叶巴滩水库塌岸预测方法

叶巴滩水库塌岸预测方法研究

李辉，李秋凡，李华

（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院）

叶巴滩水电站位于四川白玉县与西藏贡觉县境内的金沙江干流上，坝址区位于四川省白玉县盖玉区降曲河口以下约4.5km河段上。坝址控制流域面积为173484km2，坝址处多年平均流量824m3/s。

水库正常蓄水位2889m，相应库容10.80亿m3，调节库容5.37亿m3，具有不完全年调节能力；枢纽建筑物由混凝土拱坝、泄洪消能建筑物及引水发电三大系统组成。混凝土双曲拱坝坝高224m，泄洪建筑物具有“高水头、大泄量、窄河谷”的特点，地下引水发电系统洞室群规模巨大，技术难度高，厂内安装四台单机容量525MW的混流式机组和一台单机容量125MW的混流式环保生态机组。

1库区地形地质条件

水库区属于典型高山峡谷地貌，两岸山体较完整，河谷形态呈“V”型，两岸坡度40~70°，谷坡多基岩裸露，坡脚零星分布崩坡积，多为斜向谷。库区沿江出露的地层主要有：元古界（Pt）的黑云斜长片麻岩，石炭～二叠系（C－P）的斜长角闪岩、片岩、变质砂岩、板岩，三叠系（T）的变质砂岩、板岩、灰岩，中酸性侵入岩等。第四系主要发育在岸坡坡脚、河谷阶地及较大冲沟沟口，为冲洪积堆积、冰川堆积，谷坡与坡麓凹地有崩坡积或滑坡堆积等（如图1）。

库区主要出露花岗岩、闪长岩和片麻岩。两岸山体陡峻，卸荷裂隙发育，在冻融、冰劈等作用下会产生局部崩塌，但不会产生大范围的塌岸。

根据现场调查分析，叶巴滩库区塌岸主要发生在松散的冲洪积、崩坡积、残坡积物堆积区。由于结构松散，无胶结或轻微胶结，孔隙率大，抗冲刷能力差，容易产生冲蚀、崩解及滑塌。库区可能产生塌岸的地段有：克日、木札、仁达等库段。根据有关资料将库区塌岸划分为三种类型，即：滑塌型、崩塌型和冲（剥）蚀型三种。滑塌型：岸坡前缘受冲蚀、浪蚀、库水软化等因素影响，导致前缘松散物质流失，前缘临空，在暴雨等诱因及自重的作用下，岸坡失稳，滑向或坍向江中。崩塌型：岸坡在水、波浪、冻融等作用下，岩体风化加剧，节理、裂隙进一步扩展，直到崩落。冲（剥）蚀型：在库水、风浪冲刷、地表水及其他外部营力的作用下，岸坡物质逐渐被冲刷、磨蚀，然后被搬运带走，从而使岸坡坡面缓慢后退的一种库岸再造形式。主要发育于松散堆积的第四系冲洪积物，坡积物处。右岸较发育的冲洪积及崩、坡积物是此类型塌岸易发岸段。库区塌岸多属于这种类型。

2塌岸预测的方法选择

迄今为止，众多学者提出了许多的塌岸预测理论与方法，主要有卡丘金法、类比法、动力法、两段法、平衡剖面法、岸坡结构法、多元回归分析法等。由于自然地质条件的复杂多变性，塌岸预测方法多属于经验性或半经验性的，还没有严格的物理和数学方程能够解决这类问题，但这些基于工程实践的预测方法，在实际的工作中仍然被广泛地应用，并具有一定的实际意义。权衡各种方法的利弊，结合现场调查所取得的具有针对性的参数，分别选取卡丘金法和两段法对典型塌岸区进行预测和结果比对。

卡丘金法是以类比为基础的预测方法，常用于由松软均质土体如黄土、砂土、砂质黏土以及黏土等组成的库岸的塌岸预测。目前，在我国中小型水库塌岸预测中，多采用多采用这种方法。其计算公式如下：

S t＝N［（A＋h P＋h B）ctgα＋（h s－h B）ctgβ－（B＋h P）ctgγ］

式中：S

t

为长期坍岸预测宽度，m；N为经验系数，其值与岸坡岩性组成有关；A为坍岸预测最高水位与最低库水位差值，m；B为水库正常蓄水位与最低库水位差值，m；h P为波浪影响深

度，m；h

B

为波浪爬升高度，m；h

s

表示正常蓄水位以上岸坡高度，m；α为浅滩冲刷后水下稳定坡角，（°）；β为水上岸坡的稳定坡角，（°）；γ为原始岸坡坡角，（°）。

两段法系王跃敏等通过近10年对数十处水库塌岸的调查、研究提出来的预测塌岸的方法。该方法认为预测塌岸线由水下稳定岸坡线和水上稳定岸坡线的连线组成，水上稳定岸坡线的起点所对应的同高度的原始岸坡点与该线终点之间的水

平距离即为预测的塌岸宽度S

k

。水下稳定岸坡线由原河道多年最高洪水位h及水下稳定坡角α确定，水上稳定岸坡线由设计洪水位和毛细水上升高度H′及水上稳定坡角β确定（如图2）。

3预测参数选取

通过对叶巴滩水库的野外调查和分析，库水位变化幅度取

摘要：叶巴滩电站水库蓄水后，在水流、风浪等因素的影响下，松散崩坡积、残坡积物堆积区将发生库区塌岸现象，影响到水库的正常

运行和安全。对库区塌岸进行了分析，采用卡丘金法和两段法分别对库区塌岸进行预测，并对预测结果进行了比较和分析。

关键词：叶巴滩库区；塌岸预测；卡丘金法；

两段法

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广东科技2012.10.第19期

广东科技2012.10.第19期

在当前技术条件支持下，水库工程控制运用的实时原则在于：防洪兼顾于兴利，兴利服从于防洪，在实现水库工程运行灾害最可靠性控制的基础之上确保水库工程各方效益的最大化。其所涉及到的控制运用内容较多，基本包括水库工程运行现状、来水情况、降雨情况、水库防洪能力以及下游洪水承受能力等指标在内。安排专人针对水库工程运行状态下的来水量指标、出库量指标以及排洪指标予以合理计算。一般情况下，水库工程调度运行应当在汛期尽可能的进行灌溉处理，在下一周期暴雨之间有效腾空库容，特别注意依照预定防限水位标准进行蓄水计划，杜绝任何形式的超蓄问题。

（2）水库工程防汛抢险分析：大量的实践研究结果向我们证实了一个方面的问题：水库工程实时状态在运行过程当中是始终处于变化性发展趋势当中的，导致水库工程运行行为出现出险问题的因素基本可以分为以下两个方面：①水库工程设施疲劳；②水库工程所面临洪水超过水库工程设计标准。从这一角度上来说，水库工程防汛抢险作业关系到整个水库工程运行质量的安全性与稳定性，相关工作人员应当在水库工程运行管理过程当中确立防大洪、抗大灾的防汛抢险管理意识，确保防洪抗灾准备工作的有效落实。在这一过程当中，应当重点关注以下几个方面的问题：①组织汛期值班小组及队伍，落实水库工程防汛管理责任人，在此基础之上配备与之相对应的值班检查制度；②结合水库工程运行现状，针对存在缺陷的水库工程制定并落实与方向的度汛措施（包括防空库容以及合理限制蓄水水位在内）；③落实水库工程汛期抢险队伍及相应的抢险措施，确保水库工程防汛抢险作业的稳定性与可靠性。

4结束语

相关工作人员必须明确一个方面的问题：在全球经济一体化建设进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的推动作用之下，水库工程项目建设作业在整个国民经济建设发展体系中所占据的地位日益关键，其所发挥的重要作用也是可想而知的。从这一角度上来说，

水库工程的安全性不仅仅关系到水库工程设计效益的充分性发挥，关系到社会大众生命财产安全的可靠性保障，同时也关系到现代经济社会的优化与完善，从这一角度上来说，重视水库工程运行管理工作，借助于检查观测作业提高相关工作人员对水库工程实时运行状态的充分认知与了解，对于确保水库工程运行安全与稳定有着极为关键的意义。总而言之，本文针对有关水库工程检查观测与运行管理相关问题做出了简要分析与说明，希望引起关注。参考文献：

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40m ，N 取0.75，根据B.P.安德烈扬诺夫经验公式（1950）计算波高h ，h=0.0208·W 5/4·L 1/3，

式中W 为风速（m/s ），据贡觉县志取最大风速12.5m/s ；L 为吹程

（km ），取水库蓄水后，达到正常蓄水位时，预测库岸段水库宽度；h P 是采用H.e.康德拉捷也夫公式求得，h P ＝0.64arsh （8.1h ）；h B 采用公式计算求得，其中，h 为浪高，K 为被冲蚀岸坡表面糙度有关的系数，变形碎裂体由于为块、碎石堆积，故按抛石取值：K=0.75，α为平水位时河滨浅滩坡角值。根据对三峡、二滩、紫坪埔、小湾等水库塌岸情况的调查研究和塌岸参数的实测成果，取得了叶巴滩水库中易产生塌岸的不同类型土体塌岸预测参数特征值，见表1。

4预测结果比较分析

结合叶巴滩水库的地形特点，采用上述方法和参数分别对

水库两岸重点塌岸段进行塌岸宽度预测，结果见表2。

比较两段法与卡丘金公式法预测塌岸宽度结果可以看出，

两种预测方法预测的塌岸宽度差异性不大，但卡丘金法预测塌

岸宽度均偏大，计算结果偏于安全。

卡丘金法和两段法均采用水下稳定坡度和水上稳定坡度，但卡丘金法把波浪影响的最低和最高线之间定义为水位变动带坡角，认为波浪和水位变动是水下塌岸角的主要影响因素，而两段法认为设计洪水位线+毛细水线以下属水下坡角，认为地下水位是主要影响因素。相较而言，叶巴滩水库属于西部山区峡谷型水库，库面较窄，风浪作用较小，库岸成分主要为碎石土，为均质或类均质岸坡，两段法有较好的预测效果。

5结语

叶巴滩水库建成蓄水后，在多种因素综合作用下，将发生库岸再造。其土质岸坡的典型塌岸模式为冲刷磨蚀型，宜采用两段法进行水库塌岸预测。水库区正常蓄水位方案塌岸入库总方量仅约30万m 3，由于库区库岸长、库容大，塌岸对库容的影响小；对耕地和林地的影响主要集中在仁达和木札等地，但塌岸宽度及影响范围不大；对居民的影响主要集中在克日集镇，需采取必要的工程处理措施。参考文献：

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表2库区塌岸宽度预测成果表

剖面号克日剖面仁达剖面木札剖面

两段法预测塌岸宽度/m

卡丘金法预测塌岸宽度/m

3149445940

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表1库区松散堆积层坡角特征一览表

成因类型崩坡积层（col+dlQ ）冲积层（alQ ）古滑坡堆积（delQ ）物质组成块碎石或块碎石夹土

砂卵砾石砂、泥块石或巨块石堆积

自然坡度17～60°33～55°35～50°水上稳定坡度45°25°35°水下稳定坡度

25°

18°

20°

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水利建设

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