滑坡堰塞湖及其災害應對

呂杰堂 劉秋強 程凱 張銘

隨著地球進入地質(zhì)活躍期以及人類工程活動的加劇，突發(fā)地質(zhì)災害的數(shù)量越來越多，其中因崩塌、滑坡、泥石流等災害過程產(chǎn)生的堆積物堵塞江河河道，形成堰塞湖后潰決造成巨大危害的情況不斷出現(xiàn)。

我國是一個多山的國家，山地面積占國土面積的2/3以上，地質(zhì)構造復雜，地震活動頻繁，容易因降水或地震活動誘發(fā)地質(zhì)災害產(chǎn)生堆積物形成堰塞湖。從區(qū)域分布看，我國的堰塞湖大多分布于西南地區(qū)的四川、云南、西藏等高山峽谷區(qū)和西北地區(qū)的新疆、甘肅、寧夏和陜西等黃土高原地區(qū)。其頻發(fā)范圍同崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害的頻發(fā)范圍基本一致，其中西南高山峽谷區(qū)由于地質(zhì)構造運動強烈，地震活動頻繁，河流下切強烈，河谷狹窄，成為大型崩塌滑坡堵江形成堰塞湖的高發(fā)地區(qū)。從流域的分布情況看，我國西部高山峽谷區(qū)的岷江流域、怒江流域、雅魯藏布江流域以及黃河中上游流域等地區(qū)是滑坡堰塞湖多發(fā)區(qū)。

1933年四川疊溪地震造成滑坡、崩塌堵塞岷江形成堰塞湖，震后45天堰塞湖潰決造成2500多人被傾瀉而下的洪水淹沒；2000年4月9日，西藏易貢發(fā)生大規(guī)模山體滑坡，滑坡體堆積于易貢藏布江，最終形成體積為2.8億～3.0億m3的滑坡堰塞湖，2000年6月10日，堰塞壩發(fā)生潰壩，洪水沖毀下游川藏公路和通麥大橋，引起帕隆藏布下游到大峽谷下游的墨脫境內(nèi)的道路、橋梁、農(nóng)田、村莊被毀或受損，藏南印占區(qū)的偽阿邦30人死亡，100人以上失蹤，20座橋梁損毀，5萬人無家可歸；2008年汶川地震后，觸發(fā)大量滑坡、崩塌和泥石流等地質(zhì)災害，形成104處堰塞湖。2018年10月17日5時左右，西藏米林縣雅魯藏布江左岸色東普溝發(fā)生崩滑—碎屑流，沖入雅魯藏布江堵塞河道形成堰塞湖，10月19日堰塞壩右岸自然漫頂過流，10月29日因冰雪融水引發(fā)高濃度泥石流再次堵塞雅魯藏布江，10月31日堰塞壩自然漫頂過流，兩次堰塞湖過程均對上、下游造成了重大影響（圖1）。僅2018年10—12月，金沙江、雅魯藏布江就4次因滑坡、冰崩等而形成堰塞湖（圖2）。

本文通過對堰塞湖及其成因類型，堰塞湖的識別、分布與危害以及堰塞湖的應急處置方法等進行了總結，提出了未來應對滑坡堰塞湖災害的研究方向。

堰塞湖及其分類

（一）堰塞湖的定義

在一定的地質(zhì)、地形條件下，河谷岸坡在動力地質(zhì)作用下產(chǎn)生的崩塌、滑坡、泥石流等堆積物、冰川融雪活動所產(chǎn)生的冰磧物、火山噴發(fā)物等形成自然堤壩，橫向阻塞山谷、河谷或河床，導致原有水系被強行堵塞，上游段壅水而形成的湖泊，稱為堰塞湖，而堵塞河道的自然壩體（堆積體）稱為堰塞體（堰塞壩）。由于受堰塞湖水體的沖刷、滲流和侵蝕，堰塞壩發(fā)生溶解、崩塌進而潰壩產(chǎn)生的沖擊力極其危險，這就是堰塞湖效應。

堰塞湖及其災害的形成過程主要有以下五個方面：一是具備地貌上的水系條件；二是原有水系被堵塞物堵?。蝗呛庸?、河床被堵塞后，被斷水系的流水聚集并且往四周漫溢；四是儲水，上游來水不能下泄或下泄量低于匯水量，儲水到一定程度便形成堰塞湖；五是堰塞湖水量累積，超過堰塞壩后，產(chǎn)生漫流過壩，部分堰塞壩因決口或滲流作用等可能產(chǎn)生潰壩，形成下游洪水。

（二）堰塞湖的分類

根據(jù)其形成的誘發(fā)因素，堰塞湖大致分為火山堰塞湖、地震堰塞湖、降（融）水堰塞湖三種類型，

（1）火山堰塞湖：主要是指由火山活動產(chǎn)生的熔巖流堵塞河道形成的堰塞湖。我國有多座著名的火山堰塞湖，如黑龍江省鏡泊湖、五大連池，新疆天山的天池等。

（2）地震堰塞湖:主要是指因地震活動，誘發(fā)河道兩側(cè)山體產(chǎn)生的滑坡、崩塌或泥石流的堆積體涌入河道、河谷形成的堰塞源，如汶川地震后地震誘發(fā)山體滑坡形成的唐家山堰塞湖等。

（3）降（融）水堰塞湖：主要是指由于降雨、降雪、冰雪融化、冰川消融等形成的崩塌、滑坡、泥石流、冰磧的堆積物阻塞河道形成的堰塞湖。例如，2004年4月9日，西藏易貢藏布冰川崩塌導致崩塌—滑坡—碎屑流形成的堰塞湖；2007年7月25日，江坪河水電站左岸暴雨導致梅家臺山體滑坡形成的堰塞湖。雅魯藏布江2018年10月17日，冰川崩塌導致崩塌—碎屑流形成的堰塞湖等。

圖1 雅魯藏布江色東普溝崩滑—碎屑流堰塞湖影像圖（2018.10.30）

通過國內(nèi)外大量堰塞湖的資料統(tǒng)計，降（融）水和地震形成的堰塞湖最多，其數(shù)量占總數(shù)的90%以上，從形成堰塞湖的災害類型看，以滑坡災害形成堰塞湖的數(shù)量最大。

另外，根據(jù)堰塞湖可能最高水位對應的庫容大小，可以將堰塞湖按規(guī)模劃分為大型（堰塞湖庫容大于等于1億m3）、中型（堰塞湖庫容介于0.1億～1億m3）、?。?）型（堰塞湖庫容介于0.01億～0.1億m3）和小（2）型（堰塞湖庫容小于0.01億m3）四種。

堰塞湖的主要危害

堰塞湖從形成到成災，整個過程通常會伴隨崩滑（滑坡、泥石流）—碎屑流—堰塞湖—潰決—洪水災害鏈，在空間上以堰塞壩為界線可分為上游、堰塞壩址和下游三個區(qū)間。

堰塞湖最大的危害是對下游區(qū)的危害。由于天然堆積的堰塞體結構松散、孔隙率大，很難抵抗不斷上升的湖水水位，容易發(fā)生壩址漫頂或潰決。當壩體潰決，洪水瞬間下泄時，在下游形成災難性潰決洪水。這種高水頭洪災，會對下游河道產(chǎn)生強烈沖刷，沖毀農(nóng)田、電站和基礎設施等，使下游人民的生命財產(chǎn)遭受巨大損失。同時快速下泄的洪水夾雜泥沙掏刷岸坡坡腳極易誘發(fā)次生崩塌，破壞植被生態(tài)，有時甚至會使河道改道。另外，堰塞湖蓄水對兩岸邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，洪水輸沙，湖水淤積和潰壩后壩體物質(zhì)的堆積，淤積抬高河床，會對地質(zhì)環(huán)境造成一定影響。

圖2 金沙江白格滑坡堰塞湖

在堰塞湖上游區(qū)，隨著水位的上升，會形成上游淹沒區(qū)，對影響范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)村莊、道路橋梁等基礎設施造成直接危害。同時由于水位變化，可能導致庫岸邊坡穩(wěn)定系數(shù)降低，誘發(fā)次生崩塌、滑坡等地質(zhì)災害，崩滑體入湖形成涌浪，將嚴重威脅周邊設施安全和堰塞壩體的穩(wěn)定性。另外上游堆積的泥沙淤積，在泄流過程中可能會影響水利工程的正常功能與使用年限。

在堰塞壩址區(qū)，漫頂或其他形式誘發(fā)的潰壩，破壞流域魚類繁殖和生存環(huán)境，岸坡物質(zhì)結構松散，隨時可能再次崩塌切斷泄洪槽形成二次堰塞湖。

堰塞湖危害的應對

（一）堰塞湖的識別及遙感監(jiān)測

堰塞湖的遙感監(jiān)測主要利用地災區(qū)的衛(wèi)星、航空、無人機等高分辨率遙感數(shù)據(jù),根據(jù)其圖像特征結合相關資料確定堰塞湖及其空間位置。一般情況下,在堰塞湖的堰塞壩址區(qū)存在明顯滑坡體或崩塌堆積物，且完全堵塞河道，造成壩體上游河道顯著加寬，下游出現(xiàn)斷流。

通過多時相、多源遙感數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)堰塞湖動態(tài)遙感監(jiān)測，為堰塞湖處置提供科學依據(jù)。尤其是在地面交通被嚴重破壞的地區(qū)和偏遠山區(qū)，目前遙感成為不可替代的手段。

與正常河流相比，堰塞湖水體由于壩體的阻隔，水流緩慢，泥沙沉積，導致水體相對清澈，水面有大量漂浮物存在，利用光學圖像可顯著判別并及時掌握由于水位的上升，堰塞湖岸邊建筑物、道路等設施被淹沒的情況。遙感圖像也可以顯著判別當堰塞湖水位高過壩體時，壩體頂部的溢流現(xiàn)象。

（二）堰塞湖上、下游及周邊的動態(tài)監(jiān)測

動態(tài)監(jiān)測主要集中在兩個方面，一是加強堰塞湖上游下游的水情與變形監(jiān)測，及時分析、預測災情發(fā)展趨勢；二是加強對堰塞體物質(zhì)來源的變形監(jiān)測，及時掌握災害體后續(xù)變形發(fā)展趨勢及可能產(chǎn)生的危害，為堰塞湖應急處置方案提供參數(shù)依據(jù)。

（三）堰塞體的穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性分析包括通過對堰塞體的堆積規(guī)模、物質(zhì)組成、顆粒特征、透水性能等的分析、試驗，并結合上游水量等參數(shù)，通過滲流計算、土力學穩(wěn)定計算等對堰塞壩的穩(wěn)定性進行研判，分析堰塞壩抵御潰壩破壞的能力，確定壩體穩(wěn)定的時間，預測可能的破壞形式和程度。

（四）堰塞湖潰塊過程及洪水演進分析

主要是對堰塞壩體的潰壩時間、決口寬度、洪峰流量、流速、下游地洪峰流量及洪水到達歷時等進行分析計算，從而確定潰壩洪水對下游造成危害的到達時間及影響范圍。

（五）堰塞湖風險分級評價

堰塞湖風險評價包括了堰塞體危險性分級及評估、堰塞體潰決損失嚴重性評估、風險綜合評估三個方面，進行堰塞湖風險評價有助于有針對性地采取應急處置措施。

1.堰塞體危險性分級及評估

根據(jù)堰塞湖規(guī)模、堰塞體物質(zhì)組成和堰塞體高度，堰塞體危險級別可以劃分為四類（表1）。

表1 堰塞體危險級別與分級指標

2.堰塞體潰決損失嚴重性分級評估

根據(jù)堰塞湖影響區(qū)的風險人口、重要城鎮(zhèn)、公共或者重要設施等情況，可以將堰塞體潰決損失嚴重性級別劃分為極嚴重、嚴重、較嚴重和一般四個等級（表2）。

表2 堰塞體潰決損失嚴重性與分級指標

3.堰塞湖潰決風險綜合評估

根據(jù)堰塞體危險性、潰決損失大小、潰決方式等進行風險評價，堰塞湖風險等級可分為四級，具體見表3。堰塞湖潰決形式有瞬時全潰、瞬時部分潰決、逐步潰決等3種形式，其中瞬時全潰危險性最大，逐步潰決相對危險性較小。

表3 堰塞湖風險等級劃分表

（六）堰塞湖危害范圍預測及避讓安置

通過監(jiān)測、預測及分析評價，及時對堰塞湖上游最高水位影響范圍、下游潰壩最大流量、最高水位、沿程危及范圍做出預測，并提前做好相關設施的防護和居民安置工作。

（七）堰塞湖的應急處置

堰塞湖的形成與危害過程與水體聯(lián)系非常緊密，部分堰塞體由于形成的時間短、物質(zhì)組成復雜、穩(wěn)定性差，隨著堰塞湖水位升高，堰塞體通常會在短時間內(nèi)被破壞或潰壩，需要在盡可能短的時間內(nèi)或危險到來之前對堰塞體進行應急處置。對堰塞湖的處置本質(zhì)上就是降低堰塞湖水對上下游的威脅，一般遵循“堵、疏、排以及堵排結合”的基本原則，根據(jù)堰塞湖的具體性狀，確定相應的處置方式，主要有以下處置方式。

1.爆破處置

通過爆破將堰塞體破開，使堰塞湖水能夠下泄，消除湖水的威脅。這種處置主要應用于堰塞湖兩側(cè)坡體較穩(wěn)定、沿河方向展布較短、堰塞體規(guī)模不大、水位上升迅速、時間上或空間上難以進行機械施工的情況。

2.疏泄水流

主要通過挖除堰塞體，降低堰塞壩高度，減少攔蓄水量，或通過挖泄水槽(渠)等，降低堰塞湖水位，讓洪水通過排水槽沖(掏)刷逐步形成通暢的泄洪通道，減輕或避免災害。這種處置方式是國內(nèi)大型滑坡堰塞湖主要采用的工程方式，如易貢滑坡堰塞湖（2000年）、唐家山堰塞湖（2008）（圖3）、金沙江堰塞湖（2019）等的處置。

此外，還可以通過湖水機械抽排、虹吸管抽排、修建泄洪洞等方式進行排水，降低堰塞湖水位。

3.加固成壩

在堰塞壩的組成物質(zhì)不易被沖蝕、潛蝕，壩體較為穩(wěn)定的情況下，可以通過采取鋼筋石籠網(wǎng)、拋石（砌石）、碾壓等護坡工程措施以及防滲等技術手段進行綜合治理，堰塞壩被改造為穩(wěn)定壩體，使堰塞湖水體漫流過壩不會沖跨壩體。

4.自然過流

不采取工程措施，讓堰塞湖水上漲自然漫流過壩，這種情況下有兩種可能的發(fā)展趨勢：一是湖水漫流過壩后，堰塞壩體被流水自然沖潰，主要適用于堰塞湖容量小、堰塞體規(guī)模不大，或是不具備施工條件的堰塞體，2018年10月17日、2018年10月29日雅魯藏布江兩次堰塞堵江均是自然過流潰壩；二是過流后，堰塞體自然保留，成為永久性的堰塞湖。對這類不加處置的堰塞湖，一方面要更好地進行監(jiān)測預警，另一方面要全面分析潰壩風險，并做好必要的防范，防止不利情況。

堰塞湖災害應對展望

隨著近年來發(fā)生的多起滑坡堰塞堵江災害，堰塞湖的防范與應急處置得到了更多的關注，未來堰塞湖的應急處置需要在以下方面進一步深入研究。

1.利用天空地一體化技術裝備實現(xiàn)重點區(qū)段綜合監(jiān)測，通過氣象、水文、地質(zhì)、地震等數(shù)據(jù)共享，開展重點區(qū)段崩塌滑坡—碎屑流/泥石流堵江災害鏈監(jiān)測預警工作；深入開展堰塞湖形成地質(zhì)條件、潰決形式、潰壩洪水風險分析等研究，提升應急監(jiān)測和風險評估能力。

2.系統(tǒng)總結國內(nèi)外堰塞湖應急處置經(jīng)驗和教訓，針對關鍵技術、特種裝備進行研發(fā)，提升堰塞湖應急處置能力。

3.開展大江大河重點區(qū)段崩塌滑坡—碎屑流堵江類型及成因規(guī)律研究，并進行大江大河崩塌滑坡—碎屑流堵江防治工程可行性方面的研究。

4.開展崩塌滑坡—碎屑流堵江堰塞湖應急處置方法分類研究，為制訂不同類型堵江堰塞壩的應對方案提供依據(jù)。