高山峡谷区不良地质体堵江风险分析

王周萼 蔡耀军

摘要：高山峡谷区地质条件复杂，为确保水电工程正常运行，需准确评价不良地质体的堵江风险，以便采取针对性的处理措施。在无人机航拍技术的不良地质体判识方法与堵江风险判识准则的基础上，对旭龙水电站库区的不良地质体进行了判识与堵江风险分析。结果表明：库区分布不良地质体共19处，现状均稳定，不存在堵江风险;蓄水后，仅17号堆积体可能存在堵江风险，经各种工况计算分析，17号堆积体不会造成堵江。因此，旭龙水电站库区不存在堵江风险的不良地质体。研究成果对保证旭龙水电站的正常运行具有一定参考价值。

关 键 词：不良地质体; 堵江风险; 判识方法; 判识准则; 旭龙水电站

中图法分类号： TV221.2

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.020

0 引 言

不良地质体是指江河两岸分布的滑坡体、变形体和堆积体[1-3]。滑坡体是指斜坡上的土体或岩体，受水流冲刷、地下水活动及地震等因素影响，沿着一定的软弱面（带）向下滑动形成的堆积体;变形体是指斜坡上已存在明显变形，但未发生整体失稳的岩土体;堆积体是指除滑坡堆积以外的冰川、崩塌、冻融泥石流等各种成因形成的具有一定规模的堆积物。另外，处于高位的潜在不稳定体、缓坡平台堆积体、地形凸出的破碎斜坡以及陡倾层状顺向河谷等地段也是产生边坡变形失稳的风险区域。

在水电工程建设中，不良地质体对工程建设有重要影响。水库蓄水后，不良地质体失稳入库可能造成堵江，也可能产生高速涌浪摧毁大坝或翻过大坝威胁下游人民生命财产安全。如1963年意大利瓦依昂水库滑坡，造成2 600余人死亡，滑坡体堵塞了水库，使大坝和水库完全报废;2008年5月12日发生的汶川大地震造成唐家山山体崩塌形成堰塞湖，对下游造成巨大威胁，后经紧张处置，未造成人员伤亡;2018年10月和11月金沙江西藏境内2次滑坡形成堰塞湖，下泄洪水波及到云南境内，导致房屋、公路及跨江桥梁被冲毁，损失严重。可见，研究不良地质体的地质条件，进而开展稳定性评价与堵江风险分析，对水电工程正常运行具有十分重要的现实意义。

国内许多学者对不良地质体相关问题进行了比较深入的研究。针对已确定的不良地质体，对工程地质条件、物理力学参数和稳定性分析等方面开展的研究，一般采用人工地形测量、现场地质测绘、勘探及室内外试验等手段进行[4-7]。对于不良地质体的辨识，尤其是如何快速准确辨识高山峡谷区大范围的不良地质体，仍然是个全新的课题。

2018年10月和11月金沙江白格滑坡-堰塞堵江事件发生后，为全面排查金沙江上游河段不良地质体安全隐患，国家有关部委组织开展了金沙江上游水电梯级风险评估。笔者有幸参与了水电梯级之一的旭龙水电站风险评估，主要任务是识别库区不良地质体，进行稳定性评价与堵江风险分析。

在评估工作中，针对库区地形复杂、交通闭塞、传统勘察手段难以实施等特点，以无人机航拍获取高清影像，结合地形、岩性及构造等因素，识别不良地质体并进行稳定性评价，对堵江风险进行分析，成果汇入金沙江上游水电梯级风险评估总报告，并通过了由国内知名院士、大师和专家组成的专家组评审。

本文以上述工作成果为基础，建立了基于无人机航拍技术的不良地质体判识方法及不良地质体堵江风险判识准则，再现了旭龙水电站库区不良地质体的堵江风险分析过程，以期为高山峡谷区不良地质体的识别与评价提供一定的借鉴。

1 基于无人机航拍技术的不良地质体判识方法

高山峡谷区地形复杂、沟壑纵横、交通闭塞，传统勘察工作困难，不易实地开展不良地质体的辨识工作，基于无人机航拍技术辨识不良地质体具有独特优势。相比传统卫星遥感与常规航拍，无人机航拍具有布置灵活、轻便快捷、地面分辨率高、成本低等优势。采用无人机飞行平台携带光学摄影设备，从多个不同角度对目标区域进行数据采集，将地形信息转化为图像色彩数据，最终以点云数据进行表达，实现地形信息的快速、高效获取[8-9]。通过无人機航拍判识不良地质体，关键步骤包括三维高清影像的获取和不良地质体的判识。

（1） 三维高清影像的获取。

首先利用无人机航拍获取二维影像，然后把二维影像进行一系列处理形成实景三维模型。即通过摄影测量对相邻影像进行计算，获得空间上的三维距离信息，亦即通过相邻影像之间重叠部分的同名点进行影像匹配，获得相邻影像之间的视差和深度（距离）信息的一种技术。结合每张影像的位置、姿态信息，然后利用摄影测量技术解算出相邻影像之间的空间关系，从而处理出三维影像成果。航拍时，可以根据地质的需要设定无人机的航高拍摄出不同分辨率的照片，根据高分辨率照片可以进行精细化建模从而达到毫米级分辨率的三维影像。

（2） 不良地质体的判识。

借助无人机航拍获取的三维高清影像，经地质专业人员进行影像解译，识别出目标区域分布的滑坡体、变形体及堆积体等不良地质体[10-11]。该项工作相当于把现场地质测绘搬到电脑上，极大地提高了工作效率，而且能更好把握不良地质体的空间形态。

不良地质体识别后，还需确定其前后缘高程、平面尺寸等几何信息，有2个途径：① 在电脑上安装Acute3D Viewer浏览器软件，该浏览器具备查看三维模型影像功能，可以查看三维影像的坐标、高程，并能进行平面距离测量;② 在电脑上安装南方CASS成图系统软件，该软件具备与Acute3D Viewer浏览器软件相似的功能。

2 不良地质体堵江风险判识准则

不良地质体是否堵江与多个因素有关，主要有稳定性、规模、河谷形态以及失稳模式4个方面。具体到某一不良地质体变形失稳是否可能堵江，需结合多方面因素综合考量。

（1） 稳定性。

稳定的不良地质体不会变形失稳，不存在堵江风险;稳定性差或不稳定的不良地质体可能失稳下滑造成堵江风险。1E1AA5C9-DBCA-4CB3-B312-2ACBBCC21D50

（2） 规模。

根据工程经验及研究，可能导致堵江的不良地质体规模300万m3以上。

（3） 河谷形态。

宽谷河段不易堵江，“U”型或深“V”型河谷地段易于堵江，且满足堵江条件的失稳规模可能小于100万m3[12-13]。

（4） 失稳模式。

失稳模式主要有塌岸与滑坡两种类型。塌岸型失稳为逐步解体过程，一次性解体方量小，且部分会被江水带走，不会发生堵江风险;滑坡型失稳方量一般较大，存在堵江风险，这方面有诸多学者进行了研究[14-15]。

3 旭龙水电站库区不良地质体判识与堵江风险分析

3.1 库区地质概况

旭龙水电站位于金沙江上游，以发电为主要开发任务，是西电东送骨干电源点之一。电站正常蓄水位2 302.00 m，死水位2 294.00 m，最大坝高213.00 m，装机容量2 400 MW，水库长约62.5 km，总库容8.29亿m3，为Ⅰ等大（1）型工程。库区属高原高山气候区，降水量小，多年平均降水量不超过400 mm，蒸发量大，多年平均蒸发量超过1 800 mm。库区为高山峡谷地貌（见图1），河谷深切，岸坡陡峻，山顶高程达3 500～5 180 m，河谷切割深度1 000～2 800 m。出露基岩主要为变质岩与岩浆岩，变质岩主要为中元古界雄松群（Pt2x）的含硅质结晶灰岩、绢云石英千枚岩与云母片岩;岩浆岩主要为金沙江蛇绿岩群（DTJ）的基性-超基性岩及其他外来岩块形成的蛇绿混杂岩，局部有石英闪长岩、花岗闪长岩及辉长辉绿岩出露。第四系堆积体成因类型多样，有崩坡积、崩积、洪积、冰积、滑坡堆积等，零星分布于岸坡相对平缓地段。区内构造十分发育，主要以南北向断裂构造为主。基岩场地50 a超越概率10%的水平向地震动峰值加速度为0.20g，对应地震基本烈度为Ⅷ度。库区岸坡以岩质岸坡为主，一般处于稳定或基本稳定状态，局部存在崩塌、掉块等;土质岸坡较少，一般稳定或基本稳定，未见明显变形迹象。

3.2 库区不良地质体判识

旭龙水电站库区植被稀少，岩土层多裸露，有利于无人机航拍作业（见图2），获取的影像清晰，满足不良地质体的辨识要求（见图3）。按照不良地质体判识方法，确定库区不良地质体共19处（见图4）。

3.3 堵江风险分析

对无人机航拍获取的不良地质体影像数据进行矢量化处理，生成1∶1 000比例地形图，绘制不良地质体的典型地质剖面，结合三维高清影像，确定不良地质体的基本特征（见表1）。19处不良地质体总方量1.537亿m3，单个方量平均约809万m3;18号体积最小为140万m3;4号体积最大，为4 650万m3。不良地质体成因类型多样，有崩坡积、崩积、洪积、冰积、滑坡堆积等。现状稳定性判别主要根据高清影像判断是否存在变形迹象，如裂缝、下错陡坎等，现状均为整体稳定，不存在堵江风险。水库蓄水后，不受库水影响的不良地质体稳定条件没有变化，仍将保持原有稳定状态，不存在堵江风险。受库水影响的不良地质体有2号、4号、7号、10号、11号、12号、14号、17号共8处。根据不良地质体地质条件及堵江风险判识准则综合分析，变形破坏以塌岸为主，不会发生堵江风险;个别可能产生滑坡，如17号堆积体，存在堵江风险。为此，以可能产生滑坡的17号堆积体对堵江风险进行分析。

3.4 17号堆积体堵江风险分析

3.4.1 基本地质特征

17号堆积体距坝址约3.8 km，无人机航拍影像如图5所示。堆积体前缘抵金沙江河床，高程2 186 m左右，顺江宽约750 m，后缘高程2 650 m左右，纵向长750～780 m，总面积约40万m2。堆积体地形总体较陡，平均坡度35°左右。据地表调查与钻孔揭示，组成物质主要有碎石、角砾及砾砂等碎石土，细粒土很少，碎石岩性主要是石英闪长岩，间夹云母片岩。堆积体平均厚约25 m，体积约1 000万m3。

堆积体典型地质剖面如图6所示。2 400 m高程以下下伏基岩为雄松群第三段石榴石云母片岩，2 400 m高程以上及后缘高陡岸坡大面积出露晚三叠系石英闪长岩，两者之间呈断层接触（F6-1）。

從成因分析来看，堆积体的形成是地形与构造两因素共同作用的结果。堆积体所在的金沙江右岸地形陡峻，第一岸坡坡顶高程3 500～4 000 m，平均坡度在50°以上，多处呈近似直立的陡崖状，结构面很发育，崩塌、掉块时有发生，局部比较频繁，多年来经常发生数十方至数百方规模的崩塌现象，坡底可见大量块石堆积。

3.4.2 稳定性分析评价

现状条件下，堆积体无论是整体还是局部均没有明显变形迹象，表明堆积体处于整体稳定状态。堆积体下游侧曾经局部失稳形成滑坡，其后缘滑坡壁保留清晰，滑坡体形态完整，表明滑坡时代较近。水库蓄水后，因堆积体前部已抵河床，分析认为堆积体可能产生牵引式整体低速滑动。稳定性计算采用不平衡推力法，该方法适用于滑面为任意形状的滑坡，并考虑堆积体中的动水压力、浮托力、地震等动荷载及各个滑块不同抗剪强度参数的影响。

影响稳定性计算结果的2个主要因素是地下水水位与滑面抗剪强度。库区降雨量很小，加之堆积体主要以粗颗粒为主，透水性强，堆积体中地下水位很低，长期观测表明钻孔水位与江水位齐平，即使偶有较大降雨，钻孔水位也未见明显变化。因此，结合工程经验，地下水位确定原则：2 302.00 m库水位条件下，库水位以上的堆积体无地下水;2 302.00 m水位降至2 294.00 m水位条件下，假定库水位快速下降，该水位之间的堆积体仍维持2 302.00 m水位;暴雨条件下，堆积体按1/3饱水考虑。这种地下水位的确定方法偏保守，计算获得的稳定系数相对实际的稳定系数偏低，有利于堆积体的稳定性评价。滑面抗剪强度主要参照堆积体下游侧滑坡体的抗剪强度取值，该滑坡体基本稳定，稳定系数处于1.05～1.15之间，按1.05进行参数反演，结合堆积体物质组成并参考其他类似堆积体的抗剪强度，天然状态下，黏聚力取10 kPa，获得内摩擦角为29°;饱和状态下，黏聚力取8 kPa，获得内摩擦角为26°。计算工况与结果如表2所列。1E1AA5C9-DBCA-4CB3-B312-2ACBBCC21D50

计算表明：17号堆积体在工况1即现状条件下整体基本稳定;工况2～5条件下均处于极限平衡状态;工况6与工况7条件下稳定性进一步下降;表明水库运行期堆积体可能变形失稳，叠加地震时失稳可能性增大。水库蓄水、暴雨及地震是影响堆积体稳定的重要因素。

3.4.3 堵江风险分析

根据稳定性分析成果，17号堆积体在水库蓄水叠加暴雨工况及地震工况时可能产生失稳滑动。

水库蓄水前，17号堆积体整体稳定，地表无明显变形迹象，不存在堵江风险。工程建设期，围堰水位抬升小，对堆积体的稳定性影响微弱，与现状工况相似，对工程建设影响小。水库运行期，17号堆积体失稳可能性大，失稳后主要堆积在右岸坡脚附近，河道过水断面被束窄，不存在堵江风险（见图7）。

堆积体的典型地质断面水上面积约17 700 m2，正常库水位时该处水库断面面积约34 600 m2，即使堆积体水上部分全部入江，也仅约占该处水库断面面积的50%，不存在堵江风险。

4 结 论

（1） 鉴于高山峡谷区的地形特点，采用无人机航拍获取三维高清影像，通过影像解译、地形图绘制、稳定性评价等环节，辨识不良地质体并进行堵江风险分析，主要工作过程为无人机航拍获取三维高清影像→影像解译辨识不良地质体→对不良地质体影像进行矢量化处理→绘制1∶1 000比例地形图与地质剖面→结合影像评价不良地质体稳定性→针对重点地段进行勘探→堵江风险分析及结论。

（2） 基于无人机航拍技术的不良地质体判识方法与不良地质体堵江风险判识准则，确定旭龙水电站库区分布不良地质体共有19处，现状均稳定，不存在堵江风险。水库蓄水后，11处不受库水影响的不良地质体仍将保持原有稳定状态，不存在堵江风险;8处受库水影响的不良地质体中，有7处为塌岸型失稳，不存在堵江风险，17号堆积体可能产生滑坡型失稳，存在堵江风险。

（3） 根据稳定性分析成果，水库蓄水前，17号堆积体整体稳定，不存在堵江风险;工程建设期，围堰水位抬升小，对17号堆积体影响微弱，不存在堵江风险;水库运行期，17号堆积体失稳可能性大，失稳后主要堆积在右岸坡脚附近，不会造成堵江。因此，旭龙水电站库区不存在堵江风险的不良地质体。

参考文献：

[1] 水电水利规划设计总院.金沙江上游水电梯级风险评估总报告[R].北京：水电水利规划设计总院，2019.

[2] 张万奎，王文远，黄德凡.黄登水电站大型不良地质体勘察研究[J].云南水力发电，2015，31（5）：120-124，148.

[3] 邓建辉，高云建，余志球，等.堰塞金沙江上游的白格滑坡形成机制与过程分析[J].工程科学与技术，2019，51（1）：9-16.

[4] 崔杰，王兰生，徐进，等.金沙江中游滑坡堵江事件及古滑坡體稳定性分析[J].工程地质学报，2008，16（1）：6-10.

[5] 王自高.西南地区深切河谷大型堆积体工程地质研究[D].成都：成都理工大学，2015.

[6] 范雷，张琪.金沙江苏洼龙-奔子栏河段滑坡灾害发育分布规律[J].长江科学院院报，2016，33（3）：38-41.

[7] 唐军峰，唐雪梅，曾向农，等.蓄水后库岸堆积体边坡变形特征及其稳定性分析[J].吉林大学学报（地球科学版），2018，48（5）：1546-1555.

[8] 胡才源，章广成，李小玲.无人机遥感在高位崩塌地质灾害调查中的应用[J].人民长江，2019，50（1）：136-140.

[9] 彭大强，许强，黄秀军，等.无人机低空摄影测量在黄土滑坡调查评估中的应用[J].地球科学进展，2017，24（3）：319-330.

[10] 黄李晶.无人机航拍技术在工程测量测绘中的应用分析[J].信息系统工程，2021（8）：35-37.

[11] 冯威.高寒高海拔复杂艰险山区无人机勘察技术应用[J].铁道工程学报，2019，36（8）：9-13.

[12] 王家柱，任光明，葛华.金沙江上游某特大型滑坡发育特征及堵江机制[J].长江科学院院报，2019，36（2）：46-51，57.

[13] 许强，郑光，李为乐，等.2018年10月和11月金沙江白格两次滑坡-堰塞堵江事件分析研究[J].工程地质学报，2018，26（6）：1534-1551.

[14] 陈超，任光明，吴龙科，等.西南某水电站库区古滑坡堵江成因及变形破坏机理研究[J].长江科学院院报，2016，33（6）：94-98.

[15] 杨啡，邓辉，曾阳益.云南古水电站巨型堆积体堵江预测研究及数值稳定性分析[J].科学技术与工程，2016，16（28）：25-32.

（编辑：刘 媛）

Risk analysis of river blocking by unfavorable geological bodies in alpine-gorge area：

case of Xulong Hydropower Station

WANG Zhou′e1，CAI Yaojun1，2

（1.Changjiang Institute of Survey Technical Research，The Ministry of Water Resources，Wuhan 430011，China; 2.CISPDR Corporation，Wuhan 430010，China）

Abstract：

The geological conditions in alpine-gorge area are complex.To ensure the normal operation of hydropower projects，it is necessary to accurately evaluate the river blocking risk by unfavorable geological bodies，so that targeted treatment measures can be taken.Based on the identification method of unfavorable geological bodies and the risk identification criteria of river blocking by UAV aerial photography，the identification and river blocking risk analysis of unfavorable geological bodies in the Xulong Hydropower Station reservoir area were carried out.The results showed that there were 19 unfavorable geological bodies in the reservoir area，whose current situations were stable，and there was no risk of river blocking.After water storage，only the No.17 accumulation body may had the risk of blocking the river.Through calculation and analysis of various working conditions，the No.17 accumulation body would not cause river blocking.Therefore，there was no unfavorable geological body that would block the river in the reservoir area of Xulong Hydropower Station.The research results have certain reference value for ensuring the normal operation of Xulong Hydropower Station.

Key words：

unfavorable geological body;identification method;identification criteria;risk of blocking river;Xulong Hydropower Station1E1AA5C9-DBCA-4CB3-B312-2ACBBCC21D50