李洪濤，范乃賢，胡嵐平

（1.四川嘉陵江蒼溪航電開發(fā)有限公司，四川蒼溪 628400；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，河南 鄭州 450018；3.四川南充都京港務(wù)有限公司，四川 南充 637000）

1 概 述

“5·12”汶川特大地震形成了113座堰塞湖，主要特點(diǎn)：瞬時(shí)形成，機(jī)理復(fù)雜，滑坡原貌與地質(zhì)構(gòu)造不詳，健康情況難易診斷；汛期臨近，湖水上漲，險(xiǎn)情加劇，搶險(xiǎn)工期要求緊；地處峽谷，交通不便，排險(xiǎn)施工難度大；分布密集，同一流域上可能形成幾座甚至十幾座堰塞湖，如石亭江流域8座、白沙河流域3座、綿遠(yuǎn)河流域16座、北川都?jí)魏恿饔?0座。

應(yīng)急排險(xiǎn)期間，由于應(yīng)急資源和搶險(xiǎn)時(shí)間有限，無(wú)法對(duì)堰塞湖群中所有堰塞湖進(jìn)行詳細(xì)勘擦，進(jìn)行徹底治理，只能定性分析堰塞湖群的風(fēng)險(xiǎn)影響因素，根據(jù)各種因素的綜合考慮，優(yōu)選一個(gè)或幾個(gè)堰塞湖進(jìn)行處置，進(jìn)而使得整個(gè)流域能夠安全度汛。

2 目前常用堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)初步評(píng)價(jià)

為保證堰塞湖的安全，首先應(yīng)估計(jì)其穩(wěn)定性。在資料缺乏的情況下，可采用地貌無(wú)量綱堆積體指數(shù)法，快速初步評(píng)估堰塞體穩(wěn)定性。

式中：Vd——堰塞體體積，m3；Ab——流域面積，km2；Hd——堰塞體最大壩高，m。

當(dāng) DBI＜2.75 時(shí)，堰塞體穩(wěn)定；當(dāng) 2.75＜DBI＜3.08時(shí)，堰塞體介于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之過(guò)渡區(qū)；當(dāng)DBI＞3.08時(shí)，堰塞體不穩(wěn)定。

2.2 堰塞湖危險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)水利部頒布的《堰塞湖危險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》，見表1，初步確定堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而為堰塞湖處理措施提供依據(jù)。

表1 堰塞湖潰決風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)表

3 風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析

據(jù)以上分析，得到影響堰塞湖群的風(fēng)險(xiǎn)性因素有堰塞體組成成分、潰決高度和寬度、集雨面積和常年洪水。

3.1 堰塞體組成成分

土石塊在水流達(dá)到一定強(qiáng)度后，可有靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)，土石塊開始脫離靜止?fàn)顟B(tài)而進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，土石塊就會(huì)被水流帶走。而土石塊的物質(zhì)組成是其啟動(dòng)條件的重要因素。因此堰塞體的組成是判定堰塞體風(fēng)險(xiǎn)性的重要因素之一，堰塞體絕大多數(shù)都是由于某側(cè)山體順層滑坡入江形成，一般情況下，堰塞體由上而下似層狀，堰塞體的下部塊度較大，咬合程度較好，透水性較好，基本不會(huì)發(fā)生滲透破壞，中上部塊度較小，結(jié)構(gòu)松散，易被沖刷破壞，表面通常存留一定量的坡集土。

3.2 堰塞湖庫(kù)容規(guī)模和位置

堰塞湖的庫(kù)容規(guī)模和位置關(guān)系是在一定程度上影響著下游堰塞湖造成沖刷大小和對(duì)下游造成可能危險(xiǎn)破壞性大小。河段堰塞湖位置關(guān)系分上游大下游小、上游小下游大兩種，無(wú)論哪種分布，應(yīng)及時(shí)排除蓄水量大者險(xiǎn)情。如：

1）鐘嘴堰塞湖位于楊家溝堰塞湖上游，庫(kù)容約20萬(wàn)m3，楊家溝堰塞湖庫(kù)容約85萬(wàn)m3，在2009年汛前對(duì)鐘嘴堰塞湖引潰時(shí)，并未對(duì)楊家溝堰塞體產(chǎn)生任何影響，而對(duì)楊家溝堰塞湖降水排險(xiǎn)時(shí)，其下游滴水巖堰塞體呈現(xiàn)較大沖刷。

2）1933年疊溪地震形成銀瓶崖、大橋和疊溪“三大湖連?！?，加上大橋和疊溪之間的松坪溝3處小堰塞湖為“六湖連串”，由于處于下游最大的疊溪海子未及時(shí)排險(xiǎn)或引流，主震后45 d，余震使松坪溝中和松坪溝下兩處堰塞湖連潰，進(jìn)而使疊溪堰塞體中上部幾乎整體潰決，死傷數(shù)千人。

說(shuō)明堰塞體潰決跟自身堰塞湖庫(kù)容規(guī)模和位置有關(guān)，若庫(kù)容大的堰塞湖在上游，庫(kù)容小的在下游，就必須對(duì)庫(kù)容大的堰塞體進(jìn)行應(yīng)急處理，反之，庫(kù)容小的在上游，庫(kù)容大的在下游，就可不處理或稍后處理。

3.3 潰決高度和寬度

目前，我國(guó)用于潰壩模型計(jì)算主要源于以下3個(gè)公式：

1）堰塞體材料為柔性體的堰體易形成部分潰決計(jì)算公式：

2）美國(guó)水道試驗(yàn)站對(duì)上式作了簡(jiǎn)化后的計(jì)算公式：

3）黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得：

式中：Qm——壩址處洪峰流量，m3/s；B——潰壩時(shí)壩前水面寬度，m；H0——壩前水深，m；b——潰口寬度，m；h——潰口頂上水深，m；h′——?dú)埩粞呷w高度，m。

根據(jù)目前我國(guó)用于計(jì)算潰壩的模型，可得出潰決的高度和寬度，即潰口形態(tài)，是判定潰決流量及對(duì)下游影響的主要因素之一。主要根據(jù)堰體中上游的物質(zhì)成分、顆粒大小、分層分區(qū)情況等因素的綜合考慮，堰體一般不會(huì)一潰到底，即便小崗劍堰塞體一次性爆破降水也未達(dá)到全潰，還剩30余m高主要由大孤塊石組成的堰體。

3.4 集雨面積和常年洪水

眾所周知，集雨面積和常年洪水是推算堰塞湖庫(kù)容、堰塞湖可能的洪水位高程等諸多重要因素之一，從而影響堰塞壩潰決時(shí)最大壩址處流量、洪水向下游演進(jìn)時(shí)流量的大小等。如：徐家壩堰塞湖位于綿遠(yuǎn)河最上游，蓄滿水量在1000萬(wàn)m3左右，壩高超過(guò)110 m，可謂庫(kù)大壩高，但由于位置處于堰塞湖群的最上游，集雨面積較小，堰體寬厚，其潰壩風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

4 新增因素的討論

堰塞湖構(gòu)成的堰塞湖群，各堰塞湖間相互影響，通過(guò)綿遠(yuǎn)河、白沙河、澗河等流域堰塞湖群的排險(xiǎn)治理經(jīng)驗(yàn)，除對(duì)堰塞湖群的潰決進(jìn)行了常用風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析外，在前人的基礎(chǔ)上引入新的影響堰塞湖群風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)影響因素，包括：堰塞體上下游邊坡穩(wěn)定性、堰塞體上下游及左右岸邊坡災(zāi)害發(fā)育情況、堰頂及堰體是否發(fā)生沖刷滲流破壞、河道特性、社會(huì)屬性、技術(shù)可行性等。

4.1 堰塞體幾何形態(tài)及堰塞體上下游邊坡穩(wěn)定性

堰塞體幾何形態(tài)是判定其自身穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，通常利用厚高比、上下游坡比等參數(shù)進(jìn)行判定堰塞體的自身穩(wěn)定性。首先對(duì)堰塞體巖、土結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查分析，分析堰塞體巖、土材料分區(qū)以及堰塞體幾何尺寸；其次對(duì)堰塞湖進(jìn)行滲流計(jì)算和邊坡穩(wěn)定計(jì)算，土的滲透變形類型判定應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB50287《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；再次進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，包括上游最高水位并形成穩(wěn)定滲流時(shí)下游邊坡的穩(wěn)定、穩(wěn)定滲流期遇地震時(shí)上下游邊坡的穩(wěn)定、應(yīng)急安全處置措施時(shí)的下游邊坡穩(wěn)定；最后如果堰塞湖蓄水高程超過(guò)堰塞體頂高程，應(yīng)進(jìn)行沖刷能力評(píng)估，評(píng)估內(nèi)容包括堰塞體材料的抗沖刷破壞能力、應(yīng)急泄流渠保持穩(wěn)定泄流條件下的最大可能下泄能力。

4.2 上下游、左右岸災(zāi)害發(fā)育情況

堰塞湖上游災(zāi)害發(fā)育情況直接影響著是否有潛在滑坡、泥石流等涌入堰塞湖庫(kù)區(qū)而使水位雍高甚至形成洪水波；下游災(zāi)害發(fā)育情況關(guān)系著殘留體有再次堵江的可能性；左右岸災(zāi)害發(fā)育情況決定著是不是有二次滑動(dòng)將堰塞體加高的可能，因此上下游、左右岸災(zāi)害發(fā)育情況也需在堰塞湖群風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)總考慮進(jìn)去。如：在綿遠(yuǎn)河上游堰塞湖調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，“5·12”特大地震形成的楊家溝堰塞湖汛前規(guī)模并不大，2008年9月下旬，綿遠(yuǎn)河上游連降暴雨，滑坡殘留體二次滑動(dòng)入江將堰塞體明顯加高，而且還有殘留體再次堵江的風(fēng)險(xiǎn)。小崗劍堰塞體左岸松散滑坡體。

4.3 堰頂及堰體是否發(fā)生沖刷滲流破壞

在調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)一些堰塞湖由于堰塞體架空現(xiàn)象明顯，滲漏嚴(yán)重，堰塞體存在有一定的危險(xiǎn)性，然而有些堰塞湖堰頂已形成穩(wěn)定的泄水槽或堰體以形成穩(wěn)定的滲流通道（滲流水流無(wú)渾濁現(xiàn)象），堰塞體健康狀態(tài)良好，如都江堰市白沙河河口上游約11 km的枷擔(dān)灣堰塞湖，控制集雨面積164.5km2，最大可能蓄水量約 6.1×106 m3，成庫(kù)長(zhǎng)度2.23 km，堰體高 60.00～80.00 m，壩頂長(zhǎng)度200.0 m，順河流方向長(zhǎng)220.0 m，體積約8.2×105 m3。堰體80%以上為花崗巖碎石、塊石，結(jié)構(gòu)密實(shí)。已形成5 m寬的天然泄水陡槽并達(dá)到入出平衡。

4.4 上游堰塞體潰決斷面距壩前河道距離

目前，我國(guó)對(duì)于缺乏資料地區(qū)的潰壩洪水向下游演進(jìn)計(jì)算采用黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算公式：

式中：QLM——壩下游L處洪峰流量,m3/s；W——潰壩下泄總水量,m3；Qm——壩址處洪峰流量,m3/s；L——下游斷面至壩址距離，m；υ——河道洪水期斷面最大平均流速,m/s，在有資料地區(qū)可采用實(shí)測(cè)最大值,如無(wú)資料，一般山區(qū)可采用υ=3.0～5.0 m/s，半山區(qū)可采用2.0～3.0 m/s，平原地區(qū)可采用1.0～2.0 m/s；K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，山區(qū)取K=1.1～1.5，半山區(qū)取K=1.0，平原區(qū)去K=0.8～0.9。

例如：

1）干溝堰塞體下游面與一崗橋堰塞湖庫(kù)尾相連，兩個(gè)堰塞湖水位差較小，河道距離基本等于一崗橋堰塞湖的庫(kù)長(zhǎng)，若干溝堰塞湖潰決，潰決水量直接進(jìn)入一崗橋堰塞湖中，湖水可起到較大消能作用，對(duì)下游影響較小。

2）一崗橋堰塞體距下游小木嶺堰塞湖河道距離約1.5 km，此段河道比降超過(guò)8%，河床結(jié)構(gòu)松散，河道堆積物較多，若一崗橋堰塞湖潰決，將極大可能形成泥石流，其巨大沖擊力可將小木嶺堰塞湖沖潰，將極大可能形成下游堰塞湖的連潰。

4.5 河道特性

由于地震后兩岸山體巖災(zāi)害較為發(fā)育，山洪易形成；其次起初的天然河道明顯出現(xiàn)淤積現(xiàn)象且結(jié)構(gòu)松散。

4.6 社會(huì)屬性

對(duì)堰塞湖群進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)除了關(guān)注堰塞湖群的自然屬性外，還需要關(guān)注堰塞湖群的社會(huì)屬性，對(duì)堰塞湖群潰決后的社會(huì)危害性（風(fēng)險(xiǎn)影響影響人口和公共設(shè)施破壞性等因素）進(jìn)行考慮。實(shí)際上，堰塞湖群本身是具有社會(huì)屬性的，因?yàn)樗鼭Q后會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)危害。所以，堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中需充分考慮其社會(huì)屬性，這樣的話既有利于人們?nèi)ト娴卣J(rèn)識(shí)堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)，也對(duì)堰塞湖的應(yīng)急處置排險(xiǎn)、綜合治理和災(zāi)后恢復(fù)重建工作提供一定的技術(shù)服務(wù)。

4.7 技術(shù)可行性

最后還要考慮在工程施工中的施工技術(shù)可行性，即施工難度和預(yù)計(jì)投資等因素，堰塞湖大多地處峽谷，交通不便，施工技術(shù)難度相對(duì)較大，如：都江堰市白沙河三座堰塞湖位于無(wú)人區(qū)內(nèi)，無(wú)路可通，大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入施工場(chǎng)地，必須先修路再排險(xiǎn)。

［1］周宏偉，楊興國(guó)等，李洪濤，等.地震堰塞湖排險(xiǎn)技術(shù)與治理保護(hù)［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2009，41（3）：96-101.

［2］Casagl,iN,Ermin,iL.Geomorphic analysis of landslide dams in the Northern Apennine［J］.Japanese Geomorphological Union，20（3）:219—249.

［3］SL450-2009，堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］四川大學(xué).四川省綿竹市綿遠(yuǎn)河上游楊家溝堰塞湖安全性評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.2009，3.

［5］四川大學(xué).四川省綿竹市綿遠(yuǎn)河上游鐘嘴至長(zhǎng)河壩河段堰塞湖安全性評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.2009，3.

［6］成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.唐家山堰塞壩治理可行性研究報(bào)告［R］.2008，10.

［7］SL451-2009，堰塞湖應(yīng)急處置技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［8］四川大學(xué).四川省綿竹市綿遠(yuǎn)河上游一把刀至小崗劍河段堰塞湖安全性評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.2009，3.

［9］GB50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［10］四川大學(xué).都江堰市白沙河無(wú)人區(qū)枷擔(dān)灣、窯子溝、關(guān)門山溝堰塞湖安全性評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.2008，12.

［11］四川大學(xué).四川省綿竹市綿遠(yuǎn)河上游一崗橋至干溝河段堰塞湖安全性評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.2009，3.