)果證實(shí)了透過性攔砂壩確有防治泥石流的功能，并得到2個結(jié)論：

(1) 格柵壩狹縫間距b的設(shè)計(jì)，若符b/Dmax≤1.7的條件，則壩體具有顯著攔砂功效；

(2)b/Dmax≤2.0，則格柵壩可將泥石流集體流動型態(tài)轉(zhuǎn)變成一般泥砂流動狀態(tài)，且隨b/Dmax值的減小，其分離泥石流中粗礫石的功效越顯著，因格柵壩前堆積了石塊，減少了格柵壩削峰能力，提出了經(jīng)驗(yàn)公式及其修正公式：

經(jīng)驗(yàn)公式：

(7)

修正公式：

(8)

2.3.4 經(jīng)驗(yàn)分析方法 由于上述計(jì)算方法(2),(3)中只考慮了空庫和半庫狀態(tài)，而且目前沒有較為通用的泥石流攔擋工程滿庫工況下泥石流峰值流量削峰率的計(jì)算公式，陳寧生等[14]通過統(tǒng)計(jì)西南山區(qū)26條泥石流溝攔擋工程(重力壩112座，格柵壩12座)，得出西南山區(qū)已建泥石流攔擋工程滿庫工況下的泥石流峰值流量削峰率約為10%。

2.4 矮子溝泥石流治理工程效果評估

2.4.1 泥石流洪峰流量變化過程計(jì)算與分析 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與計(jì)算的矮子溝泥石流的運(yùn)動參數(shù)，分別在2014年實(shí)際庫容(工況1)、假設(shè)庫容(工況2)和2015年實(shí)際庫容(工況3)3種工況下，假設(shè)不同頻率下矮子溝泥石流再次發(fā)生時(頻率P為1%，2%，5%，10%，20%，50%)，考慮壩間匯流，計(jì)算各攔擋壩過壩前、過壩后泥石流洪峰流量的變化過程，計(jì)算結(jié)果見表3。

2.4.2 矮子溝泥石流治理工程效益評價

(1) 2014年矮子溝泥石流治理工程效益評價。矮子溝在其溝口處建有高位和低位兩個排水隧洞，實(shí)地測量其過流斷面面積分別為12，15 m2，現(xiàn)場斷面調(diào)查得到其泥石流流速為7.0 m/s，因此其排水隧洞過流能力189 m3/s。由表3可以看出，在空庫狀態(tài)下(工況1)，其治理工程基本能夠滿足50年一遇的泥石流過流要求，泥石流危險(xiǎn)性較低；在滿庫狀態(tài)下(工況2)，其治理工程基本能夠滿足2年一遇的泥石流過流要求，其泥石流危險(xiǎn)性極高。

(2) 2015年矮子溝泥石流治理工程效益評價。矮子溝在溝口增建沉砂池和排導(dǎo)槽，實(shí)地測量沉砂池容量9.0×105m3(200 m×150 m×30 m)。其中當(dāng)沉砂池裝滿5.1×105m3的松散固體物質(zhì)，并且泥石流高度達(dá)17 m時，泥石流將從溝道右岸的排導(dǎo)槽排出；矮子溝溝口排導(dǎo)槽過流斷面面積分別為100 m2，過流能力為700 m3/s。由表3可以看出，在半庫狀態(tài)下(工況3)，其治理工程可以滿足100年一遇的泥石流過流要求；在滿庫狀態(tài)下(工況2)，即使沉砂池淤滿，其治理工程仍然基本滿足100年一遇的泥石流過流要求，泥石流危險(xiǎn)性低。

表3 矮子溝泥石流洪峰流量變化過程 m3/s

以上評價結(jié)果表明，矮子溝目前泥石流治理工程可以滿足100年一遇泥石流的過流要求，由于矮子溝泥石流對白鶴灘水電站的安全運(yùn)營影響巨大，故進(jìn)一步提升評估標(biāo)準(zhǔn)，對其在假設(shè)庫容狀態(tài)下(工況2)，進(jìn)行200年一遇和500年一遇泥石流洪峰流量變化過程的研究(表3)。由表3可以看出，矮子溝滿庫狀態(tài)下(工況2)，其500年一遇的泥石流流量為1 078.51 m3/s，矮子溝排導(dǎo)隧洞能排走189 m3/s，剩余的泥石流889.51 m3/s產(chǎn)生的一次固體物質(zhì)總量根據(jù)修正五邊形法[11]，其泥石流流量為889.51 m3/s能夠產(chǎn)生的一次泥石流固體物質(zhì)總量為2.05×105m3，而矮子溝沉砂池容量為9.00×105m3，完全能夠滿足攔擋要求；另外，當(dāng)矮子溝發(fā)生超大規(guī)模的泥石流，排水隧洞完全堵塞時，滿庫工況下500年一遇的泥石流流量1 078.51 m3/s能夠產(chǎn)生的一次泥石流固體物質(zhì)總量為5.0×105m3，沉砂池能夠全部容納該次泥石流產(chǎn)生的一次泥石流固體物質(zhì)。綜上所述，矮子溝現(xiàn)有的泥石流防治措施在滿庫的狀態(tài)下能夠滿足500年一遇泥石流過流的要求，基本無泥石流危險(xiǎn)。

2.5 大寨溝泥石流治理工程效果評估

2.5.1 泥石流洪峰流量變化過程計(jì)算與分析 與矮子溝相似，分別在2014年實(shí)際庫容(工況1)、假設(shè)庫容(工況2)和2015年實(shí)際庫容(工況4)3種工況下，假設(shè)不同頻率下泥石流再次發(fā)生時(頻率P為0.2%，0.5%，1%，2%，5%，10%，20%，50%)，考慮壩間匯流，計(jì)算各攔擋壩過壩前、過壩后泥石流洪峰流量的變化過程，詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表4。

2.5.2 大寨溝泥石流治理工程效益評價

(1) 2014年大寨溝泥石流治理工程效益評價。2014年，大寨溝在其Ⅳ級攔砂壩下游處設(shè)有排導(dǎo)槽，實(shí)地測量其過流斷面面積60 m2，現(xiàn)場斷面調(diào)查其泥石流流速約6.0 m/s，則其排導(dǎo)槽過流能力360 m3/s。由表4可以看出：在空庫狀態(tài)下(工況1)，其治理工程基本可以滿足10年一遇泥石流的過流要求，泥石流危險(xiǎn)性較高；在滿庫狀態(tài)下(工況2)，其治理工程能夠滿足5～10年一遇泥石流的過流要求，泥石流危險(xiǎn)性高。

(2) 2015年大寨溝泥石流治理工程效益評價。2015年，大寨溝對其Ⅳ級攔沙壩下游的排導(dǎo)槽進(jìn)行擴(kuò)建，實(shí)地測量其過流斷面面積380 m2，現(xiàn)場調(diào)查其流速6.0 m/s，因此其排導(dǎo)槽過流能力提高至2 280 m3/s左右。

由表4可以看出：在半庫狀態(tài)下(工況4)，其治理工程完全可以滿足100年一遇的泥石流過流要求，泥石流危險(xiǎn)性低；在滿庫狀態(tài)下(工況2)，其治理工程完全能夠滿足100年一遇的泥石流過流要求，其泥石流危險(xiǎn)性低。

表4 大寨溝泥石流洪峰流量變化過程 m3/s

以上評價結(jié)果表明，大寨溝目前的泥石流治理工程完全可以滿足100年一遇的泥石流過流要求，由于大寨溝溝口距離白鶴灘水電站壩址僅500 m，且正對壩址，所以我們對其提升評價標(biāo)準(zhǔn)，在假設(shè)庫容狀態(tài)下(工況2)，繼續(xù)進(jìn)行200年一遇和500年一遇泥石流洪峰流量變化過程的研究(表4)。

由表4可以看出，大寨溝在滿庫狀態(tài)下(工況2)，其500年一遇泥石流Ⅳ級攔擋壩后洪峰流量為839.04 m3/s，遠(yuǎn)小于其目前排導(dǎo)槽的過流能力，其治理工程完全可以滿足500年一遇的泥石流過流要求。綜上所述，大寨溝現(xiàn)有的泥石流防治措施在滿庫的狀態(tài)下能夠滿足500年一遇泥石流過流的要求，基本無泥石流危險(xiǎn)。

3 治理工程效果評估模式

通過2013—2015年調(diào)查與數(shù)據(jù)分析，并對金沙江白鶴灘水電站泥石流工程治理效果系統(tǒng)總結(jié)，提出了長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流治理工程效果評估模式(圖1)，為長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)后續(xù)的泥石工程治理效果評估提供借鑒。

4 減災(zāi)策略

鑒于長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流活動歷史長，各流域地形地貌、土源條件及水源條件依然滿足泥石流的形成，在今后較長一段時間內(nèi)，區(qū)域仍可能會發(fā)生泥石流，但是隨著松散固物質(zhì)的不斷消減，部分溝道泥石流的暴發(fā)頻率和規(guī)模將逐漸降低和減小，然而，在遭遇強(qiáng)地震、干濕循環(huán)變化氣候、極端天氣等強(qiáng)烈自然外力時，仍可能會發(fā)生超大規(guī)模的泥石流。針對長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流災(zāi)害特點(diǎn)及上述治理工程效果評估結(jié)果，提出如下減災(zāi)策略。

(1) 提倡“以排為主，適當(dāng)攔擋”治理模式。通過白鶴灘水電站施工區(qū)泥石流治理工程效果的評估結(jié)果可以看出，基于主河的輸沙能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于支溝泥石流規(guī)模條件下，排導(dǎo)槽治理效果更加顯著。因此，針對水電工程的特點(diǎn)，提出在泥石流形成流通區(qū)穩(wěn)坡固源，在泥石流堆積區(qū)攔大排小，在出口安全排導(dǎo)的治理思路，建立長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)基于風(fēng)險(xiǎn)控制的水電工程泥石流“以排為主，適當(dāng)攔擋”治理模式。

圖1 長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)泥石流治理工程效果評估模式

(2) 采取有效措施預(yù)警大規(guī)模山地災(zāi)害。針對川滇干旱和地震作用下的長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)山地災(zāi)害高中危險(xiǎn)區(qū)，在原有1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查確定的重點(diǎn)區(qū)、次重點(diǎn)區(qū)和一般區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合旱后泥石流等山地災(zāi)害物源的增加和臨界雨量的降低，對地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。在潛在山地災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)普及防災(zāi)知識、加強(qiáng)宣傳教育；進(jìn)一步加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)的群測群防體系建設(shè)；排查重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的山地災(zāi)害隱患點(diǎn)，特別是低頻泥石流隱患點(diǎn)，謹(jǐn)防低頻泥石流溝暴發(fā)特大規(guī)模泥石流災(zāi)害；啟動已建的氣象、山洪、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警點(diǎn)，實(shí)施氣象、水利和國土部門聯(lián)動與協(xié)作，以加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警。

(3) 加強(qiáng)干旱與地震等因素對山地災(zāi)害動態(tài)影響的研究。建議加緊研究山地災(zāi)害的動態(tài)發(fā)展規(guī)律，并集成創(chuàng)新成果，投入?yún)^(qū)域應(yīng)用。可選擇云南小江、西昌安寧河谷等干旱與地震強(qiáng)烈影響山地災(zāi)害發(fā)育的區(qū)域建立研究基地，系統(tǒng)收集長期歷史數(shù)據(jù)，加強(qiáng)地震與干旱對山地災(zāi)害影響與模式機(jī)理研究，加強(qiáng)干旱和地震降低區(qū)域山地災(zāi)害暴發(fā)臨界雨量研究，揭示中國長江上游山地災(zāi)害發(fā)育的動態(tài)規(guī)律。

(4) 建立山地災(zāi)害動態(tài)防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)體系。以歷史山地災(zāi)害動態(tài)危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)事件為基礎(chǔ)，結(jié)合基于歷史事件、地形、地質(zhì)等因素完成的傳統(tǒng)山地災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，以干旱、地震等動態(tài)變化指標(biāo)為基礎(chǔ)，在大規(guī)模旱后和震后，針對山地災(zāi)害的易發(fā)區(qū)域，啟動山地災(zāi)害實(shí)時動態(tài)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)評估預(yù)測體系，建立基于動態(tài)評估和動態(tài)監(jiān)測預(yù)警的防災(zāi)體系。并以動態(tài)山地災(zāi)害發(fā)育規(guī)律指導(dǎo)長江上游梯級電站開發(fā)區(qū)防災(zāi)減災(zāi)工作，有效減輕震后和旱后的山地災(zāi)害。

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Effectiveness Evaluation of Debris Flow Control and Mitigation Strategies for Cascade Hydropower Stations in Upper Yangtze River, China—A Case Study in Baihetan Hydropower Station of Jinsha River

HU Guisheng1, CHEN Ningsheng1, ZHAO Chunyao2, LI Jun1, SU Li3

(1.KeyLaboratoryofMountainHazardsandSurfaceProcesses,InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu,Sichuan610041,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 3.ConstructionandManagementBureau,ChinaThreeGorgesCorporation,Chengdu,Sichuan610023,China)

[Objective] The objective of the study is to evaluate the effectiveness of debris flow disaster control project in development zone at cascade hydropower stations at severe landslides-affected Upper Yangtze River and provide references on effectiveness post-evaluation of debris flow control for other hydropower stations. [Methods] The Aizi and Dazhai gully debris flow regulation engineering in Jinshajiang River were chose as a case. The peak flow process of Aizi and Dazhai gully debris flow were calculated through the tracking investigation of three consecutive years from 2013 to 2015. The effectiveness of debris flow control engineering of Aizi and Dazhai gully in 2014 and 2015 were evaluated. The risk of debris flow was estimated. [Results] Post-evaluation model on effectiveness of debris flow control in the cascade hydropower stations of Upper Yangtze River development zone was put forward based on the results of the assessment system. The governance model of debris flow and mitigation strategies were proposed based on the water and electricity engineering debris flow risk control according to the characteristics of debris flow hazards in the development of cascade hydropower stations in the Upper Yangtze River. [Conclusion] Existing debris flow prevention and control measures of Aizi and Dazhai gully can meet flow requirements of five hundred-year debris flow under the conditions of impletion, and debris flow risk is less in the area.

Upper Yangtze River; cascade hydropower stations; debris flow engineering; effectiveness evaluation; mitigation strategies

2016-03-11

2016-07-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于漫頂潰決過程分析的滑坡堰塞壩穩(wěn)定性評估模型研究”(41501012); 國家自然科學(xué)基金國際合作與交流項(xiàng)目“地震山區(qū)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)模型”(41661134012); 中國長江三峽集團(tuán)公司科研項(xiàng)目“白鶴灘、烏東德水電站泥石流預(yù)測預(yù)警技術(shù)及示范”(JGJ0492014)

胡桂勝(1984—),男(漢族),江西省九江市人,博士,助理研究員,主要從事山地災(zāi)害防治技術(shù)與區(qū)域規(guī)律研究。E-mail:hgsjjx@163.com。

A

1000-288X(2017)01-0241-07

P642.23