水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)河床組成勘測(cè)調(diào)查范文

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《泥沙研究雜志》2016年第二期

摘要:

通過現(xiàn)場(chǎng)查勘、坑測(cè)、散點(diǎn)法取樣等方法，對(duì)金沙江白鶴灘水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)95km范圍的河床組成進(jìn)行了勘測(cè)調(diào)查，從立體空間和平面分布查明測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)床沙分布情況及級(jí)配組成情況。該成果可作為白鶴灘水庫(kù)調(diào)度及相關(guān)泥沙問題研究的基礎(chǔ)性資料。

關(guān)鍵詞:

金沙江;白鶴灘;河床組成;調(diào)查

為準(zhǔn)確掌握金沙江下游梯級(jí)水電站蓄水前天然狀態(tài)下的河床組成情況，為水庫(kù)調(diào)度、水庫(kù)泥沙問題研究提供依據(jù)，開展了金沙江白鶴灘水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)河床組成勘測(cè)調(diào)查［1，2］。調(diào)查內(nèi)容包括洲灘的沿程分布、洲體形態(tài)、規(guī)模，尤其是洲灘活動(dòng)層的泥沙組成，包括物質(zhì)分類、顆粒級(jí)配、卵石的形態(tài)、磨圓度等，及其在相應(yīng)的平面、垂向的分布變化規(guī)律。在調(diào)查實(shí)施過程中，還對(duì)河段內(nèi)侵蝕產(chǎn)沙、地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流)現(xiàn)象作了勘察;對(duì)影響河床組成的人類活動(dòng)，如采砂、修路、開礦、建水庫(kù)等情況也作了相應(yīng)的簡(jiǎn)要調(diào)查。本次勘測(cè)調(diào)查工作的時(shí)間是2013年11月，調(diào)查范圍為:烏東德壩址至巧家縣蒙姑鄉(xiāng)，長(zhǎng)約95km;以及勘測(cè)河段范圍內(nèi)，金沙江的主要支流口門段。主要采用坑測(cè)、散點(diǎn)、剖面描述、斷面床沙取樣等方法，從立體空間和平面分布查明測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)床沙分布情況及級(jí)配組成情況。這是首次在本河段開展的河床組成調(diào)查，文中水位采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

1工程及勘測(cè)區(qū)域概況

1.1工程概況白鶴灘水電站位于四川省涼山彝族自治州的寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江峽谷，距巧家縣城45km，是金沙江下游河段四個(gè)梯級(jí)水電站的第二級(jí)。電站壩址處控制流域面積43.03萬(wàn)km2，占金沙江流域面積的91.0%。壩址多年平均徑流量、流量、懸移質(zhì)輸沙量、含沙量分別為1312億m3、4160m3/s、1.85億t、1.46kg/m3。白鶴灘水電站以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發(fā)展庫(kù)區(qū)航運(yùn)和改善下游通航條件等綜合利用效益。水庫(kù)正常蓄水位825.0m，正常蓄水位相應(yīng)庫(kù)容190.06億m3，死水位765m，死庫(kù)容85.7億m3，汛期限制水位785m，防洪庫(kù)容75億m3。水庫(kù)總庫(kù)容206.27億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容104.36億m3，具有年調(diào)節(jié)能力。電站總裝機(jī)容量16000MW，年發(fā)電量641億kW•h。

1.2變動(dòng)回水區(qū)基本情況為便于更直觀地了解白鶴灘水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)河道的基本特征，本文采用了《金沙江白鶴灘水電站可行性研究報(bào)告》中提出的正常蓄水位825m，死水位765m，結(jié)合2013年12月庫(kù)區(qū)固定斷面觀測(cè)資料，對(duì)該水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)的范圍進(jìn)行初步確定。當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到825m時(shí)，對(duì)應(yīng)的回水末端在烏東德壩址處;當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到765m時(shí)，對(duì)應(yīng)的回水末端在JC155與JC165斷面之間的老君灘。因此，在理論上，白鶴灘水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)的范圍為烏東德壩址至老君灘，河段長(zhǎng)度約30km。本次實(shí)施洲灘坑測(cè)在干流上的勘測(cè)范圍為金沙江烏東德壩址至蒙姑河段，長(zhǎng)度約95km，河道總體走向是自南偏西到北偏東，干流河道有烏東德、殺威臺(tái)子、火頭田、旱谷地等多處大彎道。其中旱谷地是180度的急彎道，而烏東德壩址附近是連續(xù)彎道河段。干流河道為典型的山區(qū)性河道，兩岸岸坡較陡，多為山體基巖出露，河漫灘很不發(fā)育，局部有階地，種有農(nóng)田和菜地。河道寬窄相間，以狹窄型河道為主，枯水河寬一般為120～180m，卡口枯水河寬約50m，寬闊處枯水河寬約400m。

2坑測(cè)法勘測(cè)成果分析

坑測(cè)法可分為標(biāo)準(zhǔn)坑、散點(diǎn)，其中，標(biāo)準(zhǔn)坑尺度為1×1×1m，取樣厚度分為表層、次表層、0.5m、1.0m，分層取樣，并進(jìn)行篩分析，從而獲得床沙樣品的級(jí)配。散點(diǎn)只分表層、次表層，其他要求與標(biāo)準(zhǔn)坑相同。

2.1取樣點(diǎn)平面布置坑測(cè)法布置見圖1。其中，在干流上布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)坑12個(gè)、散點(diǎn)25個(gè);在支流入?yún)R口或溪溝口門內(nèi)布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)坑5個(gè)、散點(diǎn)2個(gè)。對(duì)所有標(biāo)準(zhǔn)坑、散點(diǎn)使用手持GPS進(jìn)行了平面定位。2.2床沙級(jí)配成果分析

2.2.1沿程變化河段床沙級(jí)配沿程分布特點(diǎn):總體上看，D50、Dmax沿程分布呈鋸齒狀分布，無(wú)明顯的增大或減小趨勢(shì)，但局部河段受河勢(shì)控制，有明顯的遞減趨勢(shì)。如火田壩(JC175右邊灘)－老君灘峽谷段進(jìn)口，長(zhǎng)約10km，沿程分布的洲灘分別為大卵石灘、中小卵石灘、小卵石灘、純沙灘。河段卵石洲灘床沙D50的變化范圍為15.9～103mm，坑點(diǎn)Dmax變化范圍為200～377mm(圖2)。坑點(diǎn)的尾沙樣D50的變化范圍為0.193～0.739mm(圖3)。河段沙質(zhì)洲灘床沙D50的變化范圍為0.121～0.25mm，坑點(diǎn)Dmax變化范圍為1～2mm(圖3)。測(cè)區(qū)有普渡河、小江兩條大支流入?yún)R。兩條大支流的出口河段床沙粒徑均較細(xì)，粒徑以小于75mm中小卵石為主。

2.2.2垂向分布特點(diǎn)河段床沙級(jí)配沿垂向分布特點(diǎn):表層普遍存在粗化層;表層不含小于2mm的細(xì)顆粒泥沙;深層大多無(wú)明顯分層。

2.2.3典型洲灘床沙級(jí)配曲線勘測(cè)河段的卵石洲灘床沙級(jí)配十分寬泛，考慮到床沙與推移質(zhì)的交換，得到本河段的典型卵石洲灘床沙級(jí)配，Dmax一般在400mm以下，D50變化范圍為20～90mm(圖4)。勘測(cè)河段的沙質(zhì)洲灘分布廣泛，其典型沙質(zhì)洲灘床沙級(jí)配一般較附近卵石洲灘中小于2mm的細(xì)顆粒更細(xì)、更均勻，Dmax一般在2mm以下，D50變化范圍為0.15～0.25mm，其均值可作為本河段沙推移質(zhì)的級(jí)配成果(圖5)。

3區(qū)間來(lái)沙特點(diǎn)

勘測(cè)河段的泥沙主要來(lái)源于泥石流、滑坡以及人類活動(dòng)的影響。

3.1泥石流勘測(cè)河段植被稀疏，山坡陡峻，是金沙江下游滑坡、泥石流災(zāi)害最嚴(yán)重的河段之一。河段內(nèi)的滑坡、泥石流既是庫(kù)岸不穩(wěn)定的因素，也是水庫(kù)泥沙的重要來(lái)源。泥石流災(zāi)害在本河段是很普遍的現(xiàn)象，發(fā)生泥石流災(zāi)害極為頻繁，最典型的是小江流域。小江系金沙江右岸一級(jí)支流，位于金沙江下游地區(qū)，發(fā)源于滇東北高原的魚味后山，全長(zhǎng)約為138km，流域面積3043km2，兩岸懸崖陡峭，相對(duì)高差1000～2000m，水流落差909m。小江河谷發(fā)育在著名的小江大斷裂帶上，地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震強(qiáng)烈，是長(zhǎng)江上游水土流失最嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境最惡劣，地質(zhì)災(zāi)害最頻繁地區(qū)。河流含沙量大，尤以泥石流著稱于世，小江年輸沙量約為776萬(wàn)t。由于小江深切割的溝谷十分發(fā)育，兩岸巖層結(jié)構(gòu)松散，加之河谷兩岸植被稀疏，一遇暴雨極容易形成規(guī)模巨大的泥石流。目前小江流域已查明的泥石流溝有140條，每年都有數(shù)十條溝谷暴發(fā)泥石流，其中著名的蔣家溝泥石流平均每年暴發(fā)15次左右，最多的年份達(dá)28次。小江雖然也發(fā)源于山區(qū)并在山谷中穿行，比降很大，水流挾沙能力也應(yīng)較大，河床理應(yīng)以下切為主，但從床沙組成來(lái)看(圖6)，小江河道有累積性淤積特點(diǎn)。這主要是因?yàn)椋M管水流挾沙能力大，但來(lái)沙量更大，不足以將全部泥沙帶走，部分泥沙不得不在河床落淤，使得河床被砂礫石厚厚地覆蓋著，變得十分平坦。小江出口段的床沙級(jí)配可作為本區(qū)域泥石流的主流級(jí)配。

3.2滑坡滑坡的類型可分為兩種:山體滑坡和岸坡垮塌。本次調(diào)查，在該河段發(fā)現(xiàn)了二處大規(guī)模山體滑坡:一處是雙龍?zhí)犊迳剑戮酁鯑|德壩址9.7km，滑坡體位于金沙江右測(cè)的小溪溝內(nèi)1km。另一處是老君灘上首的野牛坪垮山，下距烏東德壩址33km。滑坡體位于金沙江左測(cè)的小溪溝內(nèi)2km。岸坡垮塌主要發(fā)生在階地的陡坎處，而這些陡坎的組成物為松散的砂礫，且厚度高達(dá)幾十米到一百多米，如普渡河口左側(cè)階地、中坪子村階地等。

3.3人類活動(dòng)對(duì)區(qū)間來(lái)沙的影響人類活動(dòng)對(duì)區(qū)間來(lái)沙的影響因素有修路、開礦、修建水電站、封山育林等。其中修路、開礦活動(dòng)增加區(qū)間來(lái)沙，修建水電站、封山育林活動(dòng)減少區(qū)間來(lái)沙。調(diào)查期間，在云南境內(nèi)(舍塊鄉(xiāng)至田壩)正在興建沿江公路，有大量路渣直接滾入金沙江。另外，有很多礦區(qū)土石路正在興建。普渡河口至田壩有多處鉛、鋅礦洞，大量礦渣堆積在岸坡上，由于顆粒較細(xì)，容易被雨水和洪水帶入金沙江。另外，洗礦的規(guī)模越來(lái)越大，其廢水不僅含有大量泥沙，而且水質(zhì)污染嚴(yán)重，其污水有二種顏色，一種是乳白色，一種是鐵銹色，它們的共同特點(diǎn)是惡臭無(wú)比。

4認(rèn)識(shí)

(1)白鶴灘水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)為典型的山區(qū)性河道，兩岸岸坡陡峻，且山體基巖裸露，河道寬窄相間，以狹窄型深切河谷為主。河漫灘很不發(fā)育，僅局部有少許階地;干流洲灘也不發(fā)育，主要表現(xiàn)在洲灘數(shù)量少，規(guī)模小。但由于該區(qū)域水系發(fā)達(dá)，支流眾多，流域內(nèi)山體破碎，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，地表侵蝕強(qiáng)烈，產(chǎn)沙量巨大，是長(zhǎng)江上游水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)。(2)泥沙堆積的規(guī)模小，數(shù)量較少，但粒徑范圍很廣，大到直徑為數(shù)米的塊球體，小到細(xì)沙、淤泥。洲灘河床組成平面分布:金沙江烏東德至蒙姑河段的調(diào)查洲灘的總面積為40.3萬(wàn)m2，卵石(含卵石夾沙)、沙(含沙夾卵石、泥質(zhì))、基巖磧壩(含塊球體)的覆蓋面積分別占80.1%、14.2%、5.7%。總體上看，本河段床沙級(jí)配D50、Dmax沿程分布呈鋸齒狀，沿程無(wú)明顯的增大或減小趨勢(shì)。河段床沙表層普遍存在粗化層，表層不含小于2mm的細(xì)顆粒泥沙，深層大多無(wú)明顯分層。(3)根據(jù)洲灘活動(dòng)層組成的坑測(cè)結(jié)果，洲灘床沙D50的變化范圍為15.9～103mm，坑點(diǎn)Dmax為377mm。根據(jù)干流有代表性的洲灘床沙確認(rèn)本河段卵石推移質(zhì)D50的變化范圍為60～80mm，Dmax為380mm，沙推移質(zhì)D50的變化范圍為0.121～0.25mm。根據(jù)小江出口段的床沙級(jí)配，確認(rèn)本河段泥石流的主流級(jí)配，D50的變化范圍為10～20mm，小于75mm的泥沙顆粒占88%以上。

參考文獻(xiàn):

［1］王維國(guó)，馮荊州．金沙江下游梯級(jí)白鶴灘水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)河床組成勘測(cè)調(diào)查報(bào)告［R］．武漢:長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，2014．

［2］董先勇，王維國(guó)．金沙江下游梯級(jí)溪洛渡水電站變動(dòng)回水區(qū)河床組成勘測(cè)調(diào)查［J］．泥沙研究，2010(6):54－59．

作者：王維國(guó) 曹大衛(wèi) 馮荊州 單位：長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水文局 荊江水文水資源勘測(cè)局