1、金元水电站磨子沟泥石流发育特征摘要：金元水电站地处青藏高原东南部川西北丘状高原东南缘向四川盆地过渡地带，区域地质构造背景复杂，构造活动较强烈，金元水电站所建引水隧洞通过磨子沟，磨子沟谷侵蚀地貌较发育，部分沟谷切割较深，沟床纵横坡度和流域面积较大，磨子沟历史上曾多次发生泥石流。对磨子沟泥石流的发展趋势和危险性进行预测评价，对保障金元水电站顺利施工和安全运行有重要意义。 关键词：磨子沟；泥石流；预测；评价 中图分类号：P642.23 文献标识码：A 1 研究背景介绍 金汤河二级金元水电站位于四川省甘孜藏族自治州的康定县境内、大渡河左岸支流金汤河干流中游，为金汤河干流梯级开发的第二级水电站，引水式开
2、发。坝址位于康定县捧塔乡的下关门石、左岸支流雪顶沟汇口下游 1.9km 处。水库正常蓄水位 2610m，总库容 13.3 万 m3，为日调节水库，电站装机容量 10.8 万 kW。 引水隧洞穿过磨子沟中游，磨子沟泥石流发育于四川省甘孜州康定县捧塔乡，金汤河左岸，沟口即捧塔村。磨子沟流域面积约 23.4km2，最高海拔高程为 4300m，沟口海拔高程为 2200m，相对高差 2100m，总流域长 8.02km，平均坡降为 261.8。 金元水电站所建引水隧洞通过磨子沟，磨子沟谷侵蚀地貌较发育，部分沟谷切割较深，沟床纵横坡度和流域面积较大，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害时有发生。因此，磨子沟泥石流对
3、电站的建设密切相关。 2 磨子沟泥石流发生基本地质条件 2.1 地形条件 磨子沟流域属典型的高山峡谷地貌，流域内山体坡度大、高差悬殊、地表土质松软，沟谷为深切的“V”型河谷，上游沟谷窄而陡，跌坎比较发育，跌水现象明显。流域内地形相对高差较大，达 2100m，纵坡降261.8，从而构成了泥石流形成的动力条件。而磨子沟沟谷两侧坡度多在 40以上，坡体的固体物质容易汇集于沟道内，风化的松散碎屑物易于积累，斜坡上的松散残积物多处于极限平衡状态，一遇暴雨激发，便形成泥石流。同时在该地形条件下坡面水流容易迅速下泄集中于沟道内，为启动泥沙提供了良好的动力条件。 2.2 物源条件 “5.12”汶川大地震及其余
4、震的影响，导致该区的岩层较为松散。磨子主沟沟道高程 3100 以上的形成区，由于坡形更加陡峭，加之海拔较高，岩体在物理、冻融风化作用下极易产生崩塌、剥蚀，基岩大面积裸露，但风化程度较高。这些风化残积物易被搬运堆积在坡面下部较缓处，而后由流水搬运至下游。在雨水冲刷下，坡面堆积的松散物质容易受雨水冲蚀沿冲沟而下，将堆积物带入主沟沟道内，成为泥石流物源。 按类型大致分为滑坡体、崩滑堆积体、沟床堆积物、矿渣堆积体和工程弃渣堆积体 5 种类型，总体积约 78.87 万 m3，结合遥感解译手段，估算磨子沟可移动松散物源约 32.15 万 m3。 2.3 降雨激发条件 磨子泥石流形成的动力条件是降雨，特别是
5、大雨、暴雨。在雨季来临时，流域内的松散堆积体经过长时间雨水的侵泡，逐渐达到饱和状态，C、 值显著降低，原来的高陡坡上的风化残积物此时自稳能力变差，随降雨带入沟道，同时在突发强降雨条件下，坡脚处松散堆积体被流水冲刷、掏蚀并发生垮塌，加上地表径流造成的坡面侵蚀，从而汇流形成泥石流。另外，主沟沿途两侧崩坡堆积体较多，其结构松散，大块石含量较多，局部形成架空现象，在强大水流的携带作用下，堆积体中的细小颗粒被冲走，导致大块石失稳垮塌、滚落到沟中，使得沿途不断补给固体物质。 据访问当地居民，在 1999 年及 20052008 年暴发的泥石流都在68 月份的雨季，且在暴发时具有较强降雨发生。由此可以推断，
6、强降雨为磨子沟泥石流暴发的主要激发条件。 沟床纵比降较大是磨子沟暴发泥石流有利的地形条件；沟道后缘及谷坡上堆积的大量崩塌、滑坡堆积体以及沟道内的沟床堆积物为磨子沟暴发泥石流提供了丰富的物质来源；前期长时间连续降雨以及后期暴雨为磨子沟泥石流的暴发提供了强大的水源条件。 3 磨子沟泥石流动力学特征 3.1 泥石流流速计算 计算断面主要选取四处，2#支沟和主沟交汇处的 1-1断面，矿场上游的 2-2断面，号桥位置的 3-3断面，以及号桥下游的 4-4断面（见图 3-1） 。磨子沟 30 年一遇泥石流平均流速为 8.96m/s，与 3-3断面计算结果较接近，同时 3-3断面位于金元水电站引水隧洞处，下
7、游为工程弃渣区，考虑到泥石流对工程的影响，推荐采用 3-3断面计算20 年、30 年、50 年及 100 年一遇泥石流流速及可搬运最大块石粒径，其计算结果如表 3-1。 表 3-1 不同频率下磨子沟泥石流流速 频率 沟道纵坡 I 水力半径 R（m） 流速平均 V（m/s） 可搬运最大粒径（m） 5% 0.141 2.5 5.62 2.0 3.33% 4.3 8.07 4.1 2% 4.7 8.57 4.6 1% 5.2 9.16 5.3 图 3-1 磨子沟断面布置平面图 3.2 泥石流一次冲出量 一次泥石流总量 Q 可通过计算法确定。计算法根据泥石流历时T（s）和最大流量 Qc（m3/s） ，
8、按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按如下公式计算。 Q =K TQc 式中：K 值的变化随流域面积 (F) 的大小而变化，根据规范，F=23.4km2，则 K = 0.0378。 当 F100 km2 K60 16 3 沟口泥石流堆积活动程度 主河河形无较大变化，仅主流受迫偏移 11 4 河沟纵坡% 12 12 5 区域构造影响程度 相对稳定区，4 级以下地震区，有小断层 4 6 流域植被覆盖率（%） 3060 1 7 河沟近期一次变幅（m） 1m0.2m 4 8 岩性影响 风化和节理发育的硬岩 4 9 沿沟松散物贮量（104m3/km2） 10 6 10 沟岸山坡坡度（） 32
9、 6 11 产沙区沟槽横断面 V 型谷、谷中谷、U 型谷 5 12 产沙区松散物平均厚度（m） 51 3 13 流域面积（km2） 23.6 3 14 流域相对高差（m） 500 4 15 河沟堵塞程度 中等 3 总得分 94 易发程度评价 易发 泥石流沟易发程度评价结果表明磨子沟泥石流为易发，单沟危险度评价结果为中等危险性，根据调访当知磨子沟泥石流发生频率为高频。综合以上三种评价结果，可以认为：磨子沟属于高频易发，危险性中等。4.4 泥石流发展趋势分析 磨子沟流域的降雨量、降雨类型、雨强和暴雨频率基本不变，因此诱发泥石流的外动力条件没有改变，泥石流暴发的基本规律不会发生改变。 根据访问和调查
10、，磨子沟在历史上就是一条泥石流沟，其泥石流的形成主要和其流域的地形地貌以及气候有关。松散的物体物质较为丰富，目前流域范围内松散固体物源约 78.87 万 m3；沟谷纵坡降较大，主沟平均纵坡降达 261.8；局域的集中降雨是泥石流形成的关键因素。 按照泥石流发展的阶段划分，目前仍处于壮年期，依据为：从宏观地形上看，泥石流堆积迫使金汤河主流偏移。在丰富的松散物源和地形基础上，泥石流再次暴发仍然有足够的条件。 磨子沟流域内植被发育状况较好，主要的人类活动为矿厂的开发，其不仅使部分植被遭到破坏，而且增加了泥石流潜在物源，因此，提高对矿厂尾矿及矿渣的合理处理和提高人们对植被的保护意识相当重要。 5 结论
11、和建议 5.1 结论 a）磨子沟流域面积约 23.4km2，最高海拔高程为 4300m，沟口海拔高程为 2200m，相对高差 2100m，总流域长 8.02km，平均坡降为261.8。从形态特征上具有明显的形成区、流通区和堆积区，并且各区功能显著，具备典型沟谷型泥石流特征。流域内植被发育，沟床纵坡比降较大，沟道侵蚀作用强烈。 b）固体松散物源量较丰富，整个流域松散物源方量约 70.2 万 m3，其中可移动物源约 32.25 万 m3。 c) 磨子沟为高频易发、危险性中等的泥石流沟，暴发的泥石流多为中小规模稀性泥石流，目前正处于其发展的旺盛期，可能会对当地居民和施工人员驻地产生一定威胁。 5.2 建议 a）在磨子沟流域建立泥石流预警系统，开展泥石流的监测预警工作。b）建筑物布置应尽可能避开或者远离磨子沟泥石流区域，确保顺利施工和安全运行。 参考文献：
