泥石流对水利水电工程的危害及治理措施建议

泥石流对水利水电工程的危害及治理措施建议【摘要】中国山区面积范围广，泥石流灾害频发，给人民生命安全和财产造成巨大影响，也给各类建（构）筑物及设施造成严重破坏，正确认识泥石流的发生、形态及危害，提出治理措施建议，对构建生态文明有重要意义。贵州某水电站引水发电系统建设及运行过程中遭受泥石流地质灾害为例，对泥石流发生的条件、危害类别及程度、治理措施等工程建构（筑）物的选择等方面进行论述及反思，为工程建设选择与地质灾害的关系、泥石流地质灾害的认识及治理新思路的发展提供借鉴作用。【关键词】枢纽布置；特大暴雨；泥石流；地质灾害；安全运行；序言中国山区面积663.6万平方公里，约占国土陆地总面积的69.1%，山区地形起伏不平，沟谷纵横交错，泥石流是指在山区或者沟谷深壑及地形险峻地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流地质灾害，具有季节性、流速快、破坏力强等特点。本文以贵州省某水电站引水发电系统遭受泥石流地质灾害袭击，导致进场公路中断、调压井后缘边坡垮塌、开关站部分被淤埋、厂房进水等，对工程影响较大，同时对泥石流的形成原因、发展过程进行分析，提出治理措施建议，为工程建设选择与地质灾害的关系泥石流地质灾害的认识及治理新思路的发展提供借鉴作用。1工程概况某水电站库区位于北盘江左岸一级支流清水河（又名红纳河）上，挡水建筑物为碾压砼重力坝，最大坝高32.5m,水库正常蓄水位高程469m，总库容429万m?,引水系统沿正南向穿过毛觉索大坡，发电厂房位于下游约1.8km的清水河河流急转弯位置右岸河畔，电站于2006年12月实现双机发电。2010年6月28日，工程区遭受极端特大暴雨袭击，发电厂房后边坡冲沟内的泥石流倾泻而下，造成发电厂房内被水淹至安装间高程、开关站部分位置被泥石流掩埋、排洪渠部分段被冲毁、调压井后边坡、发电厂房后边坡等出现垮塌现象，给发电厂房造成长时间停止发电进行检修的严重影响。2引水发电系统布置及地质条件2.1引水发电系统布置引水系统起点位于坝身的取水口，紧靠冲砂孔呈平行布置，坝后钢筋砼管至隧洞进口，管线方向为N35°W在0+261.4线路向东转，在0+288.4进入隧洞，洞线方向N10°W，明管为钢筋砼现浇管，管径4.5m，管长288.4m,隧洞直径4.5m，长1408.2m，后接调压井，圆筒式调压井，直径为12m，调压井顶部高程484.5m，高度32m，压力埋管主管长131.3m，斜管坡度40°，直径3.8m，岔管长7m。支管长40m，直径2.25m。发电厂房位于河流急转弯位置右岸河畔，为地面式厂房，主厂房长39.05m，宽12.5m，高31.0m，副厂房与主厂房重叠布置，升压站布置在厂房上游侧，长36.4m，宽24.0m。2地质条件评价引水隧洞穿过毛觉索大坡，隧洞最大埋深约228m,硐室围岩地层岩性均为三迭系中统许满组第四段（T2xm4）灰黄、深灰色中至厚层钙质泥岩、粉砂质泥岩，局部夹少量薄及厚层钙质粉砂岩，洞身段围岩内别主要为III〜W类，进出口段为V类；引水隧洞出口（调压井及压力前池）与引水隧洞相连；调压井正下方右岸河畔上下游侧均有冲沟发育，两冲沟之间夹持带宽度约100m，发电厂房位于夹持带上,上游侧冲沟控制积水面积为0.38km2，下游侧冲沟为0.19km2，发电厂房后缘边坡自然坡度25°〜40°，地表均有覆盖层分布，厚度1.2〜6.5m，结构松散,下伏基岩为许满组第四段（T2xm4）钙质泥岩、粉砂质泥岩，夹钙质粉砂岩，及灰岩透镜体，岩体强风化厚度2.5〜8m，岩体抗风化能力弱，板绕某断层F2断层和其他多条背、向斜从附近穿过，岩层产状总体为300°〜315°Z3°〜19°,为逆向坡，岩体完整性差。36.28地质灾害发生的原因分析及对本工程的影响3.16.28地质灾害及发生的原因分析3.1.1地质灾害状况2010年6月28日，距离工程完工已3年之久，该水电站引水系统及发电厂房遭受特大暴雨和泥石流地质灾害袭击，后缘边坡地表松散物质与洪水混合后逐渐汇集到冲沟内，顺沟倾泻而下，最终在开关站区域逐渐滞留堆积，成分为碎块石、漂石夹杂草树根及黏土等，规模约1.2万mH造成进场公路边坡垮塌、道路中断，发电厂房内被水淹至安装间高程，开关站部分位置被泥石流淤埋，排洪渠部分段被冲毁，调压井后边坡、发电厂房后边坡等出现垮塌现象。详见图1。2.2泥石流地质灾害发生的原因分析（1） 泥石流的发生须具备地形条件、松散物质来源条件、水源条件，且具有季节性和周期性［1］。（2） 发电厂房总体位于两冲沟之间，开关站位于上游侧冲沟近出口位置，该冲沟积水面积为0.38km2,沟底水力比降20〜40%。（3）发电厂房后缘边坡整体树枝状冲沟发育，坡面完整性差，坡面地表均有覆盖层分布，厚度1.2〜6.5m，成分为黏土夹少量碎石，结构松散至稍密实，下伏基岩以碎屑岩为主，岩体强风化厚度2.5〜8m,且受构造影响，岩体完整性差，有丰富的固体径流物质存在，且坡面大多为耕地或有零星植被发育，即地表植被覆盖总体较差，水土流失较为严重［2］。

图1引水系统及发电厂房遭受地质灾害图片根据市气象局发布的天气信息，2010年6月共30天工程区均有降雨，累计降雨量为2435.3mm,其中27日24h降雨437.7mm，28日24h降雨368.3mm，均为特大暴雨级别，工程区附近长时间受降雨影响，坡面表层覆盖层含水率骤增，物理力学指标降低，自稳能力较差，且在6月27日、28日遭受连续特大暴雨袭击，雨水强烈冲刷导部分人工边坡失稳，或坡面表层松散物质被雨水带走逐步汇集到冲沟内形成泥石流。发电厂房工程建设范围的水保措施设计不尽合理，开关站位于冲沟口，则后缘冲沟内应在合理位置逐级设置永久牢固的固体径流拦挡措施，且需不定时对拦挡设置内的固体物质进行清理及设施维护工作；调压井后缘人工边坡形成后，已建挡墙，但未曾完全发挥其设计功能；水保措施三同时的执行情况，在多个施工断面未见合理的植被覆盖等水保措施，由于碎屑岩抗风化能力弱，且多为土质边坡或强风化岩质边坡，人工边坡形成后未能及时完善水保措施，加剧水土流失。3.2泥石流地质灾害对工程的影响泥石流地质灾害发生过程中，一般会对工程建(构)筑物造成冲击、冲刷、淤埋及次生灾害等影响［3］。3.2.1泥石流冲击影响泥石流发生过程中，其流体物质会对所经过区域的建（构）筑物直接冲（撞）击，或流体中个别大粒径漂砾及龙头卷浪砸向建（构）筑物，对其结构造成破坏，造成人员伤亡或财产损失。泥石流冲刷影响泥石流在形成发展过程中，对原生冲沟的底部、侧向造成冲刷，对两岸建（构）筑物的基础造成冲刷掏空，导致建（构）筑物结构开裂垮塌或其他方式破坏，如该发电厂房后缘排水沟基础的掏空垮塌；或者因为侧蚀引发边坡滑坡、崩塌等次生地质灾害等。泥石流淤埋影响泥石流为固体径流和水混合形成的流态物质，且在发展或流淌过程中易出现部分滞流，或在下游平缓区域形成扇形堆积区，其堆积区域的原有建（构）筑设置会被部分或全部预埋，造成毁灭性破坏。泥石流次生影响泥石流发生过程中导致附近交通设施破坏，道路路基失稳垮塌造成交通事故，或引发输变电系统破坏造成触电伤人事故，或机械人员抢险过程中出现的安全事故及人身伤害等。4泥石流地质灾害的防治措施及反思泥石流防治措施一般植物措施、工程措施或综合处理措施等，其中减少人为对自然边坡的破坏，提高植被覆盖率，减少水土流失范围，减轻水土流失程度是防止泥石流地质灾害的治本之策；对工程建设或其他原因形成的人为破坏、或生态修复缓慢的区域需实施工程防治措施，一般是在泥石流形成区、发展区、径流区及堆积区分别设置引排水、拦挡、支护、排导及停淤等功能不一、类型各异的工程措施，以达到遏制、减少、减轻泥石流的发生，减少泥石流地质灾害造成的影响，泥石流防治措施新型结构一般有框架式泥石流拦渣坝、组装式泥石流烂渣坝或排导等，其结构及适宜性详见表1。

表1泥石流防治措施新型结构及特点汇总表结构名称作用及适宜性功能及特点框架式泥石流拦渣坝拦挡固体物质，漏掉水流，减缓泥石流冲击力利用钢筋混凝土框架提升坝体结构强度，浆砌石结构投资省，在结构安全可靠和投资节省之间达到平衡。组装式泥石流烂渣坝或排导墙场地狭小，松散物质深厚，工期要求短。施工空间狭小，工期紧张，且能消耗部分松散物质箱体衬砌式排导槽沟底陡峭且无设施消抵泥石流动能利用箱体内预装设的块石，让泥石流来临时与之搅拌较少势能，且能通过引排顺利化解沟（槽）底加糙措施流速快，减缓底蚀冲刷加大沟（槽）底糟率，降低流速消减泥石流动能，实现顺利排导泥石流具有季节性和周期性的特点，本文所述的水电站引水系统及发电厂房曾在2006年6月中旬（建设期间）遭受过泥石流地质灾害的袭击，造成调压井边坡垮塌、发电厂房后边坡截水沟冲刷破坏，紧邻发电厂房的后缘人工边坡局部垮塌等影响，同时部分正在修建的水工建（构）筑物造成一定程度的影响或破坏其影响范围和破坏程度稍显轻微。在泥石流易发区域对危险区域和安全区域进行划分，且编制应急预案，同时加强预测预报，建立泥石流预警预报站，开展监测和预警工作，设置警示标牌，提醒过往人员及车辆，加强专业知识宣传和配合，建立有效可行的应急反应机制5结束语泥石流地质灾害的发生一般会给发源区至堆积区全区域的建（构）筑物、人员安全及财产带来重大损失，应对泥石流地质灾害发生的可能性以及造成的影响有充分的认识和正确的评价。在水利水电工程枢纽建筑物选址时，首先应选择避让的原则，同时工程建设过程中需合理设置有效的工程及水保措施，且认真落实“三同时”原则，避免或减轻泥石流地质灾害带来的影响，形成人与自然的和谐相