由地震引發(fā)河道兩側山體滑坡或崩塌、滑坡體或崩塌體落入河道形成攔水堤壩、河水聚集成湖的現象稱為地震堰塞湖。地震堰塞湖堵塞了正常河道的水流,使堰塞湖區(qū)內的水位不斷升高,水體的滲流壓力會逐漸增大,在疏松堆積的堰塞湖堤上形成管涌,從而造成潰壩,在很短的時間內將湖區(qū)中的全部水量一起排泄出來。這樣,高水頭洪水將造成下游的滅頂之災,形成很大的地震次生災害。
堰塞湖的分類
從地震堰塞湖的形成過程和其可能造成的災害來分,堰塞湖可以分為3類:高危型堰塞湖、穩(wěn)態(tài)型堰塞湖和即生即消型堰塞湖。
高危型堰塞湖,指形成堰塞湖后,河道依然保持原來的下泄路徑,沒有別的泄流通道,造成堰塞湖內持續(xù)蓄水,而壩體又不穩(wěn)定,雖大部分堰塞壩體并不會馬上被沖垮,但隨著蓄水量的增大,逐漸形成管涌或裂縫,在形成后幾天甚至若干年后被水壓沖垮,垮壩時,將有巨大的能量釋放出來,形成嚴重的地震次生水災。
穩(wěn)態(tài)型堰塞湖,亦稱“死湖”,指在形成后存在了100年以上,未決口垮壩的堰塞湖。這類堰塞湖主要是由于堵塞的河道未能完全堵死,或者還有其他的泄流通道造成河流改道,因此堰塞湖內來水和泄水保持平衡,如果壩體結構較為穩(wěn)定,那么這種堰塞湖可以保持很長時間,我國西部地區(qū)有不少湖泊屬于此類型。
即生即消型堰塞湖,地震時,河流遭受崩塌、滑坡、泥石流等物質阻塞,形成短時堰塞湖,但由于壩體十分松散,因此很快就被累積的湖水沖毀。此類堰塞湖水量較少,勢能小,因而危害一般不大。
堰塞湖的危害
堰塞湖是較為常見的自然現象,其大多發(fā)生在偏僻的高山峽谷地區(qū),一般較少引起普通民眾的注意。若是堰塞湖發(fā)生在人口和社會經濟密集區(qū),則可能引發(fā)上游湖區(qū)淹沒或者潰壩洪水災害。
堰塞湖對上游可能造成的災害主要表現在湖內水位上漲,淹沒上游的農田、村莊、廠礦、道路、橋梁、鐵路、輸電與通訊線路等,乃至造成人民群眾的生命損失。例如,1933年8月25日疊溪地震,在岷江銀屏巖、大橋、疊溪等處從上至下形成三道天然堆石將岷江堵塞,使黑水入江口處以上至疊溪的28公里河段江水斷流。大海子壩以上江水形成涌浪挾沙石回水北流,1小時后即淹至沙灣,使震后村中殘跡蕩滌殆盡,牲畜、田園、房舍無一幸免,死于震災、水災者有300余人。
堰塞湖對下游可能造成的災害主要表現在天然壩潰決,下泄的洪水泥流在很短的時間內沖淹房屋、淤埋土地,導致下游地區(qū)人員傷亡和經濟損失,也會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。疊溪堰塞湖在地震后45天(10月9日)由里氏4.5級余震觸發(fā),松平溝內公棚、白臘寨等海子的部分潰決洪水涌入岷江干流上的3個海子,加之岷江上游松潘、南坪一帶陰雨連綿,江水驟漲,致使疊溪海子壩突然潰決。洪水2小時后到茂縣,浪高26. 7米;半夜到汶川,浪高20米;次日凌晨到灌縣,浪高13. 3米。浪高雖已減弱,但到樂山大佛之下時卻仍然是水洗大佛腳面。沿江村鎮(zhèn)、房屋、城墻等均被一卷而光或被亂石淹沒。兩岸的農田被淹沒或淤埋,人、畜落水后很難幸免。
再如,1840年冬天一次地震在印度河上誘發(fā)的堰塞湖,次年6月潰決造成的大水災,將下游400千米處一座兵營及500人吞沒,另有數百名村民被沖走,數千人失蹤。
在較少情況下,堰塞湖也可能成為有用的資源。一些早期形成、安全穩(wěn)定的堰塞湖如今已成為特色風景區(qū),如我國著名的黔江區(qū)的小南海和寧夏的黨家岔湖。一些條件較好的堰塞湖若因勢利導加以處理,則可以用作供水、灌溉、發(fā)電等,如新西蘭的韋克瑞莫納(Waikaremoana)堰塞湖,經處理后建成了一座裝機124 MW的水電站,至今仍在運行。
我國的堰塞湖
自1856年至2010年以來,我國因地震而形成的堰塞湖共計175個,主要分布于我國西部地區(qū),特別是西藏、云南、甘肅、四川等地,我國的臺灣省也屢有發(fā)生。堰塞湖頻發(fā)范圍同一般的滑坡、泥石流等地質災害的頻發(fā)范圍基本一致,其主要發(fā)生地點一般位于山壑縱橫、河流下切作用強烈、河床與兩側山體高差較大、兩側山體間距離較近的高烈度地震區(qū)內。同時,地震堰塞湖還有一個特點,就是較易出現在徑流量較大的支流上,特別是穿越山區(qū)的支流段。四川省是最易產生堰塞湖的省份之一,自1856年以來共計產生68個。四川除長江主流流經該省外,還有其他眾多支流,這些都是孕育堰塞湖的重要基礎。
寧夏也是產生堰塞湖較多的一個省區(qū),其中有很大部分是源于1920年海原里氏8級大地震。由于黃土高原千溝萬壑的地貌條件,河道兩側松散堆積較多,因此容易發(fā)生滑坡、泥石流等地質災害。當大地震發(fā)生時,河道兩側的松散沉積物很容易崩塌,進而堵塞河道形成堰塞湖,但這種主要由土體壩形成的堰塞湖一般壽命較短,震后幾年內大部分會自然消失。
堰塞湖的處理方案
在有堰塞湖災害發(fā)生時,處理的目標應以最少的工程手段使原河道恢復自然的沖淤平衡狀態(tài)。在做好防減災工作后,應待原河川系統較穩(wěn)定后,再施行必要的工程手段,如掘開部分壩體,降低堰塞湖水位,或者考慮水流漫頂后對壩坡的沖刷情況,實施局部性滾壓加固措施等。另外,也可在天然壩下游面,設置防沙壩以穩(wěn)定其坡腳,減輕管涌掏刷基腳的危害。
除工程措施外,其他預報預警系統及教育倡導措施等也極為重要。畢竟防災與減災不可僅依靠工程方法,在人與自然和平共處的同時,也必須預留時間與空間上的緩沖區(qū),以降低危害程度。
2008年5月12日,四川汶川大地震在災區(qū)誘發(fā)了34處規(guī)模較大的堰塞湖,特別是唐家山堰塞湖,其壩體高度、體積和蓄水量、影響范圍等在已知的堰塞湖史上均屬前列,引起了國內外的廣泛關注。唐家山堰塞湖搶險指揮部制訂了“疏通引流,順溝開槽,深挖控高,護坡填腳”等施工方案,自5月21日起,用10天時間建設完成應急疏通工程,開挖了總長475米的泄流槽,成功地降低了壩前水位,基本解除了唐家山堰塞湖的危險。在泄流的同時,還啟動應急疏散預案,其下游綿陽市、遂寧市20余萬人進行安全轉移。