地震堰塞湖风险影响评价定性分析

刘海峰，周宏伟

（1.浙江省金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江，金华 321017；2.四川大学水利水电学院，四川 成都 610065）

1 概述

“5·12”汶川特大地震形成了上百处堰塞湖。其中四川省绵竹市绵远河形成20余处堰塞湖（壅塞体），各堰塞湖之间相互影响，构成堰塞湖群，严重影响下游地区，特别是清平乡回迁居民的生产生活[1]。

绵远河上游地区堰塞体体积及河道淤积总量可达5000万m3以上，蓄满后总水量可达到2000万m3以上，根据堰塞湖分等分级标准[2]，绵远河上游堰塞湖均为高危级，由于各堰塞湖间相互影响，其排险难度大大增加。

文中主要定性论述绵远河上游堰塞湖群溃决风险，论证目前常用的溃坝模型不适用于高比降的山区河流及非均质坝的溃决计算，确定绵远河堰塞湖群中具有相对较高的溃决风险的堰塞体，提出排险建议。

2 目前常用的溃坝模型的不足

2.1 堰塞体瞬时部分溃决

目前，我国用于溃坝模型计算主要源于以下3个公式[3]：

1）堰塞体材料为柔性体的堰体，易形成部分溃决计算公式：

2）美国水道试验站对上式作了简化后的计算公式：

3）黄河水利委员会水利科学研究所根据实验求得：

式中：Qm——坝址处溃坝最大流量，m3/s；B——溃坝时沿坝前水面宽度或坝顶长度坝长，m；H0——溃坝时坝前水深，m；h——溃口残留坝顶距水面深度，m；h′——溃口残留堰塞体高度，m。

很明显，根据以上3个公式可知，坝址溃坝最大流量 Qm主要由 B，H0，h，h′4 个参数确定：溃坝时沿坝前水面宽度或坝顶长度坝长（B），溃坝时坝前水深（H0），溃口残留坝顶距水面深度（h），溃口残留堰塞体高度（h′）。这4个参数主要考虑的是堰塞湖溃决的3个因素——堰塞体高度、堰塞湖的水量和溃口形态。

未考虑流域的地形地貌特征、堰塞体下游河段的断面形式、堰塞体组成成分及堰塞湖群溃决时所产生的联动影响。

同时，此计算模型是首先假定溃口的形状来计算溃坝流量的，而不能作为堰塞体本身是否具有溃坝可能的分析依据的。

2.2 溃坝洪水向下游演进

目前，我国对于缺乏资料地区的溃坝洪水向下游演进计算，采用黄河水利委员会水利科学研究所的经验公式进行计算。

计算公式如下[3]：

式中：QLM——当溃坝最大流量演进至距坝址为L处时，在该处出现的最大流量；W——水库溃坝时的库容；Qm——坝址处的溃坝最大流量；L——距坝址的距离；υ——河道洪水期断面最大平均流速；K——经验系数。

黄委计算公式通过大量的实践验证，验证资料大部分来自于国内，总体看来较为适合我国的情况，但验证资料主要源于平原水库，坝体为均质土坝，且河道比降较小，溃坝洪水衰减较快。

绵远河属四川西北部山区，山区河谷陡峻，落差较大，按此公式计算，结果比实测洪水小的多。

2008年6月12日，小岗剑堰塞湖由于一次性降水爆破过深，形成该流域历史最大洪水，在其下游约7.6 km处推算洪峰流量为3980 m3/s[1]，与经验公式推演结果长差较大。

3 新增因素的讨论

绵远河属沱江水系，河流发源于北西部山区，属季节性河流。山区河谷陡峻，落差较大，平均落差超过6%，平原比降随地势逐渐减缓。水量变化颇大，冬春少雨季，水量较为稳定，夏秋多雨时期，山洪暴发，往往形成泥石流。

绵远河形成的堰塞湖群，各堰塞湖间相互影响，作者通过白沙河、石亭江上堰塞湖的排险治理经验，对绵远河堰塞湖群的溃决进行定性分析，在前人的基础上引入新的溃决影响因素，包括：上游堰塞体溃决断面距坝前河道距离、河道特性、堰塞体组成成分、堰塞体的溃决水量、溃决高度和宽度、堰塞体几何形态等。

3.1 上游堰塞体溃决断面距坝前河道距离

干沟堰塞体下游面与一岗桥堰塞湖库尾相连，两个堰塞湖水位差较小，河道距离基本等于一岗桥堰塞湖的库长，若干沟堰塞湖溃决，溃决水量直接进入一岗桥堰塞湖中，湖水可起到较大消能作用，所以若干沟堰塞湖溃决，对下游影响较小。

一岗桥堰塞体距下游小木岭堰塞湖河道距离约1.5 km，此段河道比降超过8%[1]，河床结构松散，河道堆积物较多，若一岗桥堰塞湖溃决，将极大可能形成泥石流，其巨大冲击力可将小木岭堰塞湖冲溃，所以若一岗桥堰塞湖溃决，将极大可能形成下游堰塞湖的连溃。

3.2 河道特性

这次讨论的堰塞湖群广泛分布在绵远河干流及其支流上，在分析其堰塞湖群溃决因素就必须考虑绵远河的河道特性，绵远河属山区河流，比降大，震后河道淤积明显且结构松散，山洪易暴发，同时还要综合考虑各堰塞湖在河道上分布的位置，位置的不同其危险性也不同。如徐家坝堰塞湖位于绵远河最上游，蓄满水量在1000万m3左右，坝高超过110 m[1]，可谓库大坝高，但由于位置处于最上游，集雨面积较小，堰体宽厚，其溃坝风险大大降低，在2009年汛前就可不进行应急处理。

3.3 堰塞体组成成分

堰塞体的组成是判定堰塞体溃决形态的重要因素之一，堰塞体绝大多数都是由于某侧山体顺层滑坡入江形成，一般情况下，堰塞体至上而下似层状，堰塞体的下部块度较大，咬合程度较好，透水性较好，基本不会发生渗透破坏，中上部块度较小，结构松散，易被冲刷破坏，表面通常存留一定量的坡集土，以唐家山堰塞湖为例[4]，引溃时溃口最终的位置为块碎石层与含孤块砾石层相连的层面，所以作者认为溃口深度应根据堰塞体似层状分区确定，而非目前通常所使用的由宽度再确定深度的溃决模式。

3.4 堰塞体的溃决水量

钟嘴堰塞湖位于杨家沟堰塞湖上游，库容约20万m3，杨家沟堰塞湖库容约85万 m3，在2009年汛前对钟嘴堰塞湖引溃时，并未对杨家沟堰塞体产生任何影响，而对杨家沟堰塞湖降水排险时，其下游滴水岩堰塞体呈现较大冲刷。

说明堰塞体溃决跟自身水量和位置有关，若库容大的堰塞湖在上游，库容小的在下游，就必须对库容大的堰塞体进行应急处理，反之，库容小的在上游，库容大的在下游，就可不处理或稍后处理。

3.5 溃决高度和宽度

溃决的高度和宽度，即溃口形态，是判定溃决对下游影响范围的主要因素之一。主要根据堰体中上游的物质成分、颗粒大小、分层分区情况等因素的综合考虑，作者认为堰体一般不会一溃到底，即便小岗剑堰塞体一次性爆破降水也未达到全溃，还剩30余米高主要由大孤块石组成的堰体。

3.6 堰塞体几何形态

堰塞体几何形态是判定其自身稳定的关键因素，通常利用厚高比、上下游坡比等参数进行判定堰塞体的自身稳定性，通常运用毕肖普法计算即可。

3.7 其他因素

堰塞体的溃决是多种因素相互影响、相互制约共同作用的结果，而非单一或几种因素作用的结果，所以在论证堰塞体溃决风险时，就要综合考虑上述各种因素，同时还应考虑如湖区的暴雨强度、湖水的陡涨陡落、两侧山体再次垮塌堵江风险等因素。

4 需应急排险堰塞体的确定

“5.12”汶川特大地震在地震重灾区绵竹市境内绵远河上游山区，形成的20余处滑坡堵江，其中库容大于10万m3的堰塞湖16处。自上而下依次是：徐家坝堰塞湖、长河坝堰塞湖、钟嘴堰塞湖、杨家沟堰塞湖、滴水岩堰塞湖、一棵树堰塞湖、二岗桥堰塞湖、干沟堰塞湖、一岗桥堰塞湖、小木岭堰塞湖、伐木厂壅塞体、打靶场堰塞湖（位于支流-黄水河出口段）、黑洞崖堰塞湖、小岗剑堰塞湖、小天池堰塞湖（位于支流-天池沟出口段）和一把刀堰塞湖。结合各种因素的综合考虑，确定急需排险的堰塞体，如下：

4.1 杨家沟堰塞体

堰体组成碎石土较多，抗冲刷能力差，暴雨时右岸山体有极大可能再次下滑堵江，下游堰塞湖较小，易形成连溃。

4.2 一岗桥堰塞体

堰体较薄，库容较大，自身稳定性差，下游堰塞湖较小，易形成连溃。

4.3 小岗剑堰塞体

左岸山体上现存大量泥石流残留体（约25万m3），易再次堵江，堰体距下游保护区仅7.6 km，溃决影响严重。

5 排险方案

1）杨家沟堰塞湖。开挖新的泄流槽，最大程度减少蓄水量，降低库水位，对泄流槽入口进行适当加固，对泄流槽两岸及下游坡脚采取必要的防冲措施，泄流槽布置尽量远离右岸滑坡体，阻止其进一步下滑堵塞泄流槽[5]。

2）一岗桥堰塞湖。挖除堰塞体，疏通下游河道。

3）小岗剑堰塞湖。拓宽和加深目前已有泄流槽，进一步减少库容，对泄流槽两岸进行防冲处理，疏通下游河道，将左岸遗留大量的泥石流残留体挖除或其上设置导流槽。

4）加强全流域的雨情水情监测[6]。

6 结语

根据各种因素的综合考虑，对急需排险的堰塞体进行工程处理，圆满完成了应急排险任务，达到了2008年安全渡汛的目的。

[1]四川大学.绵竹市绵远河上游堰塞湖安全评价报告[R].2009.3.

[2]SL450-2009，堰塞湖风险等级划分标准[S].2009.

[3]SL451-2009，堰塞湖应急处置技术导则[S].2009.

[4]成都勘测设计研究院.唐家山堰塞坝治理可行性研究报告[R].2008，10.

[5]四川大学.绵竹市绵远河杨家沟堰塞湖应急处理方案[R].2008.

[6]ZHOUHong-wei,YANGXing-guo,estal.Risk-elimination Techniques and Management of Earthquake Lakes[J].Journal of Sichuan University（Engneering Science Edition），2009，41（3）.