（地质工程专业论文）黑水河色尔古水电站红水沟古堆积体成因及成灾研究.pdf

黑水河色尔古水电站红水沟古堆积体成因及成灾研究 作者简介：陈伟，男，1 9 7 9 年1 2 月生，2 0 0 3 年从师于任光明教授，于2 0 0 6 年6 月毕业于成都理工大学地质工程专业。 摘要 本文以古堆积体的成因，以及未来红水沟泥石流对电站所造成的灾害作为主 要的研究内容。从古堆积体地形地貌特征、粒度特征以及形成时的古气候环境三 方面对其成因进行分析。在此基础上，判断形成天然土石坝体造成堵沟的可能性， 分析在最不利的溃坝洪水情况下，红水沟对下游电站形成的灾害。通过分析及研 究，主要获得以下成果： ( 1 ) 根据野外调查及分析室内实验结果，该古堆积体无论是在堆积地形地 貌特征还是在粒度特征上与冰碛物存在着明显的差异。 ( 2 ) 古堆积体物质具有砾石、粉砂、粘土含量高的特点，在频率曲线、累 积曲线、概率曲线及粒度分布参数方面均体现出与泥石流堆积物一致的特征与冰 碛物存在较为明显的差异，结合古堆积体形成时的温暖潮湿的古气候特点及构造 运动活跃的地质环境，判断出古堆积体为泥石流成因，类型为粘性泥石流。 ( 3 ) 不稳定斜坡上游区发生规模较大的滑动可能性较大，失稳后完全用于 堵沟的固体物质约5 l o 钳，单位时间入沟土石方量约3 4 9 6 5 m 3 s ，大于形成天 然坝体所需的最小单位时间入沟土石方量1 4 9 m 3 s ，天然土石坝体高度约1 7 m ， 并形成了体积约5 3 6 7 6 m 3 积蓄水体。 ( 4 ) 天然土石坝体大多数是以局部溃坝的形式出现溃坝，考虑1 4 溃决与 半溃决两种溃坝情况，两种情况下的溃坝洪峰峰顶流量q 分别为1 5 8 m 3 s 和 2 9 8 6 m $ s ，洪峰最高高度由溃坝前的2 4 和4 7 8 m ，下降到沟口时的0 8 1 m 。 ( 5 ) 坝体溃决后，将演化成为规模较大的一次泥石流过程，按泥石流活动 持续了3 0 分钟至l 小时计，形成的一次泥石流过程冲出的固体物质总量为 ( 1 7 1 2 5 7 ) 1 0 4 m 3 ，预测红水沟泥石流灾害强度等级为轻度中等。 关键词：泥石流堆积体成因分析堵沟溃坝洪水成灾研究 作者签名： s t u d yo n t h eo 砒g i no fa n c i e n ta c c u m ：u l 肖d e d b o d y a n dd i s a s t e r c a u s e db yd e b r i sf l o w t a l 【i n gh o n g s h u id r r c hi ns e e r g u h y d r o p o w e rs t a t i o no nh e i s h u ir i v e ra sa n i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：c h e nw e i ，w a sb o r no nd e c2 6 ，1 9 7 9 u n d e rt h e g u i d a n c eo fp r o f r e ng u a n g m i n g h ew a sg r a d u a t e df r o mc o l l e g eo fe n v i r o n m e n t c i v i le n g i n e e r i n ga tc h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y a b s t i a r c t t h i sp a p e rt a k et h eo r i g i no fa n c i e n ta c c u m u l a t i o n ，a sw e l la st h ef u t u r ed e b r i s f l o wd i s a s t e rt ot h es e e r g uh y d r o p o w e rs t a t i o na st h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t t h i s p a p e rw i l la n a l y s et h eo r i g i no fa n c i e n ta c c u m u l a t i o ni nt h ea s p e c to ft h et e r r a i n l a n d f o r m c h a r a c t e r i s t i c , t h eg r a n u l a r i t y c h a r a c t e r i s t i ca n d p a l e o c l i m a t e i n t h i s f o u n d a t i o n ，t h i sp a p e rw i l lc o n s t r u et h ep o s s i b i l i t yo ft h eh o n g s h n id i t c hb l o k e du p b y f o r m i n gn a t u r a ls t o n ed a m ，i nt h ee n d , t h ed i s a s t e rt ot h ed o w n r i v e rh y d r o p o w e rb y h o n g s h u id e b r i sf l o ww i l lb ea n a l y s e du n d e rt h em o s td i s a d v a n t a g e o u ss i t u a t i o no f d a md i s i n t e g r a t i o nf l o o da n dn o w a d a y sb r e a k a g ec o n d i t i o n t h i sp a p e rr e f e r e n c e st ot h e f o r m e ra c h i e v e m e n tt og e ts o m ep r i m a r ys t u d ya c h i e v e m e n t sa sf o l l o w sb ya n a l y s i sa n ds u t m n m y ： ( 1 ) i tc a nb ef o u n dt h a tt h e r ei sao b v i o u sd i f f e r e n c eb e t w e e nt h ea n c i e n t a c c u m u l a t i o na n dm o r a i n ef o r m e db yg l a c i a la c t i o n ，r e g a r d l e s so fi st h et e r r a i n l a n d f o r mc h a r a c t e r i s t i co rt h eg r a n u l a r i t yc h a r a c t e r i s t i c ( 2 )a f t e rt h ea n a l y s i sc o n t r a s t i ti so b v i o u st h a tt h ec o n t e n to fg r a v e l 、 p o w d e rs a n da n dc l a yi nt h ea n c i c e n ti sh i g h ，a n dm a n i f e s t sc o n s i s t e n tc h a r a c t e r i s t i c w i t ht h ed e b r i sf l o wd e p o s i ti na s p e c to ff r e q u e n c yc u r v e ，a c c u m u l a t i o nc u r v e ， c u m u l a t i v e - p r o b a b l i v ec u r v ea n dg r a i n s i z ed i s t r i b u t i o np a r a m e t e r i tc a nb ec o n c l u d e d t h a tt h ea n c i e n tc o m e sf r o mt h ed e b r i sf l o wa n dt h et y p ei sc o h e r e n td e b r i sf l o wb y t a k ei n t oa c c o u n tt h ep a l e o c l i m a t ec h a r a c t e r i s t i cw h e nt h ea n c i c e n ta c c u m u l a t i o n c o m e di n t ob e i n ga n dg e o l o g i cs e t t i n go fa c t i v et e c t o n i cm o v e m e n t ( 3 ) t h e u p s t r e a ma r e ao fu n s t a b l es l o p eh a st h ep o s s i b i l i t yt og i v eb i r t ht o s l i d ea n dc o l l a p e ，a f t e rl o s i n gs t e a d i l y ，t h eq u a n t i t i e so ft h es o l i dm a t t e rw h i c hb l o c k s u pt h eh o n g s h u id i t c hi sa b o u t5 x 1 0 4 m ，t h eu n i tt i m eq u a n t i t yo fs t o n e st h a te n t e r i n t od i t c hi sa b o u t3 4 9 6 5 m 3 s ，w h i c hi sm o r eb i g g e rt h a n1 4 9 m 3 st h a ti st h es m a l l e s t 1 1 1 u n i tt i m eq u a n t i t y ，a f t e rc o m p u t a t i o nw eo b t a i nt h eh e i g h to fn a t u r a ld a mi sa b o u t 1 7 m a n dt h ev o l u m eo fb a r r i e rw a t e r b o d yi sa b o u t5 3 6 7 6 m 3 ( 4 )1 1 1 em a j o r i t yo f n a t u r a ld a mw i l lm o s tp r o b a b l yd i s i n t e g r a t ew i t hp a r t i a l d i s i n t e g r a t e df o i t n ，w ew i l lc o n s i d e r1 4b u r s t sa n dh a l lb u r s tw h e nt oc o m p u t et h e p e a kd i s c h a r g ea f t e rd a md i s i n t e g r a t e d ，i nt w ok i n d so fs i t u a t i o n s ，p e a kd i s c h a r g ei s 1 5 8 m sa n d2 9 8 6 m 。sb e f o r et h eb u r s to fd a m ，a n di tw i l ld r o pt ot h e0 8 1 mw h e n t h ef l o o da r r i v e sa tt h ee x i to fd i t c h ( 5 )a f t e r t h ed i s i n t e g r a t i o n o f d a m ，l o t s o fs o l i d m a t t e r w i l lb ec a r r i e d o f f b y t h ec u r r e n t ，i tw i l le v o l v ei n t oab i g g e rs c a l ed e b r i sf l o wp r o c e s s ，t h ei n f l u e n c ei st h a t t h ed e b r i sf l o wt r a n s p o r t sm a s s i v es i l t sa n do t h e rs o l i dm a t t e rt ot h eh y d r o p o w e r s t a t i o n ，t h er u n so u ts o l i dm a t t e rt o t a lq u a n t i t yo fad e b r i sf l o wp r o c e s si s ( 1 7 1 2 5 7 ) x 1 0 * m ji nt h es i t u a t i o nt h a tt h ed e b r i sf l o wc o n t i n u e s3 0m i n u t e , st o 1h o u r ，t h ep 卸e r f o r e c a s tt h eg r a d eo fd i s a s t e ri n t e n s i t yi sm i l dt om e d i u m k e yw o r d s ：d e b r i sf l o w ，s t l l o yo nt h eo r i g i no fa c c u m u l a t i o n 1 a n d s l i d ed a m m i n go f d i t c h , o u t b u r s tf l o o d ，d i s a s t e rs t u d y s i g n a t u r e ： i v 第l 章引言 1 1 概述 第1 章引言 随着近年来国家对固定资产投资的大幅度增加，中国基础工程建设和经济社 会处于一个高速发展的新阶段，而经济活动也越来越多地向山区延伸，地质环境 所受到的影响将明显增强，并且，根据气象部门预计，未来一段时间内，我国气 候条件的变化也将使地质灾害呈加剧趋势，自然环境趋于恶化。泥石流是我国山 地的主要自然地质灾害之一( 图l 一1 ) ，它具有暴发突然、来势凶猛、能量巨大、 ：i ；三 a 流 i ：；习m n ：i i 夏 訾i 器。 图1 1 中国泥石流重大灾害分布图( 据康志成，2 0 0 1 ) 冲击力强等特点【”，给我国山区经济开发建设以及人民的生命财产带来了巨大的 危害。泥石流一旦成灾还可能破坏区域生态环境平衡，加剧水土流失已经沙漠化 进程，其影响十分深远，同时泥石流对水利水电工程的危害也相当大，1 9 8 6 年7 月2 6 日、2 8 日和2 9 日，正在修建中的云南漫湾电站连续3 次遭到泥石流的严 重危害，工区内的1 1 座公路桥梁被泥石流冲入澜沧江，进出工地的公路被冲断， 几十个工作面被迫停工，致使电站当年建设工区推迟了3 个月。1 9 9 7 年8 月5 成都理工大学硕士学位论文 日，黄河上游装机容量最大的龙羊峡水电站遭到泥石流袭击，4 台机组被迫停止 发电，电站附近多座桥梁被泥石流冲毁，公路、输电线路、通讯线路被毁坏长度 达2 0 余公里，损失严重【2 j ，类似惨痛的例子不胜枚举。 泥石流对水利水电设施的危害主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 直接冲毁和淤塞水渠、电站或建设施工区。( 2 ) 输送大量泥石流，加 速水库泥沙淤积，使有效库容减少，洪水调节能力降低，发电量减少。( 3 ) 泥石 流将大量泥沙输入主河，造成主河河床抬升，淤塞电站取水口，对水电工程带来 不利的影响。 四川省位于我国西部山区，除了平原，山区和高原的区域占了全省面积的 2 3 ，泥石流是四川山区常见而又危害严重的灾害，区内新构造活动强烈，内外 力地质作用强烈，并且四川盆地是一个典型的湿热盆地、降水量较大，水源充足。 特殊的地形地貌，地质构造以及降水条件使之成为我国泥石流灾害最为严重的省 区之一，2 0 0 3 年7 月1 1 日，四川甘孜州丹巴县巴底乡邛山沟发生百年一遇的特 大泥石流，该沟于晚上2 2 ：3 3 开始在沟的中上部形成流量较小的稀性泥石流， 于2 2 ：4 5 到达距离沟口约4 2 k m 的邛山二村，大约1 1 ：2 0 抵达沟口，中途堵塞 停留约1 5 分钟，泥石流最大流速约9 4 m s ，出沟口是的峰值流量达到4 8 3 6 m 3 s 平均泥深约8 1 m ，这次泥石流造成了5 1 人死亡和失踪，大量公路、林地、农地、 居住区及汽车等交通工具被摧毁，给当地造成了严重的人员伤亡及财产损失1 3 4 1 。 据初步统计，全省有泥石流沟约3 0 0 0 多条，流域面积达到1 l 万平方公里， 占了全省面积1 5 5 1 。根据有关资料，从1 9 2 6 年至2 0 0 3 年四川省境内德阳、攀 枝花、甘孜州、阿坝州、雅安地区、乐山、宜宾、南充、以及凉山州地区均发生 过重大的泥石流灾害，造成县城、村寨、公路、铁路、厂矿、楼房被冲毁，河道 堵塞等严重的后果，同时，伤亡约2 0 0 0 人，经济损失以数亿记。由此可见，四 川省泥石流灾害具有分布广泛、暴发频率高，类型较多，灾情严重的特点。泥石 流对人民的生命及财产带来了如此巨大的威胁，同时也给经济发展以及社会稳定 造成了许多不利因素。 1 2 选题依据及研究意义 研究区色尔古水电站位于四川省阿坝卅i 黑水县境内，电站首部枢纽距茂县 县城约7 6 k m ；厂房距茂县县城约6 0 k m ，距成都约2 5 0 k m ，工程区右岸有省道$ 3 0 2 茂县黑水公路通过，交通较为便利( 图1 2 ) 。该电站属于黑水河干流“二 库五级”水电开发方案中的第四级梯级电站，为低闸引水式电站，初拟最大闸高 为3 4 5 ，闸顶高程为1 8 7 5 o m ，正常蓄水位1 8 7 3 m ，利用落差9 3 m ，装机容量约 1 5 0 m w 。 第1 章引言 图1 2 色尔古水电站交通位置图( 据四川省交通图，2 0 0 4 ) 根据野外实地调查，在红水沟沟口及沟中上部一带分布有面积较大的晚更新 世堆积体，分布范围为沟口至2 4 0 0 m 高程，面积约o 4 k m 2 ，约占红水沟整个流 域面积的1 0 ，根据钻探资料，该堆积体一直延伸至黑水河床中，堆积厚度最 大可达1 0 0 1 5 0 米，整体方量为( 8 0 0 1 0 0 0 ) 1 0 4 m 3 。通过查阅相关资料， 在川西北高原山区广泛分布有冰川，而工程区所在的黑水县如今还存在有近2 0 条现代冰川，古冰川遗迹也广泛分布，因此，该堆积体是来源于冰川作用下，冰 碛物堆积而成，还是因泥石流活动形成，成为了本论文需要解决的主要问题之一， 对该古堆积体成因进行研究，可以有助于充分了解红水沟形成演化历史，更好的 分析判断其未来发展趋势。 经过红水沟径流的不断冲蚀，古堆积体被分割成两部分，分布于沟道两岸， 左岸古堆积体内分布有一个崩坡积层滑坡和一个规模较大的不稳定斜坡，而右岸 存在有一个浅表层滑坡，分析它们的变形破坏方式，以及遭受破坏后如何影响红 水沟泥石流形成与发展，最终会给沟口下游5 0 0 m 的电站设旋( 图1 3 ) 造成什 么样的灾害。对红水沟进行成灾研究，这不仅是色尔古水电站安全建设以及顺利 运行的重要保障，而且还为制定合理的防治措旋提供了科学的依据。 在这个背景下，作者在导师的指导下，结合“四川省阿坝州黑水河色尔古水 电站红水沟泥石流危险性研究”项目，选择了“黑水河色尔古水电站红水沟古堆 积体成因及成灾研究”作为硕士论文选题。 3 成都理工大学硕士学位论文 1 3 国内外研究现状 1 3 1 关于堆积体成因的研究现状 对堆积体成因的研究工作，国外 早在1 9 5 7 年就已经开始，f o l k 和 w a r d 在1 9 5 7 年利用粒度统计参数 ( 平均值、标准差、偏态、峰态) 来 判别沉积物的形成环境，对沉积物成 因进行分析1 6 。1 9 6 8 年，l a n d i m 和 f r a k e s 利用粒度参数结对作图的方 法对冰盖冰碛物、冲出沉积物以及泥 石流堆积物之间进行了区分1 7 1 。m i l l s ( 1 9 7 7 ) 也利用类似的方法区别冰川 沉积中的各个亚沉积环境，并取得了 良好的效果【8 l 。 我国在堆积体成因研究方面取 得了一定的研究成果，邓养鑫1 9 1 ( 1 9 8 2 ) 通过分析地貌形态、构造、 日流域界线团等高线 ：刁有水沟 图1 3 红水沟与电站闸址位置图 结构、岩矿等沉积学特征，对当时存在较大争议的庐山羊角岭附近“泥砾”堆积 体的成因进行了判别，并且取得了令人信服的结果。何元庆( 1 9 8 6 ) 从剖面特征、 粒度特征和矿物组成三方面出发，对四川螺髻山地区大箐梁子一邛海等地分布的 第四纪堆积体的成因进行了探讨【1 0 1 。李世杰( 1 9 8 8 ) 根据沉积物的粒度特征反映 了沉积环境，堆积体搬运介质、搬运过程及沉积过程不同，在粒度特征上就存在 明显的不同的原理，应用粒度特征分析了青海昆仑山垭1 2 1 地区的第四纪混杂堆积 体与甘肃武都泥石流堆积以及贡嘎山海洋性冰川的现代并且之间的差异性【1 1 1 。邓 养鑫( 1 9 9 5 ) 提出了依据沉积构造、砾石组构、沉积韵律、粒度特征、石英砂表 面结构、粒序垂向变化等1 0 项标志区分冰碛与冰川泥石流堆积体【1 2 l 。邓养鑫 ( 1 9 9 6 ) 在建立起冰碛转化为冰川泥石流堆积模式及其沉积判别标志基础上，进 一步研究了它们的粒度特征、矿物特征与砾石组构特征，发现两者之间的基质指 数和磨蚀指数、伊利石和高岭石含量、矿物成熟度、砾石组构都存在着较大的差 别【1 3 】。 4 第1 章引言 1 3 - 2 关于成灾的研究现状 1 9 7 3 年，苏联学者库尔金根据一次泥石流总方量和单宽流量进行分类，划 分出3 类泥石流，即灾害性( 总量大于1 1 0 8 m 3 最大单宽流量为8 - - 9m 3 s ) 、 大规模的( 总量大于5 1 0 5 1 1 0 s m 3 , 最大单宽流量为5 - - 7 m 3 s ) 、中等规模的 ( 总量大于1 x l o s 5 l o s m 3 ，最大单宽流量为3 5m 3 s ) 、小规模的( 总量 7 8 4 质千枚岩与灰色千枚岩互层夹少量灰色薄层岩 三 统 6 8 2 一 灰色中厚层变质长石石英岩，变质钙质细粒石 叠侏委组 b z h 1 5 1 9 英砂岩与炭质千枚岩韵线式互层，夹少量灰色薄、 系中层砂质灰岩。 生 西 中天马 3 9 0 灰色厚层块状变质长石石英砂岩夹少量灰黑色 康统山组 如 7 1 0 炭质千枚岩、透镜状砂质细晶灰岩 群 上部深灰色砂质千枚岩夹薄层细砂岩、泥质灰岩 界下菠茨8 1 统沟组 t , h中部灰绿色钙质千枚岩夹薄层一中层结晶状灰 1 8 6 岩，下部灰色砂质千枚岩、薄层粉砂岩。 侏上 统 p 2 0 - - 2 4 灰绿色蚀变玄武岩 罗 下上部灰色中厚层砾状灰岩，下部深灰色薄厚 统 p 1 2 3 6 0 层结晶灰岩夹灰绿钙质千枚岩、生物碎属灰岩。 系 石上中统g 一3 0 6 4 灰色薄厚层结晶灰岩、大理岩、黄灰色钙质千 炭 枚岩与褐灰色绢云千枚岩互层。 浅灰色薄中层结晶灰岩夹黄灰色钙质千枚岩、竹 系 下统 c l 9 6 7 叶状灰岩、薄层细砂岩。 泥 上组 d 5 9 9 4 1 炭质于枚岩，灰色千枚岩与灰色薄厚层石英岩 盆危关群 互层 系下组 d l w e 4 9 7 黑灰色含炭千枚岩、深灰色绢云石英千枚岩夹灰 5 9 7 色薄中层石英岩、结晶灰岩及角砾状灰岩。 4 4 3 上部灰色绢云千枚岩，下部绿灰色、灰色、银灰 第五组 s 5 色绢云石英千枚岩夹薄层变质细砂岩、结晶灰岩。 古 士 3 6 4 生 j 1 1 4 8 灰色绢云千枚岩，绢云石英千枚岩夹薄层细砂岩、 界 留 第四组 s 4 血 4 2 6 泥质灰岩。 系 9 0 7 灰色绢云干枚岩，黑灰色炭质千枚岩与灰色结晶 茂 第三组 s o 2 6 1 灰岩、变质细砂岩、石英岩互层。 县 1 5 0 8 灰、绿灰色绢云千枚岩，绢云石英千枚岩夹薄层 组 第二组 s 乙 9 6 5 灰岩和砂岩。 黑灰色炭质千枚岩变质粉砂岩、透镜状结灰岩灰 第一组 s l 皿 2 9 1 7 5 色薄中层石英砂岩。 奥 陶 02 6 0 一1 2 浅灰色中厚层粗晶大理岩，局部含泥质条带、 网络。 系 火山 0 浅灰、褐黑色凝灰质砂岩，晶屑岩屑凝灰岩、流 纹质凝灰岩，凝灰质砾岩，火山砾岩，灰色薄 寒 碎屑 2 1 厚层变质岩砂岩，长石石英砂岩夹少量灰色千枚 武 岩组 1 2 4 3 岩，绢云石英片岩。 系0 清坪组 黑灰色炭质板岩及千枚岩、含炭粉砂岩夹黑灰色 l q 薄中层状硅质岩、灰色结晶灰岩 3 7 3 成都理- t 大学硕士学位论文 对工程区有较大影响的地震带主要是工程区东侧的松潘地震带以及东南 侧的龙门山地震带。 ( 1 ) 松潘较场地震带最北端南坪，经过松潘、虎牙、平武、向南延伸至 较场一带，总体展布方向为北北东向，该地震带主要包含有岷江断裂、雪山断裂、 虎牙断裂以及一些弧形构造，宽度约l o o k m ，长度约2 0 0 k m ，该地震带表现出新 构造运动强烈的特点，地震活动频繁。从公元6 3 8 年至今，该地震带发生过震级 大于4 0 级的地震总共有9 次，其中大于7 0 级的有2 次，其中，距今时间较近 且震级最大的一次为1 9 3 3 年8 月2 5 日叠溪7 5 级地震，震中距场地距离约3 5 k m ， 波及影响到工程区为度，其次为1 9 7 6 年8 月1 6 日2 3 日发生在松潘平武 间7 2 级地震，震中烈度度，距场地距离约l o o k m ，波及到工程区为度。 表2 - 2 工程区及外围历史地震对场地的地震影响烈度表 发震时间震中位置 震级震中烈度 6 3 8 m 1 l 松潘( 3 2 6 ，1 0 3 6 ) 5 7 5 1 4 7 8 0 1 3 0茂县( 3 1 7 ，1 0 3 8 )4 1 4 8 8 ，0 9 1 6茂县( 3 1 7 ，1 0 3 9 )5 5 v i i 1 4 9 0 0 3 0 5茂县( 3 1 7 ，1 0 3 8 )4 1 4 9 1 0 8 1 0茂县( 3 1 7 ，1 0 3 8 )4 5 v 1 4 9 7 0 4 o l 茂县( 3 1 7 ，1 0 3 8 ) 4 1 5 1 4 0 7 2 4茂县迭溪( 3 2 ，1 0 3 7 )4 1 5 4 7 0 1 茂县( 3 1 7 1 0 3 , 8 ) 4 1 5 8 s 1 0松潘( 3 2 6 ，1 0 3 6 )4i v 1 5 9 7 帖2 5汶川、茂县( 3 1 6 ，1 0 3 8 )5 5 1 6 0 7 0 9 1 5 松潘、茂县( 3 2 1 ，1 0 3 7 ) 4 5v 1 6 2 7 0 7 - 3 1茂县( 3 1 7 ，1 0 3 8 )4 1 6 5 7 0 4 2 1汶川( 3 1 3 ，1 0 3 5 )6 5 1 7 1 3 0 9 0 4 茂县迭溪( 3 2 ，1 0 3 7 ) 7 1 7 4 8 0 8 3 0松潘漳腊北( 3 3 ，1 0 3 7 )6 - 5 1 7 8 6 0 6 0 1康定、泸定、磨西问 7 7 5x 1 8 7 9 0 7 0 1 甘肃文县 8 1 9 3 3 0 8 2 5茂县迭溪( 3 2 ，1 0 3 7 )7 5 x 1 9 3 4 - 0 6 0 9 茂县迭溪( 3 2 ，1 0 3 7 )5 5 1 舛1 1 0 0 8 黑水一带( 3 2 1 ，1 0 3 _ 3 ) 6 1 9 5 8 0 2 0 8北川西南6 2 1 9 6 0 1 1 0 9 松潘漳腊( 3 2 8 ，1 0 3 7 ) 6 7 5 1 9 6 0 ，1 1 0 9 黑水西北( 3 2 4 ，1 0 3 2 ) 5 _ 1 1 9 6 1 帕3 0松潘漳腊东( 3 2 8 ，1 0 3 7 )5 5 1 9 6 5 0 7 0 9 黑水西北( 3 2 3 ，1 0 2 8 ) 4 3 1 9 7 0 0 2 埘 大邑西 6 2 1 9 7 0 0 3 2 2茂县吉鱼寨( 3 1 6 ，1 0 3 7 )4 8 1 i 1 9 7 6 0 8 ，1 6 0 8 2 3松潘、平武问 7 2 1 9 7 8 0 7 1 3 黑水西南( 3 1 9 ，1 0 3 ) 5 - 4 1 9 8 9 0 9 2 2 小金两河口 6 6 ( 2 ) 龙门山地震带：根据历史地震资料，龙门山断裂带中南段地震活动较 1 2 第2 章研究区概况 为强烈，发生的最大地震是1 6 5 7 年4 月2 1 日汶川6 级地震，到1 9 9 8 年3 月， 一共发生了5 次6 0 级以上地震，5 0 级以上地震有1 3 次，从1 9 7 0 年2 月2 4 日大邑6 三级地震后至今未有5 0 级及以上地震发生。北川一茂县一汶川段和大 邑一宝兴及以南地段是龙门山地震带中南段活动较为集中的区域，该地震带距工 程区最近距离约4 0 k m ，影响到场区的最大烈度为v 度。龙门山断裂带北段，地 震活动微弱，没有发生4 7 级及以上的地震。 另外，四川省地震局工程地震研究所对本工程场地完成的四川省黑水河色 尔古电站工程场地地震安全性评价报告( 2 0 0 3 9 ) 结果表明，工程区5 0 年超越 概率1 0 的地震动峰值加速度为0 3 3 9 ，相应地震基本烈度为度。 2 5 区域气象特征 2 5 1 气候特征 工程区位于岷江上游半干旱河谷地带，属于川西高原气候区。区内气候具有 明显地域差异和垂直分布的变化，从河谷至山顶，气候的变化类似于我国从南方 至北方的变化。区内雷雨多、干雨期分明。日较差变化较大，且高山多雨冷湿， 河谷少雨干暖，川西山地季风气候特征明显。 区内蒸发量较大，气候总体较干燥。据气象资料统计，该区年蒸发量为1 0 0 0 1 8 0 0 m m ，多年平均蒸发量1 5 8 2 2 m m ，通过校正值计算陆面蒸发量平均值为 7 7 1 4 m m ，月平均最大蒸发量为9 9 5 m m ，月平均最小蒸发量为2 3 6 m m ，与降雨量 相比，5 1 0 月降雨量大于蒸发量，1 1 月次年4 月降雨量小于蒸发量，是极干 燥较干燥气候，多年平均相对湿度为6 5 ，平均风速2 1m s ，最大风速1 5 m s ， 风向盛行南风，次为西北风。日照充足，多年年平均1 7 4 6 4 小时。 2 5 2 气温特征 气温随海拔的增高而急剧降低，就峨太基山顶与色尔古比较来看，年平均气 温日差值达2 0 1 ，7 月最热月，月平均气温由2 0 8 c 递减至一0 8 ；最冷的 元月，月平均气温由l44 c 递减至一1 77 ，区内等温线与等高线大体分布一致。 工程所在的色尔古范围一带，区内多年平均气温1 1 8 1 2 ，极端最高气温3 4 7 ，极端最低气温一9 5 ，极端最高气温与极端最低气温相差可达4 4 2 。一 般月平均气温较低的为1 2 月次年2 月，月平均气温在1 5 。c 以下，较高的为7 月，月平均气温1 7 3 。 成都理工大学硕士学位论文 2 5 3 地温特征 区内地温的的变化与气温的变化基本一致，地表温度般高于地温。多年统 计资料表明( 表2 - 3 ) ，多年平均地温1 1 8 ，极端最高地温6 5 8 ，极端最低 地温一1 8 1 ，极端最高地温与极端最低地温相差可达8 3 9 。 表2 - 3 统计的年、月地温特征表( 单位：) 月份特征值 l23456789i o1 11 2全年 平均地温 0 7 4 29 31 4 11 7 o1 8 32 1 02 1 01 7 11 2 o6 31 71 1 8 极端最高 3 6 5 4 3 6 5 4 46 4 86 6 96 6 46 5 86 0 85 5 95 2 7 4 0 3 4 0 4 5 4 0 极端展低 一1 6 0一1 5 71 1 5_ 8 0- 2 50 34 72 91 34 6- 1 2 11 8 1- 6 1 地温与气温的差值1 52 52 63 53 63 3 3 5 3 83 2 2 51 91 52 8 由于区内地面温度一般大于气温1 5 n 3 8 ，平均2 8 。但由于极端最高 地温与极端最低地温相差可达8 3 9 ，这种地表温差的极大变化对岩体的物理 风化作用过程非常强烈，导致岩土体结构发生显著变化，对加速表层岩土体的风 化起了重要作用，使松散固体物质易于形成和聚积，为沟谷泥石流固体物源的形 成提供了有利条件。 2 5 4 降水特征 据统计，工程区多年平均降水量为8 3 5 8 i i l ，其中雨季6 9 9 5 唧，旱季 1 3 6 3 m 。历史上年最大降水量为1 9 7 5 年的9 6 9 3 1 m ，最小为1 9 7 0 年的6 0 2 6 m 。 区内降雨量分配不均匀，雨量集中于汛期，5 l o 月降雨量占年雨量的8 0 以上， 而1 2 3 月枯水期仅占8 。降水量不仅随日变化明显，而且受地形地貌的变化 有所差异。受高山地貌的影响，降雨量日变化较大，易形成夜间多阵雨，全年夜 间降雨量5 8 6 9 m m ，区内夜雨率达6 0 8 0 ；在地形影响上，降水量表现为在海 拔高程1 7 9 0 3 1 0 0 m ，年降水量从5 0 3 r m 增加至11 9 5 r a m ，降水量随海拔高程的增 加而增大，而在海拔高程3 1 0 0 m 5 2 8 6 m m 及其以上的地区，降雨量随高程的增加 而减小，降水量从1 1 9 5 r a m 减少至1 5 8 m m 。 具有降水分布集中，雨量充沛的特点，多年平均8 3 5 8 唧，降水主要集中雨 季，5 = 土生且降雨量占年雨量的8 0 以上，由于受到高原地形地貌特点的影响， 区内容易在夜间形成阵雨，全年夜间降雨量达到5 8 6 9 啪，约占全年降雨量的7 0 左右，在不同的海拔高程区域，降水量的特征有明显的不同，在海拔高程1 7 9 0 3 1 0 0 m 范围内，降水量表现为降水量随海拔高程的增加而增大的特征，而在海拔 1 4 第2 章研究区概况 高程3 1 0 0 m 以上的地区，降雨量随高程的增加而减小。 根据测区多年各月的平均降水量统计分析( 表2 - 4 、图2 2 ) ，降水量最多为 6 月和9 月，分别达到1 5 2 6 m m 和1 2 5 3 m m 。 表2 - 4 黑水县19 7 t - - 2 0 0 0 年各月降水量统计表 指标， 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月 9 月1 0 月1 1 月1 2 月 全年 月份总量 范围值0 2 6 2 2 7 2 4 4 8 9 “3 9 4 3 9 9 4 8 0 1 9 6 8 - -0 3 2 2 8 - ( o 1 )1 7 32 8 76 5 51 0 6 32 2 0 62 5 6 32 5 9 41 8 0 11 9 2 11 2 4 02 8 62 0 01 4 9 8 9 平均值 4 8 9 23 0 06 6 91 2 0 01 5 2 61 2 6 8 9 2 11 2 5 37 0 21 1 13 98 1 2 9 ( 0 1 n u n ) 降水量( o 1 m m ) t 8 0 0 1 5 0 0 1 2 0 0 9 0 0 6 0 0 3 0 0 0 霪隧 熏震堋调一： 丑 ，霪 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月 9 , 9 l o 月1 1 月1 2 月 图2 2 黑水县1 9 7 1 - - 2 0 0 0 年各月降水量统计表( 0 1 m m ) 成都理工大学硕士学位论文 第3 章红水沟古堆积体成因研究 3 1 古堆积体基本特征 在红水沟流域内分布有规模巨大的古堆积体，该堆积体呈长条状分布于沟谷 中( 图3 1 ) ，长度约1 5 k m ，整体方量为( 8 0 0 1 0 0 0 ) 1 0 4 m 3 ，其出露面积 约0 4 k m 2 ，约占红水沟整个流域面积l o ，分布范围为2 4 0 0 m 高程至沟口1 8 6 0 m 高程段，并且根据勘探资料显示，该古堆积体前缘部分一直延伸至黑水河床中。 从红水沟与黑水河交汇的沟口处至高程1 9 7 5 m ，该堆积体呈明显的扇形展布，堆 积扇形体上游边界距沟口约1 1 0 m ，下游边界距沟口约4 0 0 1 1 1 ，坡度较缓，平均坡 度约1 4 。，坡面整体倾向下游，在黑水河右岸i 级阶地后缘，可以观测到高约5 8 m 的古堆积体形成的陡坎( 图3 2 ) 。 e l ! 羽i 豢e ： 无水支沟 ：刁有水沟固流域界线 图3 - - 1 古堆积体特征图 经过红水沟长期的强烈侵蚀作用，古堆积体被一分为二，分布于红水沟谷的 两岸，从沟口至高程2 0 1 8 m ，红水沟深度约1 5 2 0 m ，沟底宽度约1 6 3 m ，顶 缘宽5 7 m ，沟谷两岸古堆积体形成的斜坡近直立；从高程2 0 1 8 m 至2 4 0 0 m 高 程，沟切割深，深度可达1 0 0 1 5 0 m ，顶缘宽1 0 0 2 8 0 m ，两侧坡度4 0 5 0 。， 1 6 第3 章红水沟古堆积体成因研究 在红水沟沟谷两侧发育了两个滑坡和一个规模较大的不稳定斜坡。 根据对古堆积体剖面的详细分析，该堆积体没有明显的分层特征，主要由块 碎石土组成，其成分为近源变质砂岩、砂质千枚岩、灰岩等物质，具有细粒含量 较高，结构密实，多呈半固结状态。堆积体厚度较大，最大厚度可达1 0 0 1 5 0 m ， 靠近沟的勘探孔揭露其厚度约4 0 m 。通过对红水沟上游拟选的上闸址河床覆盖层 钻探资料的分析，发现在河床中沉积了一套厚度约3 6 m 的堰塞物，是古堆积 体曾经导致黑水河堵塞的有力佐证。 图3 2 黑水河右岸i 级阶地后缘的古堆积体形成的陡坎 3 2 古堆积体的成因分析 根据大量的相关资料，工程区所在的黑水县境内如今还存在有近2 0 条现代 冰川，并且古冰川遗迹也广泛分布，因此，对红水沟古堆积体存在冰川成因还是 泥石流成因的争论，通过2 0 0 4 年7 月和2 0 0 4 年1 1 月的两次野外工作，我们对 该古堆积体进行了较详细的调查。本文主要从古堆积体地形地貌特征、粒度特征 以及形成时的古气候环境三方面来分析该古堆积体的成因。 3 2 1 地形地貌特征 通过野外实际调查，残留于红水沟内的古堆积体具有明显的平台状地貌特征 ( 图3 3 ) ，并且在两岸山坡上，古堆积体呈对称分布，其坡度及分布高程大致 1 7 成都理工大学硕士学位论文 相当，坡体面在沟内明显的倾向红水沟下游，坡度倾角约1 3 。2 2 。，因此， 可以推测出，该堆积体在形成初期，应该是表面倾向下游的一个整体，经过漫长 的地质年代，以及后期红水沟内径流的长年累月的侵蚀，最终被冲切成两部分， 形成了如今对称分布于红水沟两岸山坡上的平台状地貌特征。 图3 - - 3 古堆积体平台状地形地貌 红水沟古堆积体这种平台状地形地貌与冰川作用下形成的前碛垅、中碛垅和 侧碛垅冰碛堆积地貌有着比较明显的不同。前碛垅又称为尾碛垅、终碛垅，这种 地形由冰碛物堆积而成，具有明显的弧环状垅岗地形，主要分布于冰川前缘。侧 碛垅主要分布于山谷冰川的两侧，常常呈堤状或垅状平行与冰川断续分布，中碛 垅主要形成于冰川谷中，它是由数条冰川汇合或者是支流冰川流入主流冰川后， 两条冰川相邻近的侧碛，至汇合点以下并合起来在冰川谷中所形成的( 据白明辉 1 2 1 | ，1 9 8 3 ) ，上述三种冰碛物地形往往受到后期流水的改造，在其中间部分受到 冲蚀，最终会形成两侧高而中间比较低的地形特征( 图3 4 ) 。 1 8 第3 章红水沟古堆积体成因研究 图3 4 越西县菜园沟左支谷侧碛堤横剖面图( 据易朝路，19 8 9 ) 在对红水沟实际调查工作中，在沟1 3 区域内并没有发现前碛垅残存的痕迹， 沟谷内也找不到中碛垅存在的证据，并且从上面两幅图可以看出，红水沟内古堆 积体虽然和冰川侧碛堤一样都分布于沟谷的两侧，但是所表现出的地形地貌却有 着很大的区别，冰川作用下的侧碛堤为特殊的垅状、堤状岗地，而红水沟古堆积 体则体现出明显的平台状地形地貌特征。 3 2 2 粒度特征 粒度是堆积物中固体物质颗粒的最主要结构特征，它受到搬运介质和搬运方 式等多种因素的控制，并且与沉积环境关系非常密切，因此，固体物质的粒度性 质会反映不同成因