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水库变动回水区河床组成勘测调查

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《泥沙研究杂志》2016年第二期

摘要:

通过现场查勘、坑测、散点法取样等方法,对金沙江白鹤滩水库变动回水区95km范围的河床组成进行了勘测调查,从立体空间和平面分布查明测验河段内床沙分布情况及级配组成情况。该成果可作为白鹤滩水库调度及相关泥沙问题研究的基础性资料。

关键词:

金沙江;白鹤滩;河床组成;调查

为准确掌握金沙江下游梯级水电站蓄水前天然状态下的河床组成情况,为水库调度、水库泥沙问题研究提供依据,开展了金沙江白鹤滩水库变动回水区河床组成勘测调查[1,2]。调查内容包括洲滩的沿程分布、洲体形态、规模,尤其是洲滩活动层的泥沙组成,包括物质分类、颗粒级配、卵石的形态、磨圆度等,及其在相应的平面、垂向的分布变化规律。在调查实施过程中,还对河段内侵蚀产沙、地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流)现象作了勘察;对影响河床组成的人类活动,如采砂、修路、开矿、建水库等情况也作了相应的简要调查。本次勘测调查工作的时间是2013年11月,调查范围为:乌东德坝址至巧家县蒙姑乡,长约95km;以及勘测河段范围内,金沙江的主要支流口门段。主要采用坑测、散点、剖面描述、断面床沙取样等方法,从立体空间和平面分布查明测验河段内床沙分布情况及级配组成情况。这是首次在本河段开展的河床组成调查,文中水位采用1985国家高程基准。

1工程及勘测区域概况

1.1工程概况白鹤滩水电站位于四川省凉山彝族自治州的宁南县和云南省巧家县交界的金沙江峡谷,距巧家县城45km,是金沙江下游河段四个梯级水电站的第二级。电站坝址处控制流域面积43.03万km2,占金沙江流域面积的91.0%。坝址多年平均径流量、流量、悬移质输沙量、含沙量分别为1312亿m3、4160m3/s、1.85亿t、1.46kg/m3。白鹤滩水电站以发电为主,兼顾防洪,并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合利用效益。水库正常蓄水位825.0m,正常蓄水位相应库容190.06亿m3,死水位765m,死库容85.7亿m3,汛期限制水位785m,防洪库容75亿m3。水库总库容206.27亿m3,调节库容104.36亿m3,具有年调节能力。电站总装机容量16000MW,年发电量641亿kW•h。

1.2变动回水区基本情况为便于更直观地了解白鹤滩水库变动回水区河道的基本特征,本文采用了《金沙江白鹤滩水电站可行性研究报告》中提出的正常蓄水位825m,死水位765m,结合2013年12月库区固定断面观测资料,对该水库变动回水区的范围进行初步确定。当库水位达到825m时,对应的回水末端在乌东德坝址处;当库水位达到765m时,对应的回水末端在JC155与JC165断面之间的老君滩。因此,在理论上,白鹤滩水库变动回水区的范围为乌东德坝址至老君滩,河段长度约30km。本次实施洲滩坑测在干流上的勘测范围为金沙江乌东德坝址至蒙姑河段,长度约95km,河道总体走向是自南偏西到北偏东,干流河道有乌东德、杀威台子、火头田、旱谷地等多处大弯道。其中旱谷地是180度的急弯道,而乌东德坝址附近是连续弯道河段。干流河道为典型的山区性河道,两岸岸坡较陡,多为山体基岩出露,河漫滩很不发育,局部有阶地,种有农田和菜地。河道宽窄相间,以狭窄型河道为主,枯水河宽一般为120~180m,卡口枯水河宽约50m,宽阔处枯水河宽约400m。

2坑测法勘测成果分析

坑测法可分为标准坑、散点,其中,标准坑尺度为1×1×1m,取样厚度分为表层、次表层、0.5m、1.0m,分层取样,并进行筛分析,从而获得床沙样品的级配。散点只分表层、次表层,其他要求与标准坑相同。

2.1取样点平面布置坑测法布置见图1。其中,在干流上布设标准坑12个、散点25个;在支流入汇口或溪沟口门内布设标准坑5个、散点2个。对所有标准坑、散点使用手持GPS进行了平面定位。2.2床沙级配成果分析

2.2.1沿程变化河段床沙级配沿程分布特点:总体上看,D50、Dmax沿程分布呈锯齿状分布,无明显的增大或减小趋势,但局部河段受河势控制,有明显的递减趋势。如火田坝(JC175右边滩)-老君滩峡谷段进口,长约10km,沿程分布的洲滩分别为大卵石滩、中小卵石滩、小卵石滩、纯沙滩。河段卵石洲滩床沙D50的变化范围为15.9~103mm,坑点Dmax变化范围为200~377mm(图2)。坑点的尾沙样D50的变化范围为0.193~0.739mm(图3)。河段沙质洲滩床沙D50的变化范围为0.121~0.25mm,坑点Dmax变化范围为1~2mm(图3)。测区有普渡河、小江两条大支流入汇。两条大支流的出口河段床沙粒径均较细,粒径以小于75mm中小卵石为主。

2.2.2垂向分布特点河段床沙级配沿垂向分布特点:表层普遍存在粗化层;表层不含小于2mm的细颗粒泥沙;深层大多无明显分层。

2.2.3典型洲滩床沙级配曲线勘测河段的卵石洲滩床沙级配十分宽泛,考虑到床沙与推移质的交换,得到本河段的典型卵石洲滩床沙级配,Dmax一般在400mm以下,D50变化范围为20~90mm(图4)。勘测河段的沙质洲滩分布广泛,其典型沙质洲滩床沙级配一般较附近卵石洲滩中小于2mm的细颗粒更细、更均匀,Dmax一般在2mm以下,D50变化范围为0.15~0.25mm,其均值可作为本河段沙推移质的级配成果(图5)。

3区间来沙特点

勘测河段的泥沙主要来源于泥石流、滑坡以及人类活动的影响。

3.1泥石流勘测河段植被稀疏,山坡陡峻,是金沙江下游滑坡、泥石流灾害最严重的河段之一。河段内的滑坡、泥石流既是库岸不稳定的因素,也是水库泥沙的重要来源。泥石流灾害在本河段是很普遍的现象,发生泥石流灾害极为频繁,最典型的是小江流域。小江系金沙江右岸一级支流,位于金沙江下游地区,发源于滇东北高原的鱼味后山,全长约为138km,流域面积3043km2,两岸悬崖陡峭,相对高差1000~2000m,水流落差909m。小江河谷发育在著名的小江大断裂带上,地质构造错综复杂,新构造运动强烈,地震强烈,是长江上游水土流失最严重,生态环境最恶劣,地质灾害最频繁地区。河流含沙量大,尤以泥石流著称于世,小江年输沙量约为776万t。由于小江深切割的沟谷十分发育,两岸岩层结构松散,加之河谷两岸植被稀疏,一遇暴雨极容易形成规模巨大的泥石流。目前小江流域已查明的泥石流沟有140条,每年都有数十条沟谷暴发泥石流,其中著名的蒋家沟泥石流平均每年暴发15次左右,最多的年份达28次。小江虽然也发源于山区并在山谷中穿行,比降很大,水流挟沙能力也应较大,河床理应以下切为主,但从床沙组成来看(图6),小江河道有累积性淤积特点。这主要是因为,尽管水流挟沙能力大,但来沙量更大,不足以将全部泥沙带走,部分泥沙不得不在河床落淤,使得河床被砂砾石厚厚地覆盖着,变得十分平坦。小江出口段的床沙级配可作为本区域泥石流的主流级配。

3.2滑坡滑坡的类型可分为两种:山体滑坡和岸坡垮塌。本次调查,在该河段发现了二处大规模山体滑坡:一处是双龙潭垮山,下距乌东德坝址9.7km,滑坡体位于金沙江右测的小溪沟内1km。另一处是老君滩上首的野牛坪垮山,下距乌东德坝址33km。滑坡体位于金沙江左测的小溪沟内2km。岸坡垮塌主要发生在阶地的陡坎处,而这些陡坎的组成物为松散的砂砾,且厚度高达几十米到一百多米,如普渡河口左侧阶地、中坪子村阶地等。

3.3人类活动对区间来沙的影响人类活动对区间来沙的影响因素有修路、开矿、修建水电站、封山育林等。其中修路、开矿活动增加区间来沙,修建水电站、封山育林活动减少区间来沙。调查期间,在云南境内(舍块乡至田坝)正在兴建沿江公路,有大量路渣直接滚入金沙江。另外,有很多矿区土石路正在兴建。普渡河口至田坝有多处铅、锌矿洞,大量矿渣堆积在岸坡上,由于颗粒较细,容易被雨水和洪水带入金沙江。另外,洗矿的规模越来越大,其废水不仅含有大量泥沙,而且水质污染严重,其污水有二种颜色,一种是乳白色,一种是铁锈色,它们的共同特点是恶臭无比。

4认识

(1)白鹤滩水库变动回水区为典型的山区性河道,两岸岸坡陡峻,且山体基岩裸露,河道宽窄相间,以狭窄型深切河谷为主。河漫滩很不发育,仅局部有少许阶地;干流洲滩也不发育,主要表现在洲滩数量少,规模小。但由于该区域水系发达,支流众多,流域内山体破碎,滑坡、泥石流等地质灾害频发,地表侵蚀强烈,产沙量巨大,是长江上游水土流失最严重的地区。(2)泥沙堆积的规模小,数量较少,但粒径范围很广,大到直径为数米的块球体,小到细沙、淤泥。洲滩河床组成平面分布:金沙江乌东德至蒙姑河段的调查洲滩的总面积为40.3万m2,卵石(含卵石夹沙)、沙(含沙夹卵石、泥质)、基岩碛坝(含块球体)的覆盖面积分别占80.1%、14.2%、5.7%。总体上看,本河段床沙级配D50、Dmax沿程分布呈锯齿状,沿程无明显的增大或减小趋势。河段床沙表层普遍存在粗化层,表层不含小于2mm的细颗粒泥沙,深层大多无明显分层。(3)根据洲滩活动层组成的坑测结果,洲滩床沙D50的变化范围为15.9~103mm,坑点Dmax为377mm。根据干流有代表性的洲滩床沙确认本河段卵石推移质D50的变化范围为60~80mm,Dmax为380mm,沙推移质D50的变化范围为0.121~0.25mm。根据小江出口段的床沙级配,确认本河段泥石流的主流级配,D50的变化范围为10~20mm,小于75mm的泥沙颗粒占88%以上。

参考文献:

[1]王维国,冯荆州.金沙江下游梯级白鹤滩水库变动回水区河床组成勘测调查报告[R].武汉:长江水利委员会水文局,2014.

[2]董先勇,王维国.金沙江下游梯级溪洛渡水电站变动回水区河床组成勘测调查[J].泥沙研究,2010(6):54-59.

作者:王维国 曹大卫 冯荆州 单位:长江水利委员会 水文局 荆江水文水资源勘测局

泥沙研究杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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