泥石流冲沟型弃渣场防护方案研究—以金沙水电站石家沟弃渣场为例

设计施工　水利规划与设计　２０１４年第ｌ１期　泥石流冲沟型弃渣场防护方案研究　一以金沙水电站石家沟弃渣场为例　黄斌　马力　刘晖　（长江勘测规划设计研究有限责任公司　湖北武汉　４　３００１　０）　【摘要】　在泥石流冲沟内布置弃渣场，堆渣将不可避免的占压泥石流的行洪通道，若不采取措施，可　能会对弃渣场上游泥石流冲沟的安全运行造成影响，进而危及周边人员、居民房屋和设施的安全；同时，　冲沟内堆填的弃渣，若不加以妥善防护，堆渣可能崩塌、滑落，从而形成新的泥石流物源，可能会对弃渣　场下游的泥石流冲沟的安全运行造成影响，并对周边居民和设施的安全造成威胁。本文以金沙水电站石家　沟弃渣场为例，对泥石流冲沟型弃渣场防护方案进行研究。　【关键词】　水电工程　泥石流　冲沟型弃渣场　石家沟弃渣场　金沙水电站　【ＤＯＩ编码】　１０．３９６９／ｊ．ｉＳｓｎ．１６７２—２４６９．２０１４．１１．０２４　【中图分类号】ＴＶ５　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１６７２—２４６９（２０１４）１卜００７３—０３　前言　水利水电工程施工过程中，为减少弃渣运距　以节省工程投资，同时考虑避免弃渣对周边居民　房屋、人员设施等可能带来的巨大压力，经综合　比选，施工过程中只能将弃渣场布置于泥石流冲　沟内。泥石流冲沟本身具有极大的危害性，在泥　石流冲沟内弃渣，往往形成不稳定体和潜在不稳　定体，甚至成为泥石流的重要补充来源，若不加　以防治或防治不当，将极可能产生更大的危害。　泥石流冲沟型弃渣场的潜在危害较大，防治　经验较为欠缺。如何安全顺畅的排导冲沟内泥石　流，又能有效防护弃渣，是泥石流冲沟型弃渣场　防护中必须面对和急需解决的问题。本文以金沙　水电站石家沟弃渣场为例，通过泥石流排导和弃　渣场拦挡、防护相结合，工程与植物措施相协调，　形成完整的弃渣场防护方案。　电为主，兼有供水、改善城市水域景观和取水条　件、对观音岩水电站反调节作用等，并促进地方　经济社会发展。金沙水电站正常蓄水位１０２２ｍ，　装机容量５６０ＭＷ，，多年平均发电量为２５．０７亿　ｋＷ・ｈ。工程建设总工期７２个月。　金沙水电站枢纽工程开挖总量９３６．９３万ｍ　（自然方，下同），填筑总量４４１．９４万ｍ。，利用　自身开挖量３０３．９８万ｍ　，经土石方平衡后永久　弃渣为６２５．１２万ｍ３，全部弃于石家沟弃渣场。　１．２　流域概况　石家沟流域隶属于四川省攀枝花市西区，流　域内分布有攀钢三小区、新庄三社、清香坪污水　处理厂等，均位于冲沟北侧；其中攀钢三小区紧　邻冲沟中段，交通便利。　石家沟流域面积０．９２４６ｋｍ　，主沟直线长度　１＿８６８ｋｍ，主沟曲线长度２．２８２ｋｍ，主沟床弯曲系　数１．２２２，流域最大相对高差７５０ｍ，主沟平均比　降４０．１％。整个流域沟谷总长度５．５６６ｋｍ，流域　切割密度为６．０２ｋｍ／ｋｍ　。石家沟从上游到下游发　育１０条支沟，其中左侧８条，右侧２条。　１　概述　１．１　项目概况　金沙水电站位于金沙江干流中游末端的攀　枝花河段上，地处四川省攀枝花市西区，上距观　音岩水电站坝址２８．９ｋｍ，下距攀枝花水文站和银　江水电站分别约１ｌｋｍ和２１ｋｍ，开发任务为以发　石家沟流域位于区域构造稳定性评价分区　的稳定性较差区。区域场地的地震基本烈度为Ⅶ　作者简介：黄斌（１９８１年一），男，工程师。　・７３・　没计施工　度，坝址５０年超越概率为１０％的基岩水平峰值加　速度值为１２０ｃｍ／ｓ　（０．１２２ｇ）。　石家沟流域附近的攀枝花气象站多年平均　气温２０．８℃，多年平均降雨量８５３．４ｍｍ，多年平　均蒸发量为２５９６ｍｍ，历年实测年最大风速为　１７．７ｍ／ｓ（２００１年７月２０日）。　２　泥石流性质、活动特征及治理现状　２．１　泥石流活动历史　据调查，清香坪攀钢三小区后山泥石流在每　年雨季皆有不同程度的发生，一年一次或多次，　特别是近些年来发生频率和规模都有加剧趋势，　２００７年发生了两次较大规模的泥石流。其中，　２００７年７月１０日凌晨发生的泥石流，冲毁平房　一间，冲走车辆一辆，未发生人员伤亡情况，当　地共６０多户居民、２００多人的安全受到严重威　胁，直接经济损失约４５０万元。　２．２泥石流性质　根据现场调查及研究分析，石家沟泥石流物　质组成中粉砂、粘粒含量较少，多为＞２ｍｍ各级　粒度，很不均匀；流体属性多为牛顿体，无粘性；　泥石流重度为１．７５２ｔ／ｍ。。经综合分析，该泥石　流为水石型稀性泥石流。泥石流中固体物质比重　２．４ｔ／ｍ。，水力半径３．５ｍ，水力坡度４０．１％，１％　频率下泥石流洪峰流量为１２１．３４ｍ。／ｓ，采用《泥　石流灾害防治工程勘查规范》（ＤＺ／Ｔ０２２０—２００６）　西南地区（铁二院）公式计算，泥石流平均流速　为１１．１３ｍ／ｓ。　２．３泥石流的活动特征　（１）泥石流物源　泥石流物源主要包括形成区内沟源处的崩　坡积体（主沟沟壁附近较陡坡面）和早期泥石　流在流通区宽缓地段形成的泥石流堆积体，物　源中不稳定体和潜在不稳定体总体积约ｌ１．２１　万ｍ。；人工开辟菜园、果园，易造成水土流失，　流失的水土为潜在泥石流的物源；流通区布置　的弃渣场弃渣若不加以防护，也将成为泥石流　的主要物源。　（２）泥石流危害　主要包括两个方面：一是危及砂石料加工系　统、丽攀高速隧洞进口和清香坪污水处理厂、居　民房屋、鱼池等的安全；二是对石家沟弃渣场的　危害。　经计算，１％频率下泥石流沟一次泥石流总量　・７４・　２０１４年第ｌ１　１０．８５万ｍ。。　（３）泥石流活动频率为中等　经综合分析，石家沟泥石流处于青壮年期，　泥石流所在区域为易活动区，泥石流活动强度为　强，属中等。　（４）泥石流的激发因素　石家沟流域降雨集中在每年的６～９月，占　全年雨量的６５％以上，且易出现大、暴雨等强降　雨；由于流域内高差大，降雨量分布不均，降雨　量随海拔的增高而增大：上游降雨后，坡面及沟　道汇流迅速，为中下游泥石流的形成提供了强劲　的水动力条件。　２．４　弃渣场以上石家沟泥石流治理工程现状　２０１２年６月，攀枝花市西区国土局对攀钢三　小区石家沟弃渣场以上沟段采取了应急工程进　行治理，工程措施主要包括１　、２　谷坊坝、护堤、　护底等。据现场调查结果，治理工程结束后一年　来，石家沟泥石流未大规模爆发，冲出量较小。　两级谷坊坝坝前基本为空库，未见明显淤积，泄　水口未见堵塞现象，２　谷坊坝坝后护堤、护底段　基本无泥石流冲出物。　３渣场防护措施布局　３．１设计标准　石家沟弃渣场的堆渣容量８１０万ｍ。，为特大　型弃渣场，且其危害对象主要包括下游砂石料加　工系统、丽攀高速隧洞进口和清香坪污水处理　厂、居民房屋、鱼池等，相应的防洪标准取上限　为１００年一遇；泥石流排导工程既排除弃渣场上　游石家沟泥石流，又兼作石家沟弃渣场左侧周边　排水通道，相应的防洪标准为１００年一遇，其建　筑物级别为３级；拦挡工程为弃渣场主要建筑物，　其建筑物级别为３级；攀钢社区雨水引排工程既　排除攀钢三小区Ｇ３、Ｇ４出水口雨水，又兼作弃　渣场周边截排水沟，相应的防洪标准为１００年一　遇，其建筑物级别为５级；截排水工程主要排除　渣体表面汇水，防洪标准为２０年一遇，周边截　水沟防洪标准为１００年一遇；边坡防护工程级别　为ＩＩ级。　３．２渣场防护措施布局　石家沟弃渣场防护体系由工程措施、植物措　施和临时措施组成。主要由以下八部分组成：　（１）泥石流排导工程：对石家沟下游泥石　流流通区采取疏导为主、保证流路通畅为防治要　设计施工　２０１４年第ｌｌ　点，进行有效排导靠近社区段和渣场区的山洪和　泥石流，既避免山洪泥石流冲击渣体诱发渣体失　稳，又避免堆渣导致上游社区段演变成泥石流沉　积区。　植被等。　４　结语　本文以金沙水电站石家沟弃渣场为例，在分　析泥石流性质、活动特征的基础上，结合弃渣场　（２）拦挡工程：对渣场坡脚布置拦渣坝，　避免堆渣过程中渣体向下滑落，包括埋石混凝土　坝和碾压堆石坝。　周边地形、地质条件和弃渣场堆存形貌，采取有　针对性的防护方案，按照“先拦后弃、以排为主，　工程、植物、临时措施相结合”的原则，有效地　将泥石流排导和弃渣场坡面防护、周边截排水相　结合，形成完备的泥石流冲沟型弃渣场防护体　系，可以为其他泥石流冲沟型弃渣场的防护方案　及措施设计提供借鉴。　（３）攀钢社区雨水引排工程：有效引排攀　钢三小区雨水，既避免弃渣造成社区渍害，又防　止社区雨水浸满诱发渣体失稳。　（４）渣底沟道处理工程：表土剥离后，采　取抛石等对堆渣区天然沟道进行处理。　（５）堆渣边坡防护及截排水工程：包括渣　体分级和平整、网格护坡、渣顶、马道、坡面排　水及周边截水等。　参考文献　１．　任金明王永明夏威夷汪大为．西部水利水电工程拦沟　型弃渣场泥石流的危害及防护．水利规划与设计２０１３　（６）：３４～３８．　（６）清表及表土临时堆场防护工程：包括　表土剥离、钢筋石笼拦挡、排水措施、临时撒播　草籽、土地平整、覆土及植被恢复等。　（７）施工临时辅助工程：包括弃渣场内道　路、堆渣期间临时截排水等。　（８）植被恢复与建设工程：包括堆渣坡面　２．　朱颖彦崔鹏钟伦敦等．西攀高速公路泥石流防治与对　策．防灾减灾工程学报２００５　２５（４）：４１９￣４２５．　３．　王泽荣刘彬．苏家沟泥石流形成原因及防治措施．四川　水利２０１２（１）：５４～５５．　网格内灌草结合护坡、堆渣项面乔灌草结合恢复　（上接第６６页）　生态格网进行护坡，坡比为ｌ：２．５。　（４）方塘及周边区域设立防护设施和警示　标志。　对于库岸，由于库水位降低，原在水下的库　岸外露，相关部门做好清淤工作，并结合景观进　行绿化，尽可能采用生态的施工工艺，为和美村　提供良好的生活环境。　４．２维护管理　和美水库降等为方塘后，需要对其进行维护　管理：　５　结语　根据《辽宁省小型水库降等与报废管理办法　实施细则》（试行），对符合条件的小型水库做出　相应的降等处理，不仅能保护下游居民的生产、　生活安全，也为管理部门减轻了防汛工作的负　担，为维护人与自然的和谐发展做出贡献。　参考文献　傅琼华，杨正华．浅谈水库的降等与报废管理［Ｊ］．江西　水利科技，２００５．增刊　《水利水电工程等级划分及洪水标准》（ＳＬ２５２—２０００）　［Ｓ］，中国水利水电出版社．　（１）在保护范围内禁止爆破、打井、采石　等危害大坝安全的一切活动；　（２）大坝坝顶高程以下库区均属水域保护　范围，禁止在库区内排放污染物，大力推广使用　有机肥和无毒低残留农药，推进面源污染防治，　保护方塘的良好水质；　（３）对方塘建立健全防汛组织，保证工程　正常安全运行；　３　《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ２７４—２００１）［Ｓ］，中国水　利水电出版社　・７５・