西南沿江公路滑坡泥石流堰塞湖处治对策

张天佑

我国西南地区处于印度板块和欧亚板块碰撞挤压接触带,地质构造复杂,新构造运动异常强烈,地震活动频繁。研究区属青藏高原强烈切割的边缘山地,岭谷高差大,沟谷内松散冰碛物规模巨大,来自印度洋孟加拉湾的暖湿气流又带来了丰富的降水。这些特殊的地质、地貌、气象水文环境为滑坡泥石流堰塞湖的形成提供了必要的内外因条件。泥石流堵塞河道,一方面可以改变河道地貌形态,可能形成水面平缓景色秀美的堰塞湖;另一方面,河流回水会淹没村庄道路,给人民的生命财产造成损失。溃坝后巨大的洪流流量是正常洪水的几十倍甚至上百倍,沿程摧毁路桥等基础设施,掩埋村庄、农田。泥石流体在出口处形成堆积扇,致使河床改道、抬升,引发边坡失稳、生态失衡等一系列次生灾害。虽然滑坡泥石流坝溃决现象相对于泥石流发生的频率要低得多,但其产生的危害往往比一般泥石流直接危害更为严重[1]。

1 典型堰塞湖及处治

据统计[1,2],汶川大地震主灾区形成34处对下游构成威胁的堰塞湖,其中唐家山堰塞湖是集雨面积、蓄水量威胁最大,可能造成灾害损失最为严重的堰塞湖。唐家山堰塞湖坝体长803 m,宽610 m,高82 m～ 124 m,体积2.037×107m3,库容3.16×108m3,上游集雨面积3.55×103km2。

2009年6月5日,重庆武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生了大规模的崩滑,体积约5×106m3,被结构面切割成“积木块”状的灰岩山体,沿缓倾页岩软弱夹层发生整体滑动。高速运动的滑体物质在堵塞前部宽约200 m,深约50 m的铁匠沟沟谷后,形成平均厚约30 m,纵向长度约2 200 m的堆积区,掩埋了12户民房和正在开采的铁矿矿井入口,成为近年来少有的一次崩滑灾难性事件[3]。

2009年8月6日,四川雅安市汉源县顺河乡境内猴子岩(省道306线K73+000～K73+330处)发生山体大面积滑移,近40万m3土石瞬间从约160 m高处崩滑至大渡河,形成大渡河上罕见的堰塞湖。堵塞坝体长约250 m,高40 m,堵塞时间达4.5 h,形成长约10 km的堰塞湖,库尾达大渡河与流沙河交汇处,库容达6 000 m3,省道 306线已完全中断,堰塞事件还造成上游147户农家、1 774亩农田被淹没[4]。

2 堰塞湖溃决风险与影响评估

1)现场勘察与地形图绘制。一旦泥石流坝形成,突发的溃决洪水如何做到及时预测预警,达到防灾减灾的效果,当务之急是进行堰塞湖溃坝风险评估。这就需要进行遥感勘察和野外勘察,全面掌握堰塞湖特征,特别是堰塞湖的数量、分布、性质判断、堰塞湖溃决的条件和溃决的风险。通过现场地形测绘,或采用已有地形图构建计算影响区域,并采用多时相高分辨率卫星遥感数据对地形图进行修正。

2)堰塞湖库容动态监测。进行全方位严密监测、动态分析,特别是雨季的定点水文观测;另外就是对泥石流、滑坡本身的监测。组织专业技术人员现场局部测绘,快速生成溃决影响范围内地形图;监测上游河道流量过程,绘制堰塞湖水面边界;利用高分辨率卫星遥感数据监测堰塞湖内沉积物,动态计算堰塞湖库容。

3)溃决洪水快速评估。针对可能发生溃决险情的堰塞湖,采用相关溃决计算模型快速计算溃决洪水要素(可能影响范围、水深、流速等),预测堰塞湖溃决时间及泛滥范围。根据计算结果,制定下游危险区的临灾预案。

3 堰塞湖应急避险减灾措施

泥石流发生后,一旦堵塞河道形成堰塞湖,如何把它可能造成的灾害降低到最低限度,不管是对哪一种堰塞湖的处理都必须抓紧时间,处理得越早越好。首先必须加强预测、预报、监测和预警工作。然而仅靠监测和撤离这种被动的措施还不够,应在对堰塞湖溃决风险与影响快速评估的基础上,做好应急避险减灾工作。

例如,对于那些不可能稳定的堰塞湖,可以考虑采用堵塞坝表面人工或机械挖掘隧洞、挖明渠、挖壕沟、爆破、拦截等方式来引流或疏通湖道[2,4],加深溢流口,促进坝址位置的溯源侵蚀,陡坎后壁不断向坝顶推进,增大坝体表面的冲刷强度,使其汇入主流流域或分散到水库,降低湖水水位,通过泄水促进堰塞湖的溃决,减少洪水对下游人民生命财产的威胁。另外,可以通过对堰塞湖堵塞物的结构分析,制定科学合理的药包布置方式,对坝体采用精准的定向爆破,分层、分段拆除,使堰顶高程逐步降低,或使堰体缺口得到有效控制,实现堰塞湖的分洪时间由不可控变为可控。在实施爆破前,可主动撤离危险区域,还可根据实际情况在堤上安装虹吸工程、泵抽湖水、安装警报系统及组织观察哨[1],即使岩崩、滑坡涌进湖内,较少的库水溃决造成的洪水和泥石流灾害要小得多。

这些措施有的已成功用于处理唐家山堰塞湖、鸡尾山堰塞湖、猴子岩堰塞湖等,有效地降低了堰塞湖的危害。但是需要注意的是,采用挖掘或定向爆破的形式开挖溢洪道,逐步降低堰塞湖水位的方法存在一定的风险,尤其是定向爆破很有可能引发山体共震,形成新的滑坡或崩塌。如果滑坡或崩塌发生在堰塞湖库区,则可能引起突然的涌浪击溃坝体。同时,需要对受灾群众安置的地方进行危险性评估,如果附近确实还有爆发大规模滑坡泥石流或者是大规模毁灭性堵塞坝溃决的可能性,就要尽快把设置在泛滥范围内的灾民安置点及抢险救援人员的临时驻扎场所撤离到安全区域。

对于大型堰塞湖的处理也是越早越好,否则堰塞湖水位上涨之后处理难度加大。当然,对堰塞湖的技术处理工作可能会因为交通不便存在很大难度,但是为了防止更大的灾害,必须想办法尽快实施。对于较大的、通过详细的踏勘和结构分析,确认日后完全有可能稳定的形成天然湖泊的大型堰塞湖,如果通过开挖让其溃决的可能性已经不大,应该抓紧时间在堰塞湖坝体表面开挖形成溢洪通道,迅速对溢洪道表面进行压实、振捣、稳固处理,用混凝土进行表面喷涂甚至浇筑钢筋混凝土面板进行保护。先保证该堰塞湖溢流后的坝体稳定,日后再把这个天然的堰塞湖改造成一座瀑布水库,进行底孔泄流设施和发电利用的改造,可以考虑建成一座新的水电站。但因一般的堰塞湖地理环境比较恶劣,难于运输或使用大型设备,所以疏导和加固堰塞坝的工作相对比较困难,应根据具体情况来实施。

为确保除险方案的实施,需建立可靠的应急保障体系。为此,唐家山堰塞湖处理过程中建立了水雨情预测预报体系、堰塞坝体远程实时视频监控系统、坝区安全监测系统、坝区通信保障系统以及防溃坝专家会商决策机制[2],这对今后处理类似突发性事件具有重要的借鉴意义。

4 堰塞湖次生灾害监测及预警

首先,针对堰塞湖引发的次生山地灾害,基于RS和GIS技术平台,提取区域地质(地层岩性、地质构造)及地形地貌等影响因子,根据其对次生地质灾害的影响大小,建立次生地质灾害危险性评价指标和评价体系,进行堰塞湖溃决后次生地质灾害区域危险性评价,快速地宏观确定容易发生次生地质灾害的区域。

其次,建立监测预警体系,在一些重要地方设置监测仪器,多渠道、多尺度、多方法地观测,尽可能保证当地群众的安全。例如,可以利用雷达干涉(RS)测量技术对堰塞湖溃决后次生地质灾害进行大区域快速变形监测;利用声发射技术对堰塞湖溃决后次生地质灾害进行临滑监测及预报;利用钻孔测斜仪和外部变形监测等常规监测技术,对潜在的比较危险的地段进行重点变形监测及预警,保障区域安全。

另外,在灾区城镇和村庄恢复重建中,首先应进行充分的风险评估,对下游的居民、路桥、城镇、农田、森林来说,尽量避开大型滑坡和泥石流危险区,还应评估山区人口容量,将多余人口转移出山区。选择合适的地点,采取一定的结构工程或生物工程防治措施就显得尤为重要。

5 结语

汶川大地震以后,滑坡泥石流堵江坝体形成的堰塞湖已受到广泛关注。为了避免或减轻堰塞湖可能造成的危害,本文从分析我国西南地区近年来所形成的大型滑坡泥石流堰塞湖及其处治方案入手,重点从溃决风险与影响评估、应急避险减灾措施、次生山地灾害监测及预警三方面提出了堰塞湖处治建议,对江河沿线路桥等基础设施的保护亦具有一定的参考价值。

[1]程尊兰,崔 鹏,李 泳,等.滑坡、泥石流堰塞湖灾害主要的成灾特点与减灾对策[J].山地学报,2008,26(6):733-738.

[2]刘 宁.唐家山堰塞湖应急处置与减灾管理工程[J].中国工程科学,2008,10(12):67-72.

[3]许 强,黄润秋,殷跃平,等.2009年6·5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究[J].工程地质学报,2009,17(4):433-444.

[4]黄润秋,王运生,董秀军.2009年8·6四川汉源猴子岩崩滑的现场应急调查及危岩处理[J].工程地质学报,2009,17(4):445-448.