云南省崖羊山水庫(kù)泥石流防治設(shè)計(jì)

吳云鳳

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，300222，天津）

崖羊山水庫(kù)位于云南省思茅地區(qū)墨江哈尼族自治縣（左岸）和普洱哈尼族彝族自治縣（右岸）的界河李仙江上，工程建筑物由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)、泄洪（兼導(dǎo)流）洞、沖沙洞和地面廠房等組成，于2006年投入運(yùn)行，水電站裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)容量120 MW。

2012年8月1日凌晨3時(shí)許，崖羊山水庫(kù)工程區(qū)遭遇短時(shí)強(qiáng)暴雨，引發(fā)大壩右壩肩下游隔界箐溝泥石流，泥石流沖毀了溝口漿砌石攔擋壩和攔擋壩外側(cè)連接大壩和廠房的場(chǎng)內(nèi)道路，且越過(guò)道路下泄后，淤堵了泄洪洞出口明渠，影響了泄洪洞泄流，對(duì)大壩安全構(gòu)成了威脅。

一、隔界箐溝泥石流產(chǎn)生條件分析

李仙江屬紅河水系，發(fā)源于云南省南澗縣南。李仙江流域地處云貴高原西南邊緣，橫斷山脈南段，為亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)。受季風(fēng)、地形影響，李仙江流域氣候復(fù)雜多變，流域多年平均年降水量1100～3000 mm，其極多雨區(qū)的多年平均年降水量2000～3000 mm。據(jù)工程較近的普洱縣氣象站記錄，多年平均年降雨量為1435 mm，多年平均最大一日降雨量73 mm，最大一日降雨121 mm。

隔界箐溝位于崖羊山大壩右壩肩下游，溝口正對(duì)泄洪洞泄水明渠。隔界箐溝流域面積約3.9 km2，干流長(zhǎng)3.4 km，源頭海拔高程約2100 m，溝口高程約830 m，平均比降37%。隔界箐溝常年流水，溝谷呈V形，兩岸陡峭，溝內(nèi)陡坎懸崖發(fā)育，且多有巨型孤石于谷底或邊坡、或彼此相互鑲嵌。順溝口向里，溝底出露巖石漸多，巖性以砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主；兩岸隨高程抬升，覆蓋層厚度增加，植被逐漸茂密。溝口約200 m范圍，在溝口攔擋壩攔擋下，形成比較開(kāi)闊的場(chǎng)地，在工程建設(shè)期，曾作為工程的施工場(chǎng)地。2012年8月1日泥石流發(fā)生后，溝口原有攔擋壩被部分沖毀，溝內(nèi)多處谷底出現(xiàn)明顯下切，兩岸部分區(qū)域覆蓋層出現(xiàn)小規(guī)?；Ｓ捎谀嗍靼l(fā)生時(shí)系短時(shí)極強(qiáng)暴雨，且發(fā)生在夜間，工程沒(méi)有記錄到泥石流發(fā)生時(shí)的相關(guān)基礎(chǔ)資料。

泥石流是特定地形、地質(zhì)、氣候條件組合的產(chǎn)物。泥石流的形成，一般必須同時(shí)具備以下幾個(gè)基本條件：有豐富松散的土石碎屑等固體物質(zhì)來(lái)源；短時(shí)間內(nèi)可提供充足的水源激發(fā)；有利于貯集、運(yùn)動(dòng)和停淤的地形。

受突發(fā)水流影響，加之溝谷一般地形陡，坡度大，往往導(dǎo)致泥石流暴發(fā)突然，流動(dòng)速度快。一般溝床的縱坡越大，越有利于泥石流的發(fā)生，且泥石流多形成在集水面積較小的溝谷。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，溝床比為降10%～30%溝谷的泥石流發(fā)生頻率最高，5%～10%和30%～40%溝谷的泥石流發(fā)生頻率相對(duì)較低；集雨面積0.5～10 km2的溝谷最易產(chǎn)生泥石流，面積小于 0.5km2和 10～50 km2的溝谷次之，面積大于50 km2的溝谷發(fā)生泥石流的現(xiàn)象較少。軟弱的巖性層、膠結(jié)成巖較差的巖性層及軟硬相間抗風(fēng)化能力差的巖性層往往能提供較多的松散物；滑坡、崩塌也常成為泥石流的固體源，泥石流流動(dòng)過(guò)程中的強(qiáng)烈沖刷、對(duì)岸坡的沖蝕，更激發(fā)了滑坡、崩塌的產(chǎn)生，形成滑坡、崩塌—泥石流—滑坡、崩坍的惡性循環(huán)。由于夏季夜間多暴雨，所以夜間發(fā)生泥石流的現(xiàn)象往往較多。

隔界箐溝溝谷下切，坡度陡，地形有利于泥石流發(fā)生；加之溝內(nèi)出露巖石以砂巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，巖性相對(duì)軟弱，抗風(fēng)化能力低，為泥石流的發(fā)生提供了基礎(chǔ)料源；突發(fā)的局地降雨成為泥石流發(fā)生的水源和動(dòng)力條件；遇強(qiáng)降雨沖刷或泥石流發(fā)生，溝底淤積物流失，兩岸坡積物失去支撐崩塌，形成了泥石流料源的補(bǔ)充。另外，工程建設(shè)和投運(yùn)后，周邊地區(qū)人類活動(dòng)加劇，原始植被遭受不同程度的損毀，導(dǎo)致水土流失加劇，提高了泥石流發(fā)生的可能性。

典型泥石流的發(fā)生，一般可分為形成、搬運(yùn)和堆積三個(gè)區(qū)。就隔界箐溝而言，兩岸是泥石流的主要形成區(qū)，溝谷沿程是泥石流的搬運(yùn)區(qū)，正常情況下，溝口是泥石流的堆積區(qū)。2012年8月1日隔界箐溝發(fā)生泥石流并危及工程安全，除降雨和泥石流料源補(bǔ)給外，溝口泥石流堆積區(qū)於滿、攔擋壩潰決是另一主要緣由。攔擋壩潰決一方面導(dǎo)致泥石流堆積區(qū)原有堆積物的下泄，另一方面溝口堆積物下泄后，導(dǎo)致了溝谷下切。溝谷下切后，除不利于兩岸邊坡穩(wěn)定，加大了泥石流料源供給外，還加大了溝谷縱坡，有利于泥石流的搬運(yùn)輸送，增加了泥石流的動(dòng)能，提高了泥石流的危害和破壞能力。

二、泥石流防治設(shè)計(jì)

1.泥石流防治原則與措施

泥石流治理的目標(biāo)是控制泥石流發(fā)生和發(fā)展，減輕或消除對(duì)被保護(hù)對(duì)象的危害。隔界箐溝泥石流對(duì)工程威脅最大的是場(chǎng)內(nèi)道路和大壩泄洪洞出口明渠，特別是后者，一旦淤堵，將對(duì)大壩安全泄洪造成影響，危及大壩安全。綜合隔界箐溝泥石流發(fā)生的特點(diǎn)和可能造成的影響，對(duì)隔界箐溝泥石流防治制定了“以防為主、防治結(jié)合、重點(diǎn)保護(hù)、綜合治理”的原則。具體措施包括:

①控制和減少泥石流固體物質(zhì)來(lái)源，一是在地方政府的配合下，做好隔界箐溝小流域的植被保護(hù)和恢復(fù)，避免毀林和繼續(xù)開(kāi)墾土地；二是在溝內(nèi)鄰近溝口泥石流堆積區(qū)上游、狹窄溝谷出口設(shè)置攔擋壩 （#1攔擋壩），固床穩(wěn)坡，即穩(wěn)定溝底縱坡和兩岸邊坡，抑制溝谷的縱橫向侵蝕。

②恢復(fù)溝口攔擋壩（#2攔擋壩），形成一定的堆渣停淤庫(kù)容，以利泥石流固體物質(zhì)的停淤，分流水沙。

③對(duì)溝口下游的排泄區(qū)進(jìn)行整治，設(shè)置水、砂排導(dǎo)槽，對(duì)出溝水流和非常情況下越過(guò)攔擋壩下泄的泥石流進(jìn)行歸順疏導(dǎo)，使其按規(guī)定路線下泄。

④加高泄洪洞泄水明渠及出口閘門(mén)室邊墻，防止泥石流進(jìn)入明渠和閘門(mén)室，危及工程安全。

2.洪水及泥石流總量計(jì)算

隔界箐溝流域面積僅3.9 km2，干流長(zhǎng)3.4 km，平均比降37%，依據(jù)云南省暴雨洪水查算手冊(cè)，采用小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法，計(jì)算100年一遇暴雨洪水的清水洪峰流量為17.8m3/s；采用《泥石流災(zāi)害防治規(guī)范》（DZ/T 0239—2004）提供的雨洪法計(jì)算，100年一遇暴雨相應(yīng)的泥石流流量為66.75 m3/s，參考2012年8月1日泥石流發(fā)生的時(shí)間，按泥石流發(fā)生2 h估算，相應(yīng)泥石流的總量為9.7萬(wàn)m3，相應(yīng)的固體物質(zhì)總量為5.8萬(wàn)m3。

3.攔擋壩設(shè)計(jì)

#1攔擋壩的主要作用是固床穩(wěn)坡，位于狹窄溝谷出口處，采用漿砌石重力壩，壩頂長(zhǎng)20 m，壩高5.0 m，壩頂寬 1.5m，上游坡 1∶0.2，下游坡1∶0.8，壩頂中部設(shè)寬14 m、深1.0 m的溢流缺口，壩體設(shè)直徑110 mm、間排距2.0 m的排水孔，排水孔進(jìn)口設(shè)反慮，壩體上游側(cè)一定范圍回填碎石及塊石，以提高上游透水性、減小作用于壩體的土壓力。

#2攔擋壩主要作用是形成停淤庫(kù)容，位于溝谷出口，在原受損攔擋壩位置恢復(fù)重建，壩高10.5 m，壩頂長(zhǎng) 55.0 m，上游坡 1∶0.9，下游坡 1∶0.3，壩頂寬3 m，壩頂中部設(shè)寬30 m、深1.5 m的溢流缺口；壩體設(shè)直徑110mm、間排距2.0 m的排水孔，排水孔進(jìn)口同樣設(shè)反濾，壩體上游側(cè)同樣一定范圍回填碎石及塊石。

#2攔擋壩壩體底部設(shè)2孔1.0 m×1.0 m（寬×高）排水涵洞，由#1攔擋壩下泄的常年流水經(jīng)#1、#2壩之間的排水溝導(dǎo)排至排水涵洞，經(jīng)排水涵洞下泄。#2攔擋壩下游設(shè)防沖、消能導(dǎo)水槽，將通過(guò)涵洞和壩頂溢流缺口的下泄水流消能后疏導(dǎo)至下游排水溝。

#1、#2攔擋壩之間的泥石流固體物停淤區(qū)需根據(jù)淤積情況不定期（特別是每年汛期到來(lái)之前和汛期）進(jìn)行清理，以保持有效的攔蓄庫(kù)容。

4.導(dǎo)排槽及泄洪排沙洞出口建筑物邊墻加高

#2攔擋壩下游導(dǎo)排槽分正常排水溝和非常情況下越過(guò)#2攔擋壩的泥石流導(dǎo)排槽。隔界溝的正常水流通過(guò)#2攔擋壩底部?jī)蓚€(gè)1.0 m×1.0 m排水涵洞排泄后，經(jīng)壩后防沖、消能導(dǎo)水槽疏導(dǎo)至公路邊排水溝，排至下游河床。結(jié)合#2攔擋壩外側(cè)場(chǎng)內(nèi)道路的走向與走勢(shì)、路面和兩岸地貌情況，將#2攔擋壩外側(cè)的場(chǎng)內(nèi)道路作為泥石流導(dǎo)排槽的上游部分，其下游部分結(jié)合泄洪洞邊墻加高，利用泄洪洞邊墻與山體之間的空間作為泥石流導(dǎo)排槽的一部分，兩者之間修建專用泄槽連接段。當(dāng)發(fā)生泥石流越過(guò)#2擋渣壩的非正常情況時(shí)，泥石流通過(guò)該導(dǎo)排槽排泄至下游河床。導(dǎo)排槽均為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

為有效保護(hù)泄洪洞啟閉設(shè)備及出口明渠，對(duì)啟閉機(jī)室和邊墻采用鋼筋混凝土進(jìn)行防護(hù)加高。

三、結(jié) 語(yǔ)

隔界箐溝泥石流防護(hù)治理已于2013年完成投運(yùn)。泥石流的防治需要標(biāo)本兼治、工程措施和非工程措施的有效結(jié)合，從泥石流發(fā)生的源頭抓起，保護(hù)環(huán)境，減少人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的破壞，減少水土流失，減少泥石流的發(fā)生頻率和每次泥石流的發(fā)生總量是最便捷和最有效的最終治理。

[1]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范（DZ/T 0239—2004）[S].2004.

[2]趙健.我國(guó)泥石流防治措施研究[J]. 中國(guó)水利，2007（14）.