（地质工程专业论文）龙头石水电站海尔沟泥石流发育特征及对移民场地影响评价.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 龙头石水电站是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一，在龙头石水 电站库区右岸分布较大规模的海尔沟泥石流冲沟，历史上曾经暴发过较大规 模泥石流活动。根据可研阶段设计方案，新民乡政府所在地将被部分淹没， 受淹没影响的移民主要沿海尔沟沟口堆积扇后靠搬迁，野外地质调查显示， 穿越迁建区的海尔沟泥石流是控制其正常修建和运营的重大地质问题。 本文系统地阐述了海尔沟泥石流的发育环境及发育特征，包括沟谷特 征、分区特征、发育历史、发育阶段及易发程度；据泥石流沟自身特点，选 用现阶段最新研究成果，推算了海尔沟泥石流流速、冲击力、峰值流量，总 流量等动力特征和规模数据；泥石流危险度，即遭受泥石流损害的可能性， 论文建立了危险性评价模型，使用泥石流能量量代替泥石流规模来计算分析 泥石流危险度，不仅使泥石流的淤积作用得到了体现，而且涵盖了泥石流的 冲击破坏作用。并且在危险度公式中运用泥石流的易发程度概念，弱化泥石 流发生频率权重，从而使公式更贴切危险度内涵，同时运用刘希林的单沟泥 石流危险度计算公式计算了海尔沟泥石流的危险度，两种方法的评价结果是 一致的；根据泥石流活动情况以及堆积程度、堆积范围的分析研究，进行危 险度分区，并评价海尔沟泥石流对拟建移民迁建场地的影响，最后提出防治 工程建议。 关键词：泥石流；发育特征；危险性评价；危险度分区 西南交通大学硕士研究生学位论文第li 页 a b s t r a c t l o n g t o u s h ih y d r o p o w e rs t a t i o ni so n eo ft h el a r g e - s c a l es t e ph y d r o p o w e r p r o j e c t st ob ed e v e l o p e do nd a d u h er i v e rr e c e n t l y o nt h er i g h ts i d eo f r e s e r v o i ro fl o n g t o u s h i h y d r o p o w e rs t a f i o n ，t h e r es t a n d s ar a t h e r l a r g e - s c a l e d e b r i sf l o w g u l l e y h a i e rg u l l e y , w h i c he v e rg e n e r a t e d l a r g e - s c a l ed e b r i sf l o wi nh i s t o r y a c c o r d i n gt od e s i g np r o j e c t so ff e a s i b i l i t y s t u d y ，s o m ep l a c eo fx i n m i nt o w nw i l lb ef l o o d e dw h e nr e s e r v o i rs l u i c e s ，a n d i m m i g r a n t sw i l lm o v et ob a c ko fa c c u m u l a t i o no fh a i e rg u l l e y f i e l d g e o l o g i c a ls u r v e ys h o w st h a th a i e rg u i l e yd e b r i sf l o wt h r o u g ht h er e l o c a t i o n i si m p o r t a n tg e o l o g i c a lp r o b l e mt ot h ec o n s t r u c t i o na n dr u n n i n go ft h e r e l o c a t i o n t h et h e s i sf o r m u l a t e st h ed e b r i sf l o w s d e v e l o p m e n tc h a r a c t e r i s t i c s ， i n c l u d i n gg u l c hc h a r a c t e r i s t i c ，v a l l e ys u b z o n ec h a r a c t e r i s t i c ，d e v e l o p m e n t h i s t o r y ，d e v e l o p m e n ts t e pa n d t h eh a p p e n i n ge a s i l yd e g r e e ；a c c o r d i n gt oi t s c h a r a c t e r , s e l e c t i n gt h el a t e s tr e s e a r c hr e s u l t s a tp r e s e n t ，c a l c u l a t e st h e d e b r i sf l o w ，t h em o v i n g , d y n a m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es c a l e ，s u c ha s ， t h ev e l o c i t yo ff l o w ，t h ew a l l o p ，t h ep e a kv a l u ef l u x ，a n dt h et o t a lf l u x i ti s k n o w nt h a td e b r i sf l o wh a z a r dd e g r e ei st h ep o s s i b i l i t yo ft h ed e b r i sf l o w i m p a i r i n g , a n dt h ed e b r i sf l o wd e s t r u c t i v ee f f e c t sm a i n l yc o n s i s tu pi m p a c t a n dd e p o s i to ft w oa s p e c t s i nt h et h e s i st h ee n e r g yr e p l a c e st h es c a l et ob e u s e dt oc a l c u l a t et oe s t a b l i s hm o d a la n da n a l y z et h ed e b r i sf l o wh a z a r d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ll 页 d e g r e e ，a sn o to n l ym a k et h ef u n c t i o no fd e p o s i t i n go ft h ed e b r i s r e f l e c t e d ，b u ta l s oi sg e n e r a lt oc o n t a i n t h ei m p a c to ft h ed e b r i sf l o w d e s t r o y i n gf u n c t i o n b e c a u s et h eh a p p e n i n ge a s i l yd e g r e eo ft h ed e b r i sf l o w i sa d d e dt ot h eh a z a r dd e g r e ef o r m u l aa n dt h ed e b r i sf l o wf r e q u e n c yv a l u ei s w e a k e ni nt h ef o r m u l a ，i ti sg r e a t l yc l o s et oh a z a r dd e g r e em e a n i n g a tt h e s a m et i m e , t h et h e s i su s e sr i s kf a c t o rc a l c u l a t i o nf o r m u l ab yl i u x i l i nt o c a l c u l a t eh a z a r dd e g r e e , a n dt h er e s u l t sb yt w om e a n sa r eu n a n i m o u s a c c o r d i n gt ot h ea c t i v i t yo f d e b r i sf l o w ，d e p o s i td e g r e ea n dd e p o s i te x t e n t , t h et h e s i sm a k e sr i s kd e g r e ep a r t i t i o n , a n da p p r a i s et h ei n f l u e n c eb yh a i e r g u l l e y d e b r i sf l o wt o i m m i g r a n tr e l o c a t i o n ； a t l a s t , p r e v e n t i o n c o u n t e r m e a s u r es u g g e s ti sp u t t e df o r w a r d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页 k e yw o r d s ：d e b r i sf l o w ；d e v e l o p m e n tc h a r a c t e r i s t i c s ；r i s ka p p r a i s a l ；r i s k d e g r e ep a r t i t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 选题依据及研究意义 1 1 1 研究意义 泥石流是高浓度水、砂、砾复合异向混合流，是颗粒大小差异很大的固 体( 岩土体) 和液体( 水) 的联合运动。泥石流属于典型的灾害地质现象 及地貌过程，由于泥石流活动区有限，泥石流过程历时短暂，运动能量巨大， 因而极具破坏力。1 。泥石流运动具有突发性、局地性、短暂性和凶猛性。它 不仅造成山区局地环境的破坏，还危害与威胁到山区人类与经济建设。半个 世纪以来，随着山区经济建设的发展，部分地区由于生态平衡不断遭到破坏， 防治措施不当，致使一些山区泥石流危害相当严重，据近年统计资料表明， 中国泥石流分布在3 1 个省、市和自治区，约9 5 0 县市，我国己初步查明并 编目的泥石流沟8 5 0 0 多条，估算全国泥石流沟的总数达几万条，由此可见。 泥石流灾害问题不容忽视“1 。因此，对泥石流的研究已成为我国山区社会、 经济发展中急迫研究的课题：分析泥石流的发育特征，掌握泥石流的活动规 律，作出预测及采取有效的工程措施：对泥石流进行危险性评价及研究其对 工程建设的影响对于沟谷流域内重大工程设计及施工方案的确定及泥石流 治理、减灾防灾等都具有重要意义。 1 1 2 选题依据及论文依托背景 龙头石水电站位于四川i 省西部大渡河中游石棉县境内，坝址距下游石棉 县城约2 0 k m ，距成昆铁路汉源火车站约1l o k m ，距上游泸定县城约9 2 k m 。坝 址左岸有省道$ 2 1 l 线( 泸定一石棉) 公路相通，交通较方便。 龙头石水电站是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一，坝址处控制 流域面积6 3 0 4 0 k m 2 ，占全流域的8 1 4 4 ，多年平均流量1 0 2 0 m 3 s 。水库正常 蓄水位9 5 5 m ，总库容1 1 9 9 4 亿m 3 ，最大坝高7 2 5 m ，电站装机容量7 0 0 姗“1 。 水库正常蓄水位9 5 5 m 时，上游回水至大岗山水电站，水库长约1 5 2 k m 。 根据可研阶段设计方案，新民乡政府所在地将被部分淹没，受淹没影响的移 民主要沿海尔沟沟口堆积扇后靠搬迁，拟建新民集镇迁建场址规划用地涉及 高程为9 4 0 9 7 0 m ，两在水库正常蓄水位9 5 5 m 以下规划用地，拟通过回填土 填筑并压实等工程措施，外设防洪堤以达到设计要求。野外地质调查显示， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 对迁建场址影响显著的除了大渡河回水外，穿越迁建区的海尔沟泥石流是控 制其正常修建和运营的另一重大地质问题嘲。 调查表明，海尔沟历史上曾经有暴发过泥石流活动的迹象，因此此泥石 流沟现状如何? 是否还存在暴发较大规模泥石流活动的可能等，将会对新民 集镇迁建场址产生重要影响。显然对此泥石流沟进行有关泥石流的性质、特 征、形成条件调查，预测其暴发规模，进而对上述工程枢纽作危害程度评价， 并提出相应的工程处理措施，是非常必要的。 本硕士论文就是结合海尔沟泥石流发育特征及其对拟建迁建移民场地 危害性评价进行。因此，不仅论文选题密切结合大型工程实际，具有工程实 际意义，而且对泥石流动力特性及相关研究的理论意义也明显。 1 2 国内外研究现状及水平 1 2 1 国内外研究进展概述 资料显示，世界上有5 0 多个国家和地区常受泥石流危害，都有不同程 度的研究，欧美国家泥石流系统研究始于1 9 世纪中叶，其中原苏联的研究 深度和广度，以及防治工程的系统配置居世界前列。1 9 4 7 年苏联科学院泥 石流研究委员会成立，随即组织的多学科综合研究系统专著和论文集相继出 版，标志其泥石流研究已进入一个新阶段，同时也对世界其它国家的研究产 生较大影响”。此外，在有泥石流发生的其他国家，如德国、英国、南斯拉 夫、罗马尼亚、加拿大、挪威、澳大利亚和新西兰、印度尼西亚等地也先后 开展了泥石流的系统研究。亚洲国家泥石流研究起步于2 0 世纪中叶，以日 本泥石流研究进展最快，日本的泥石流研究始于2 0 世纪6 0 年代，起步虽晚， 但进展较快，在泥石流水力学特性、预测预报和防治基础理论研究方面取得 明显成就嘲。 从1 9 世纪中叶泥石流系统研究开始，作为一门学科的国际泥石流研究 迄今已有一个半世纪的发展历史，其间经历了2 0 世纪3 0 年代以前的以单纯、 简单治理为主旨的、定性描述为主要特征的泥石流线路调查及宏观工程防治 时期。1 ：2 0 世纪3 0 7 0 年代的大规模以区域泥石流研究为基础的认识泥石 流区域分布规律、实地设立观测站，进行观测资料累积分析时期；2 0 世纪 7 0 9 0 年代，是以过程为目标，形成机理为主旨的大规模泥石流模型试验和 人工泥石流试验为研究方法的泥石流动力学和运动学机制研究时期。2 0 世纪 9 0 年代是全面开展泥石流系统预测预报和综合治理的全新时期，也是泥石流 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 形成机理、动力学机制、理论分析的深化时期。作为当代灾害学研究的主要 项目之一，泥石流研究理论、分布规律、灾害过程、形成机理、动力学机制 的研究，其主要成果进展有以下几个方面：泥石流学科理论体系的发展、泥 石流流体性质问题研究进展、泥石流观测实验研究、泥石流预测预报系统研 究、泥石流形成机理研究。 我国属世界上受泥石流危害的主要国家之一：西部高山冰川泥石流、中 部中山暴雨泥石流和东部中低山区矿山开发引起的废石泥石流，对交通、工 矿、电站、城镇和农田水利威胁日益突出。山区人民与泥石流斗争具有悠久 历史和丰富经验，地方史籍中曾有不少记载。是进行系统研究的珍贵资料。 但作为学科进行专门研究，是在新中国成立后止式开始。总结我国泥石流研 究的发展史，可分为以下三个阶段“”：一是6 0 年代开辟阶段。铁道部第勘 察设计院对陇海铁路宝天段泥石流进行的调查与防治研究，是我国泥石流研 究的开端。6 0 年代，甘肃省交通厅、中科院冰川冻土所和成都山地灾害与环 境研究所等相继组建了专业研究机构。在研究方法和理论依据方面，基本上 依照传统水文学借鉴苏联的经验。二是7 0 年代提高阶段。此阶段，研究队 伍得到巩固、壮大。除继续进行国家建设中遇到的泥石流防治工程外，开展 了重点泥石流区域调查和组建了泥石流观测站，系统收集了西北、西南泥石 流分布、成因与活动的资料。从而提高了认识水平，掌握了研究方法。从古 典水文学和别国经验中超脱出来，着手建立符合我国实际的理论和研究方 法，并出版了一批专著和论文。三是8 0 年代以后的发展阶段。研究领域扩 大，由暴雨泥石流、冰川融水型泥石流研究扩展到冰湖溃决泥石流和矿山泥 石流的系统研究；观测研究深入系统、设备现代化；基础理论研究深入，初 步建立了我国自己的理论体系；防治工作在国家经济建设中发挥了突出作 用：研究成果倍增，省级学会相继成立，学术交流空前活跃，国际合作广泛 开展。 1 2 2 泥石流发育条件研究现状 国内外学者普遍认为，泥石流的形成与发育必须具备三个基本条件n 1 1 ： 一是有利的地形地貌基础：二是丰富的补给物质条件：三是有适当的降雨水 源激发。三个条件中，前二者属环境条件，即一条沟谷所具备的自然环境， 第三者是激发条件，是判别一条沟谷在区域性气候控制下是否暴发泥石流的 条件。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 在地貌条件的研究中，重点是泥石流源地的研究。田连权对泥石流源地 进行了三级8 类的划分，并研究了不同类别的源地对泥石流形成的贡献“4 ； 谭万沛等认为地貌形态特征，如流域面积、主沟长度、比降、山坡坡度等， 对泥石流的发育程度、活动规律等方面有重要影响“”；在补给物质条件的研 究中，吴积善、田连权等对泥石流的土源类型、土体特征、补给方式及影响 因素方面作了阐述“”；在水源条件的研究中，陈景武、谭万沛、孟河清等对 降雨和泥石流的发生关系作了研究，并用降雨资料对泥石流发生进行预测 “”：吕儒仁、邓养鑫等对冰雪融水激发泥石流作了初步研究n 蝴。 泥石流形成的前两个基本条件一地形地貌条件和补给物质条件，鄂沟谷 的自然环境条件，可分为两个综合因素：一为动力综合因素；二为物质综合 因素。唐邦兴1 、朱静“”、朱平等“”根据大面积的野外实地考察和丰富的 资料整理分析，将上述两个综合因素具体为1 2 个单因子。根据各单因子对 泥石流活动的影响程度，结合野外考察实践按1 0 0 分计在1 2 个单因子中 分配权重，根据得分确定出沟谷综合环境条件指数，进行定量或半定量研究。 降雨是泥石流激发的重要条件，也是泥石流活动的制约条件。对于雨强，大 多数学者一致认为，雨强是激发泥石流的一个不可忽略的因素，大量的泥石 流发生与i 小时雨强和1 0 分钟雨强密切相关0 1 。 在泥石流的形成过程方面，国内外均有不同程度的研究。前苏联学者弗 莱施曼通过分析大量野外调查资料，提出了泥石流形成机理分类系统，该系 统把泥石流能源分为三类，即动力类、重力类和动力一重力类：另一位前苏联 学者维诺格拉多夫提出了三类泥石流形成机理，即侵蚀一搬运型，侵蚀一滑移 型和滑移型；叶基阿扎罗夫则用“膨胀”和“跌移”现象来解释稀性泥石流 的形成过程日本一些学者以颗粒流理论和土体稳定分析来论述泥石流的形 成过程，高桥堡研究了均一堆积层的土力学稳定条件，根据坡度和相对水深， 明确划分了各种泥沙运动形式的形成范围：我国学者提出了泥石流的形成主 要可分为水力类和土力类( 或称重力类) 泥石流的形成过程，并认为我国西南 地区泥石流的形成大多以土力类为主( 康志成、田连权。“) ，因而对土力类泥 石流形成过程较为侧重( 崔鹏) ”。 1 2 3 泥石流危险性评价研究现状 泥石流危险性评价的主要内容是评价泥石流的活动程度，反映泥石流灾 害的破坏能力，泥石流危险性评价主要分为历史灾害强度评价和潜在灾害强 度评价，历史灾害强度主要包括历史灾害的规模、密度和频次。潜在灾害强 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 度受地质条件、地形地貌条件、气候植被条件、人为条件等的制约；对于历 史灾害可以通过统计比较地获取这些数据，对潜在灾害则需要通过一系列分 析过程才能获取这些数据，是危险性评价研究的主要内容。 国际上对泥石流危险性评价非常重视，有关危险度的研究也相对较早。 早在1 9 世纪后半期，俄国道路工程师b h 斯塔科特夫邦基在设计穿越主高 加索山脉的格鲁吉亚军用公路时。就初步涉及到泥石流的成因和泥石流危险 度的问题嘲。直至2 0 世纪3 0 年代至4 0 年代，由于前苏联在泥石流研究方 面一枝独秀，整个泥石流危险度研究取得了质的进展，对泥石流危险度进行 了量化，并编制了泥石流危险区域图，泥石流危险度的研究得到了空前的发 展“1 。1 9 7 7 年日本足立胜治等开展了泥石流发生危险度的判定研究，主要从 地貌条件、泥石流形态和降雨三方面判定泥石流发生率。其中每个方面分若 干要素，每个要素又分若干等级，每个等级给出相应的判别得分，然后统计 计算泥石流发生和不发生的可能性大小，即泥石流发生危险度“。1 9 9 0 年日 本久保田哲也等再次开展了泥石流发生危险度的判定研究洲，主要从短历 时降雨的有效降雨量和降雨强度来研究泥石流发生的可能性。1 9 8 8 年日本高 桥等开展了扇形地上泥石流危险度的评价研究，主要探讨了泥石流堆积厚度 对既有建筑的危害评价”1 。瑞典m t e l d e e n 所作的灾害危险度分析，包括 灾害类型的辨别和灾害规模的估计，并将它们用危险区图来表示。1 。 我国与泥石流危险度有关的研究最早见于1 9 8 6 年谭炳炎的泥石流严重 程度的综合评判。这一问题的提出，主要有两个目的：( 1 ) 怎样判别一 条自然沟是洪水沟还是泥石流沟：( 2 ) 如果是泥石流沟，其活动的严重程 度根据哪些条件来评判，即试图解决泥石流调查勘测中的错判、漏判和轻判 问题。这一论题后来有了进一步发展，以同一作者为主完成的“泥石流沟的 判别方法和数量化综合评判”的科研成果已在铁路部门推广和应用 3 1 j 。1 9 8 6 年艾南山等提出用流域面积一高程曲线及积分来判别泥石流的活动性。1 ， 1 9 8 9 年岳天祥等用超熵来评判泥石流流域的稳定性；1 9 9 2 年蒋忠信在此 基础上提出了以沟谷纵剖面形态指数n 表达的超熵数学式来评价泥石流的活 动性；1 9 9 4 年蒋忠信又提出了我国西南地区暴雨泥石流沟的简易判别法”1 ， 以上这些研究，与泥石流危险度评价密切相关，1 9 8 7 年罗云撰文介绍国外安 全科学中对人类作业条件的危险性评价方法，它对后来泥石流危险度研究有 较大影响汹1 。1 9 8 8 年刘希林等所著“泥石流危险度判定的研究”一文。”提出 了判定泥石流危险度的8 项指标和定量方法，并将泥石流危险度定义为“泥 石流对环境的威胁和危害程度。1 9 9 3 年，刘希林重新提出了泥石流危险度的 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 定义和泥石流危险度多因子综合定量判定模式及其计算公式”。刘加龙、 刘丽等运用f u z z y 综合评判法，就是将全部参评因素集合u 按某种属性分成 几类，先对每一类作综合评价，然后分另4 对评判结果进行“类”之问的高层 次的综合评判1 ，张春山，李志斌等运用灰色关联分析法m 】【驺】，即分别计 算危险因素的主导因子和关联因子的关联度及关联因子的权重，用各关联因 子的概化数据与其权值乘积之和分别求得各小流域的历史灾害强度和潜在 灾害强度，再将求得的两个值分别乘以权值求和，得到各小流域的危险性指 数。汪明武从泥石流发育、颁布和演化特征等指标来建立泥石流危险等级划 分的人工神经网络模型，应用神经网络法对泥石流进行危险度评价和区划 ；以泥石流沟水系和堆积物的分维值来划分泥石流的危险度，把分形理论 引入泥石流危险度的评价“”：采用效果测度的分析方法研究泥石流危险度的 分类，提供了一种普适性强易于操作的信息数据处理方法，定量地计算出泥 石流的危险度值。现代发展起来的“3 s ”技术( g i s 、r s 、g p s ) 对泥石流 的调查、评价起到了很重要的作用“”。 随着泥石流领域中的专门研究工的深入，新的成果不断涌现，目前，尽 管有关单沟和区域泥石流危险度的评价的基本原理和技术方法已初步成型， 并在实践应用中逐步得到改进和完善，但据工程的需要，结合具体问题分析 评价泥石流的危险性的研究还很少。 1 3 论文研究思路及技术方法 本次调查范围为东经1 0 2 。0 5 至1 0 2 。1 5 、北纬2 9 。2 0 至 2 9 。3 0 。野外调查中，对冲沟的物源区、流通区、堆积区使用1 ：5 0 0 0 实 测地形图和l ：5 万地形图开展了全面的地面调查，并做了有关的现场试验。 论文采用现场调查研究及相应的测试分析手段相结合的方法，分析泥石 流的发育特征，通过对沟谷特征、物源特征及堆积物特征分析，研究该沟泥 石流的发育历史和易发程度；采用经验公式或推理公式计算了泥石流的流 速、流量、冲击力等运动特征及动力特性；并对泥石流作危险性评价及其对 拟建移民迁建场地的影响评价，为防治设计提供设计参数，最后提出科学合 理的防治建议。论文的研究思路见图卜l 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图i - i 论文研究思路框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章泥石流发育的地质环境条件 2 1 地形地貌 海尔沟地处大渡河右岸一级支流，流域总体近东西向展布，西宽东窄( 图 2 一1 ) ，东西长8 5 k m ，南北宽5 l 【n i ，流域面积约2 4 8 k 舒。流域四面均为由 近2 4 0 0 3 4 0 0 m 中高山所形成的分水岭，其中西侧以近南北向3 3 4 3 m 高程最 高山脉为分水岭，南，北、东侧为与大渡河主流或其次级支流的分水岭。源 区最高海拔约3 3 4 3 m 左右，沟口高程约9 1 9 m ，高差约2 4 0 0 m 。总体上看，海 尔沟主沟沟口至沟源，呈近e w 向展布；主沟还有一个特点就是左侧支沟切 割较深，而右侧支沟切割相对较浅。 图2 - i 海尔沟所在区域卫星图象 2 2 地层岩性及地质构造 海尔沟所在区出露地层从沟口沟源依次为晋宁一澄江期黑云二长花 岗岩、粗粒花岗岩( 霄) 、震旦系苏雄组( z - 。) 、震旦系观音岩组( z z 。) 、 震旦系灯影组下段( z f ) 、泥盆系下统棒打组( d 。) ，同时在部分地段还分 布第四系松散堆积层。具体特征阐述如下。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 晋宁一澄江期黑云二长花岗岩、粗粒花岗岩( 霄) ：坚硬致密，抗 风化能力强，常构成陡峭山体，成为该流域局部分水岭，主要分布在海尔沟 沟口。 2 ) 震旦系苏雄组( z 。) ：为千枚岩、片岩，局部夹砂岩，总体岩性较 软弱，岩体抗风化能力差，常形成较缓山坡，主要分布在沟口附近。 3 ) 震旦系观音岩组( z 。) ：灰色微晶自云岩质大理岩。岩体抗风化能 力强，常形成陡峭山体，主要分布在流域中部。 4 ) 震旦系灯影组下段( z 。2 ) ：灰白色大理岩，岩体抗风化能力强，常 形成陡峭山体，主要分布在流域上都。 另外在海尔沟流域区第四系松散地层根据成因类型有：泥石流堆积、坡 残积、崩坡( 坍滑) 积。除泥石流堆积主要分布在沟口流域中下部外，坡 残积、坍滑和崩坡积在整个流域内分布较为普遍。 地质构造部位上，龙头石水电站位于川滇南北向构造带北段，为南北向 与北西向、北东向等多组构造的交汇复合部位。大地构造部位属扬子准地台 西部二级构造单元康滇地轴范畴，其西侧以锦屏山小金河断裂、磨西断裂 为界与雅江冒地槽褶皱带相邻，东面及东北面以金坪断裂、二郎山断裂为界 分别与上扬子台褶带和龙门山台缘褶断带相连。在具体构造部位上，龙头石 水电站库坝区处于由磨西断裂、大渡河断裂和金坪断裂所切割的黄草山断块 上。区内主要构造有磨西断裂、大渡河断裂、安宁河断裂( 北段) 、金坪断 裂、锦屏山小金河断裂( 北段) 和石棉断裂。 就海尔沟流域而言，磨西断裂和大渡河断裂呈北北西向展布，横穿海尔 沟，并分布在距沟口以内1 5 k m 2 k m 的1 0 5 0 m 高程以上谷坡地带。大渡河 断裂破碎带宽度较窄，沿断裂带有中、弱震分布。磨西断裂破碎带宽，物质 结构较疏松，胶结差，地震活动及水热活动由北向南减弱。由于上述两大断 裂的存在，使海尔沟沟口部位岩体完整性变差，一般呈碎裂散体结构。 2 3 物理地质现象 总体而言，海尔沟流域物理地质现象类型多，除正常风化卸荷外，崩塌、 滑坡及泥石流均有分布，不过以崩塌为主，其中以流域内岩烟沟大坪沟沟 口河段最为普遍，段内崩塌落石发育，再加之流域第4 5 梯级水电站及相 应配套公路修筑后，迸一步导致开挖路堑边坡崩塌范围扩大，目前尤其在海 尔沟左岸山坡崩塌落石较为普遍。 另外整个流域内局部地段有小型浅表层滑坡发育，且只发育在震旦系苏 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 雄组( z l s ) 片岩及其表层覆盖层中，总体规模很小，主要分布在右岸倪家 沟一带，如倪家湾浅层滑坡。 泥石流从发育历史上看，海尔沟应属老泥石流冲沟，现状调查看，整个 海尔沟在大坪沟以下河段泥石流仍呈发育态势。 2 4 水文、气象 工作区内无气象站，故气象资料参考距坝区约2 3 k m 的石棉县气象站观 测资料。台站海拔高程8 7 4 3 m 。据石棉县气象站资料统计，多年平均气温 1 6 9 ，极端最高气温3 9 2 c ( 1 9 8 8 年5 月3 日 ，极端最低气温一3 9 c ， 多年平均年蒸发量1 6 3 7 5 m ( 2 0 c m 蒸发皿) ，多年平均相对湿度6 9 ，多年平 均风速2 3 m s ，多年平均年降水量8 0 1 3 m m ，历年最大日降水量1 0 8 6 m m ， 年平均降水日数1 4 3 天( 表2 - 1 ) 野外调查显示，海尔沟和姚家沟均属季节性冲沟，但海尔沟常年流水， 只是枯季水量偏小；而姚家沟则平常沟谷干枯，只是在雨季暴雨时才会有水 流出。 从所在区域看，第四纪冰川堆积仅见于海拔3 6 0 0 m 以上的局部高山地区 ( 如俄脚大牛场、干海子、喇嘛沟沟尾等地) ，地貌上呈丘包或冰蚀湖。贡 嘎山现代冰川分布在大渡河支流磨西河右岸海螺沟等海拔3 0 0 0 m 以上地区， 沿贡嘎山主山脊呈羽状分布，显示出山岳冰川的特征。 调查区基岩内的地下水总体不发育，沟内水流主要靠大气降水和冰川融 化水补给。 2 5 植被 海尔沟流域内植被茂盛、且以针叶阔叶混交林及高山灌木丛为特点，天 然覆盖率达9 7 。在大坪沟以下河段两侧因流域内自1 9 9 9 年以来，连续修建 6 个引水式梯级小水电站及相应配套公路，引水明渠及配套公路大量开挖山 坡，导致部分路段形成的路堑边坡基岩裸露，植被覆盖率明显被破坏。 2 6 地震 本区西北面是鲜水河地震带，东北面是龙门山地震带，南面是安宁河地 震带。其中鲜水河地震带、安宁河地震带活动性对工程场地的波及和影响较 大，龙门山地震带的影响则相对微弱。根据中国地震局以中震函 2 0 0 5 1 2 5 号文批复，龙头石水电站5 0 年超越概率1 0 的基岩水平向峰值加速度为 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 1 9 9 a l ，相应地震基本烈度为度。 2 7 人类不合理工程活动 整个海尔沟流域内人类活动较频繁，主要表现为3 种方式：斜坡开荒造 地、修筑水电站导流明渠、修筑山区公路。 流域内居民以彝、藏族为主，在部分缓坡地段开荒造地导致的水土流失 较为严重，如右岸倪家沟等处。而修筑公路和小水电站明导流渠所形成的边 坡开挖破坏植被更为严重，主要见于大坪沟及其以下的左、右两岸。尤其是 后两种活动，是导致该沟泥石流有可能重新活跃发育的主要原因。 抖 z 。 剞 譬 幽 一 z 卜 i “ 葛 q 衄 o z 四 q 1 - 爱 匝u 】 - r z 口 a z 、 g 譬 q 一 z 口 u 、 z o u o z t u 长 葛 山 z 口 u 旧 叫 z z 掣 山 z n 誓 z 1 i譬 山 z 一 篁 n f qz 叼 u l 山 z 妊 巅糕赫 誓蒜 缸 口c丑 霸 _ 瘟鬟蠼最 露 选 躁墅娶 霹 足 霉 鸯量 口 崔 * * 蟛正球z堪卫堪卫 匿 瓣l 堪 璧 敬世世 理 井强剥 强州 磐州媳爨喜 疋 睁 巴州 o 景 c ： 划 睁 i 越 2 贸 景 斗并辎 晕 蜒*辎辐 盛 撼 卧 嚼 撼 贡 叉又 皿 魁 亩棚 *e 赠 p 疆 p 艘 吾粼 管 世 巨 矿 一 啻 一 区 一 摧 v 璺 群矗繇趔始骧_霉r叹，廿廿s岳娟f舀罂忙 忑摧 般“一姥 仪枯遥孙甜袄拳书瞪辨k暇似控陋 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第3 章海尔沟泥石流特征 海尔沟属高山区沟谷型泥石流，发育具有多期性，泥石流发育频率较低。 不同时期的泥石流，其发育程度存在明显的差异性。流域内泥石流形成区、 流通区与堆积区在地域上存在较明显的界限，；f i n n 域的泥石流发育特征各 不相同。 3 1 海尔沟泥石流沟谷特征 海尔沟流域面积2 4 8 4 2 k m 2 ，其中汇水面积2 2 4 2 7k m 2 ，主沟纵长为 1 0 0 9 6 k i n ，纵坡坡降为2 3 6 1 3 o ，有明显的形成区、流通区和堆积区，属典 型的泥石流冲沟。 海尔沟流域内发育显著的支沟有4 条，分别为左岸陈家坝沟、岩烟沟、 大坪沟，右岸倪家沟( 图3 一1 ) 。海尔沟及其支沟沟谷特征数据见表3 一l 。 图3 - 1 海尔沟流域地形变化三维立体图 表3 - 1 海尔沟及其支沟沟谷特征参数 流域面积汇水面积沟长 最低点平均坡降 沟名 最高点( m ) ( k 一)( k m 2 )( m )( )( ) 海尔沟( 指全流域)2 4 8 4 22 2 4 2 71 0 0 9 63 3 0 39 1 92 3 6 1 3 姚家沟0 6 2 9o 6 2 9 1 5 8 l 1 3 1 29 1 82 4 9 2 1 陈家坝沟1 3 1 61 3 1 62 3 4 71 9 6 59 7 74 2 0 9 6 倪家沟 0 2 6 5 0 2 6 6 0 8 4 41 4 0 38 4 46 6 2 3 2 岩烟沟2 8 2 l2 8 2 1 2 6 2 1 2 4 4 51 3 2 04 2 9 2 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 海尔沟主沟沟长1 0 0 9 6 k i n ，总体坡降2 3 6 1 3 ( 表3 - 2 和图3 2 ) ，沟 道除在岩烟沟口上、下约l k m 范围内存在3 处明显拐弯外，总体呈近e w 向 展布，较为顾直。从沟口至沟源，除沟口堆积扇外，沟道变化总体为深切沟 谷( 即“v ”型谷) 的变化特点，整个主沟按上述地形变化及松散物源分布 状况，可分成4 段。 表3 2 海尔沟主沟分段地形特征表 段长最高点最低点平均坡降加权坡降 段名 ( 巾)( m )( m )( )( ) 主沟1 0 0 9 63 3 0 39 1 9 2 3 6 1 31 6 6 5 9 堆积区 1 0 7 6 9 9 99 1 9 7 4 f 3 5 流通区第一段 l ，0 5 81 2 3 89 9 9 | 5 8 4 9 流通区第二段 1 5 9 61 4 7 31 2 3 81 4 7 2 4 流通区第三段1 3 6 91 6 4 81 4 7 31 2 5 3 6 漉遁区第四段 4 ，5 4 63 3 0 3 1 6 4 83 “，0 6 ( 1 ) 堆积区段( 沟口至陈家坝桥段，图3 3 ) ：全长1 0 7 6 k m ，高差从 9 1 9 m 变化为9 9 9 m ，相应坡降达7 4 3 5 。属早期泥石流堆积区，为浅切沟谷， 因沟床及两侧山坡均为早期泥石流堆积漂、块碎石土，物质密实，部分堆积 物已胶结成类似“砾岩”，故部分地段沟侧两岸岸坡稳定。但在无胶结块碎 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 石岸坡部位，受水流冲刷，岸坡易被淘刷而垮塌。除上述淘刷外，在部分缓 坡沟床部位还存在淤积问题，而未来拟建移民场址就位于此段内的9 5 5 9 7 0 m 高程之间，因此海尔沟泥石流或洪水会对两岸岸坡产生淘刷等破坏作 用，应引起注意。 蠢i 图3 - 3 海尔沟主沟堆积区纵坡坡降变化图 ( 2 ) 第1 段( 陈家坝桥红岩即第4 梯级发电站厂房段，图3 4 ) ：全 长1 0 5 8 k i n ，以“u ”型谷为特征，沟道宽度4 0 8 0m 不等，相应坡降达1 5 8 4 9 。属海尔沟下流通段。该段内以震旦系苏雄组( z s ) 片岩及千枚岩等软岩 及沟床两岸早期泥石流堆积漂块碎石土为特点，不良地质较发育，主要表现 为两方面：1 ) 片岩及千枚岩及坡残积浅表层滑坡，但规模很小；2 ) 早期泥 石流堆积漂块碎石土因沟水冲刷而坍岸，规模也较小。上述因不良地质导致 的松散物源会构成泥石流物源之一，但补给量不大。本段以流通区为主，兼 部分物源补给区。 图3 - 4 海尔沟主沟第l 段纵坡坡降变化图 ( 3 ) 第2 段( 红岩发电站厂房庙子坎即第5 梯级发电站厂房，图3 5 ) ： 全长1 5 9 6 k m ，以“v ”型谷为主，沟道宽度2 0 - 6 0m 不等，相应坡降为1 4 7 2 4 ，属中部流通区。本段以大理岩等坚硬岩为特点，沿途沟谷狭窄，斜坡坡 度陡峭，沟床两岸零星分布坡残积块碎石土，稳定性良好。段内不良地质发 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 育，主要表现为两方面：i ) 陡峭山坡零星崩塌发育，但规模较小；2 ) 因水 电站引水明渠和公路修建开挖形成路堑边坡，水渠漏水等造成局部较大规模 坍滑，形成沟内丰富松散堆积物，尤其是左岸公路修建导致的3 处坍滑体和 右岸红岩电站( 即第4 梯级电站) 引水渠漏水导致的3 处坍滑最具代表性。 本段虽属于流通区，但也是目前海尔沟泥石流形成的最主要物源补给区。 高程( m ) 距 1 4 5 0 l 枷 1 3 5 0 1 3 ( 1 0 1 2 5 0 图3 - 5 海尔沟主沟第2 段纵坡坡降变化图 ( 4 ) 第3 段( 庙子坎即第5 梯级发电站厂房大坪沟沟口段，图3 - 6 ) ： 全长1 3 6 9 k m ，与第二段相似，也表现为深切“v ”型谷，沟道宽度3 0 - 5 0m 不等，相应坡降为1 2 5 3 6 ，属流通区上游段，段内沟边坡脚部位分布较丰 富的崩坡积堆积块碎石土，天然稳定性良好。段内不良地质与第二段相似， 但主要与庙子坎水电站左岸引水明渠漏水导致大规模滑坡有关，另外右岸公 路修建也导致局部崩坡积发生零星坍滑，但规模小，目前两岸植被总体茂盛， 水流清澈。但右岸沟口段庙子坎滑坡体见会成为泥石流主要补给源。 高程( m ) 距离( 】 图3 - 6 海尔沟主沟第3 段纵坡坡降变化图 ( 5 ) 第4 段( 大坪沟沟口沟源分水岭处，图3 7 ) ：全长4 5 4 6 k m ， 相应坡降为3 6 4 0 6 。此段与第二、三段相似，为“v ”型峡谷，沟道宽度 2 0 - 5 0m 不等，斜坡坡度陡峭，植被及灌木林茂盛。段内以坚硬岩为主，不 良地质以坡面冲刷为主，目前庙子坎第六级梯级水电站正在修建，引水明渠 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 开挖有不同程度地出现部分弃碴。总体上此段松散物源较少，绝大部分沟床 均为裸露基岩。 距赫薰 图3 7 海尔沟主沟第4 段纵坡坡降变化图 总之，海尔沟流域两岸多分布坡残积堆积，在流通区下段部分宽缓地段 沟床两岸还赋存较大规模的早期泥石流堆积。而从本次实地调查看，明显表 现出以大坪沟为界，以上河( 沟) 段松散物源不丰富，水流清澈，基本无泥 石流暴发迹象；而在大坪沟以下河段因水电站修建等一系列不合理人类工程 活动作用，在主沟段两岸部分地段内除形成部分弃碴外，同时公路开挖的路 堑边坡和引水明渠部位存在部分不稳定边坡，一到雨季或引水渠漏水，又会 产生大量坍滑体，松散物源较为丰富，尽管海尔沟在近1 5 0 年以来未暴发过 中等以上规模泥石流，但从现状看，在较大降雨情况下，主沟流通区第1 3 段沟床内、尤其是2 、3 段沟谷两侧崩积、坍滑( 滑坡) 堆积块碎石以及人 共弃碴很容易失稳，并淘刷第l 段早期泥石流漂块碎石士，从而构成泥石流 物源，而诱发小中等规模泥石流可能性大。 3 2 泥石流形成区特征 海尔沟泥石流的清水动力区、物源形成区、流通区和堆积区非常明显， 从沟谷特征上应属典型的沟谷型泥石流。形成区包括清水动力区和物源形成 区，流通区严格的来说应该是流通段，如果按照定义来划分，流通区应该为 上述第一段所在的区段，本文的流通区指的是广义的流通区，包括除去堆积 段的整个主沟沟床段。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 3 2 1 清水动力区特征 从地形特征上看，该沟沟源区均为中高山地形所环拖，呈“撮箕型”或 “漏斗状”，区内最高点为海拔3 3 0 3 m ，区内山体雄厚，山坡坡度多在5 0 7 0 4 ，构成良好的地表汇水条件。其中海尔沟流域面积2 4 。8 4 2 k m 2 ，其中汇 水面积2 2 4 2 7k m 2 ，汇水面积占整个流域面积的9 0 2 8 。因此海尔沟完全满 足泥石流形成所需的地形条件。 3 。2 。2 物源形成区特征 3 2 2 1 松散物源分布概况 从物源区的特征看，以大坪沟为界，大坪沟以上河段松散物源主要由坡 残积和沟源崩塌堆积块碎石土为特点，而这些物质一般表现为固结好、密实 程度高等性状，稳定性好，且总体方量占整个海尔沟流域的比例较小，一般 情况下不易构成泥石流物源；大坪沟以下松散物源主要由沟内六级引水式电 站导流明渠和及其配套公路修建形成的弃碴及不稳定路堑边坡坍滑，坡残积 和早期泥石流堆积，除早期泥石流堆积外。其余物质表现为固结差、密实程 度低、无胶结等性状，稳定性差或较差，且总体方量占整个海尔沟流域的比 例大，是构成海尔沟泥石流的主要物源提供地。 而从各支沟松散物源分布看，大坪沟以下各支沟，如陈家坝沟、岩烟沟 和倪家沟等主要以天然形成的坡残积为特征，局部有浅表层滑坡体，但规模 小；从其地形特征上看，各沟谷演变，大部分已处于老年期，沟域内( 含沟 床) 植被覆盖率很好。因此总体上，除右岸倪家沟内有小滑坡发育，而会形 成小规模泥石流外，其它各支沟现状已无泥石流发育迹象，而以清水冲沟为 特征。 3 2 2 2 松散物源