藏区某拟建水电站1#泥石流沟形成机制及发展趋势分析

邹根 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

西藏地区由于其特殊的地理位置、气候条件、复杂的地质环境条件以及强烈构造运动，使其具有地质灾害类型齐全、分布广泛、暴发频繁、规模较大、危害严重、治理难度大的特点。结合遥感解译资料，推测全区地质灾害及隐患点约为5000～7000处，潜在经济损失52.42亿元，因此通过对某水库泥石流的形成条件和特征分析，判断其发展趋势，为水库建设提供参考依据，做出相应的防治措施，避免泥石流对公路、当地居民以及水库设施造成危险，具有重要意义。

1.工程概况

某水电站位于西藏自治区桑日县境内，该电站枢纽区段河谷深切，发育多条冲沟，且各冲沟松散物质丰富，有发生泥石流的可能。为了正确判断泥石流对工程区的危害严重程度，特对该水电站枢纽区冲沟进行泥石流危害性研究。下文以枢纽区中1#冲沟为例，分析藏区泥石流形成条件及特征，研究其危险性，建议相应防治措施。

2.泥石流沟谷地形特征及分区特征

（1）沟谷地形特征。1#冲沟位于YJ左岸，沟口位于下坝址上游800m处，高程5100m。流域面积67.83km，流域内沟谷平面形态呈“柳叶”（细长）形，流域平均纵向长度约11.84km，平均宽度5.73km。主沟沟道长12.11km，沟道平均比降172‰，沟谷中上游较为宽阔，下游较狭窄，形成宽窄相间的变化特点，局部形成卡口，为泥石流工程治理设低坝、谷坊等拦挡工程提供了有利地形条件。

（2）分区特征。1#冲沟为典型的稀性泥石流沟，根据泥石流分布特征，调查区内各沟谷可划分为形成区、流通区及堆积物。

形成区：形成区包括清水汇集区和物源生成区。1#冲沟清水汇集区4710～5070m段总体地形开阔平坦，呈“U”型谷，坡体坡度较陡45-70°，局部成洼地，松散物启动相对困难，仅有少数松散物质参与泥石流活动。3540～4710m段为“V”型谷，两侧山坡多在40°～60°。沟谷两侧植被覆盖率达50～60%。1#冲沟松散物质来源有岩屑坡、石冰川、融冻泥石流、坡积物、松散堆积物及沟道堆积物，主要分布在沟道两侧山体、坡脚地带、支沟沟口，松散物质堆积面积24.51km，参与泥石流松散物源量为1941.29万方。

图1 1#冲沟区域地貌图

流通区：主要为1#冲沟主沟道及各个支沟沟道，面积约4.78km，主沟长约7km，坡降114.44‰，沟道呈“V”字型，宽约10～50m。两侧岸坡约45-70°，沟谷谷两岸植被以杂生乔木、灌木及少量林木为主。干登冲沟流通区在奴觉村处相对平缓。

图2 1#冲沟沟道纵坡降图

图3 1#冲沟分区图

图4 1#沟流通区特征图

堆积区：堆积区位于3457-3551 m 高程位置，呈扇形分布。堆积区厚度总体为上游薄下厚，扇长353m，扇宽414m，平均厚度16.35m，面积为0.15km，沟道内长年有流水，流量约0.8m/s，流速约3.6m/s，沟宽2～5m，沟坡坡度15°～25°。未见近年内泥石流发生的痕迹，沟床堆积上涨不明显，沟口为老洪积扇，洪积扇已衰退。

3.泥石流形成条件

（1）地形条件：通过调查统计，1#沟流域面积大于50km，1#的沟谷比降在40-280‰范围之间，形成区的比降在20-600‰之间，工作区内的冲沟地形条件在泥石流沟沟床比降分布比较集中地范围内。流域相对高差很大，在向下游运动的过程中，势能转换成动能，使物源区上游的来水迅速携带物源区沟道中的固体物质，形成泥石流。大比降的沟床纵坡，使水流具备流速高、冲蚀能力强的特点，从而容易侵蚀搬运松散物质和松散物质的启动和搬运。

（2）固体物源条件：1#内分布松散物类型多、面积广、数量大，储量为26174×10m，具备了形成泥石流的条件。一般单位面积的松散物储量大于4×10m/km时就有可能发生泥石流。1#沟单位面积的松散物储量为28.62×10m/km，具备泥石流发生可能性。

（3）水源条件：根据西藏地区相关资料，泥石流一般均发生在年降雨量300mm和日降雨量30mm以上地区。根据《西藏泥石流》，该地区年最大降雨量403.3mm，日最大降雨量42mm，外加冻土层消融水源，区内水源条件具备了泥石流形成的基本要求。

4.泥石流特征值

（1）泥石流流体重度：泥石流容重与流域内可补给泥石流的松散固体物质储备量关系密切，可用下式计算：

式中：A—单位面积可补给泥石流的固体松散物质量。计算可得1#冲沟泥石流流体密度为1.59t/m。

（2）泥石流流峰值流量：首先根据《西藏泥石流与环境》中多年平均最大1小时降雨量为9.3mm。在根据公式Sp=Kp×H，得百年一遇小时最大降雨量为15.18mm。式中Kp查表得1.632；再通过铁一院公式计算清水流量，最后通过“雨洪法”计算泥石流峰值流量。其计算公式如下，结果见表1。

式中：Q、Q分别为频率为P的泥石流峰值流量（m/s）、暴雨洪水设计流量（m/s）；Φ为泥石流泥砂修正系数，Φ=（γ-γ）/（γ-γ）；γ为泥石流密度（t/m）；γ为清水密度（t/m），取为1；γ为泥石流中固体物质比重（t/m），根据现场实验取为2.65；D为泥石流堵塞系数，查经验表。

式中Mc为泥石流沟床糟率系数。结果见表1。

（4）泥石流一次最大冲出量：首先依据经验公式极端出一次泥石流过程总量，再利用其计算一次泥石流冲出的固体物质总量。

式中：Q、Q分别为一次泥石流过程总量（m）、冲出固体物质总量（m）；结果见表1。

表1 泥石流特征值

5.泥石流类型、触发因素、危险性及发展趋势分析

根据调查，沟谷泥石流形成的水源成因主要有降雨及冰雪消融，但降雨占主导因素，为降水为主的混合型泥石流；物源主要为侵蚀性成因的各类堆积物；根据洪积扇特征及泥位调查近几年未见泥石流爆发痕迹，爆发频率低；泥石流的物质组成主要以碎石、块石为主，粘粒含量小，为稀性泥石流；综合分析，1#冲沟属于暴雨侵蚀低频沟谷型稀性中型泥石流。

（1）触发因素：①地震构造及构造运动，区内地震及构造运动强烈，导致山体基岩较破碎，为泥石流活动提供了松散物源。②降雨，调查研究区内日最大降水量为42mm，小时最大降水量15.18mm，大于流域泥石流可能爆发的界限雨值。③冰雪消融，沟道上游常年积雪及现代冰川发育，在强降雨情况下常常伴生冰雪消融及雪崩等，消融后带动岩屑坡、及刨蚀沟槽松散物，增加泥石流的清水流量及固体物质量，增大泥石流流量。

（2）泥石流灾害史：据调查访问，1#沟有过淹没沟口道路、冲断引水渠道的历史，但均未造成过人员伤亡。

（3）泥石流危害对象：泥石流主要危害范围为：冲沟泥石流沟道、沟口堆积区及YJ。1#沟爆发泥石流可能冲毁通行道路、挤压YJ，或威胁拟建大坝坝肩稳定性。

（4）堵江可能性：根据1#泥石流沟一次最大冲出固体物质总量为8.03×10m，根据堆积体特征，将江面至泥石流山体出口段简化为堆积椎形体，江面段简化为三角堆积体，可推出计算公式：

S×B+1/3×S×L=V

S=h×b

式中：S—三角形面积；B—江面堆积平均宽度（江宽）；L—江面至山口堆积处水平距离；V—次冲出固体物质总体积；b—江面堆积平均宽度（取洪积扇前缘宽度）；h—江面堆积高度。

计算得1#沟江面堆积高度约为0.36m，而江内平均水深3-5m，其堆积于江道后的堆积高度小，江内自然冲刷的过流高度远远大于抬高，百年一遇洪水几乎无堵塞江道的可能。

（5）泥石流发展趋势：目前1#冲沟处于间歇期，但由于其规模为中型，且目前对泥石流均没有有效的综合治理措施，随着危害区内各类设施新建，人口数量与人口密度增加，泥石流可能造成的灾损度亦会提高。若遇极端天气形成的泥石流，届时将会造成更大的危害，甚至会局部阻塞雅鲁藏布江。

该拟建水电站水库的初拟正常蓄水位3538m，因水位高，对泥石流固体颗粒的顶托作用相应增大，如遇大的泥石流活动，库水位的顶托作用可回顶颗粒物质就地停淤在冲沟沟道内，水库的建设在一定程度上会遏制了泥石流的发展，且水位的升高减小了1#冲沟堵塞YJ的可能性。

6.防治措施

（1）治理措施在查明泥石流形成的重点部位和形成方式的基础上，对大量参与泥石流活动的松散物质可采取稳固措施，对沟道可采取减轻冲蚀等措施，拦挡坝具有上述二重功能。（2）对跨越泥石流沟的道路等排导措施要考虑防冲刷和防淤积。桥涵工程要保证过流断面和淤积厚度。为了减轻淤积，桥涵底部应保持一定的坡度。（3）在某水电站施工期间，对员工驻地、材料场地的选择应避开泥石流影响区，并加强监测预警。同时应采取一些导流措施，避免发生人员伤亡和财产损失等事故。

7.结论

（1）1#冲沟具备发生泥石流的地形条件、固体物源条件以及水源条件，具备发生泥石流的可能性。

（2）1#冲沟属于暴雨侵蚀低频沟谷型稀性中型泥石流，触发因素主要为地震、构造运动、降雨以及冰雪消融。据调查访问，1#沟有过淹没沟口道路、冲断引水渠道的历史，但均未造成过人员伤亡。

（3）1#沟江面堆积高度约为0.36m，而江内平均水深3-5m，其堆积于江道后的堆积高度小，江内自然冲刷的过流高度远远大于抬高，百年一遇洪水几乎无堵塞江道的可能。

（4）虽目前1#冲沟处于间歇期，但由于其规模为中型，若遇极端天气形成的泥石流，仍存在爆发泥石流的可能，随着拟建水电站建设，危险区内设施及人口越发增加，届时将会造成更大的危害。拟建水电站工程在一定程度上会遏制泥石流的发展、且水位的升高减小了1#冲沟堵塞YJ的可能性。