金沙江白格堰塞坝溃决模式与冲刷进程分析

栾约生，石 纲，张 亮，向 航，李金波，晏 龙

（水利部长江勘测技术研究所，湖北 武汉 430010）

1 白格堰塞坝形成经过

2018年10月10日晚22时6分，金沙江右岸白格段发生滑坡，滑坡带位于东经98°42′17.98″，北纬31°4′56.41″，滑坡物质堵塞金沙江干流河道形成堰塞坝[图1（a）]，滑坡前后缘高差达780 m,面积约76.7万m2，总方量约2 380万m3，堰塞湖库容约2.90亿m3；10月13日，堰塞坝自然溃决，14日上午，堰塞坝上下游水情恢复平稳。

2018年11月3日17时40分，白格滑坡后缘裂缝贯通，发生二次滑坡，方量约240万m3，堵塞“10·10”堰塞体的过流河道[图1（b）]，金沙江再次断流，堰塞湖库容约5.78亿m3；11月12日，堰塞湖经人工开挖的导流槽泄流，14日上午，堰塞坝上下游水流基本恢复常态。

图1 堰塞体

2 白格堰塞坝物质组成

白格堰塞坝是由高位岩质岸坡下滑堵江形成，母岩为元古界堆松群片麻岩组（Ptxna）,岩性为浅灰、深灰色条痕-条带状混合岩、角闪斜长片麻岩，区内构造强烈，受波罗-木协断裂及里塘-仁达断裂影响，岩体破碎，完整性差，区内地震多发，昌都境内在2013年曾发生6.1级地震。

根据滑坡壁的现场调查，坡面覆盖层厚度为5～8 m，强风化带厚度为12～15m。根据滑源区面积和滑后残留壁断面推测，堰塞坝体约有490万m3来源于覆盖层堆积物、（900～1200）万m3来源于强风化带岩体，两者共计（1400～1700）万m3，堰塞坝体有（800～1 100）万m3来源于弱风化带岩体。总体上，来源于覆盖层堆积物、强风化、弱风化岩体的比例约为5∶11∶9。受原位岩体风化破碎和高位滑体失稳时的解体破碎等因素影响后，堰塞堆积体中块石约占10%，碎石约占20%，砾石约占45%，砂粒约占20%，粉黏粒约占5%，堰塞体土石比为8∶2～7∶3，剔除粗粒径物质后的颗分曲线见图2。

图2 白格堰塞体颗分曲线

3 白格堰塞坝溃坝模式分析

堰塞湖的溃坝模式与堰塞湖规模、堰塞体形态、物质组成及密实程度等因素密切相关，一般分为三种方式：①坝顶漫溢导致冲刷溃决，当坝体透水性弱且上游来水量很大时，湖面水位上升速率大于渗流速度，库水逐渐上涨而漫过坝顶，导致坝体冲刷溃决；②坝坡滑动导致溃决，在库水上升过程中，坝体内产生滑裂面，导致坝坡局部滑动并逐渐发展，导致坝体溃决；③渗透破坏导致溃决：当坝前水位上升到一定高度后，因坝体渗透而存在渗透破坏，导致坝体不断坍塌或引发坝体滑坡，最终溃决。

金沙江“10·10”白格堰塞坝横向宽600～700 m，纵向最长处为左岸坝体，长约2 100 m，堰塞体中部偏右岸处存在垭口，较左右岸坝体低30～50 m。白格堰塞体典型形态见图3。

图3 白格堰塞体坝体横纵断面图（上图为横河向，下图为顺河向）

金沙江白格堰塞坝体物质来源为覆盖层碎石土、强弱风化岩体，碎石土中的黏粉粒物质为易冲刷物质，碎石土和强弱风化岩体中的砂砾为较易冲刷物质，砾石为稍难冲刷物质，碎石为较难冲刷物质，块石为难冲刷物质；易冲刷、较易冲刷、稍难冲刷、较难冲刷和难冲刷的物质比约为1∶4∶9∶4∶2，而根据已发生的类似堰塞湖的经验，崩塌滑坡经高位下滑后的堆积体压实度一般为0.7～0.8。

总体上，白格堰塞坝坝体以碎砾石为主，级配曲线连续性较好，与一般的泥石流、土质滑坡在物质组成上明显不同，压实性较好，具有一定的隔水性质，不会发生流土形式的破坏，级配连续且压实性好也难于发生管涌形式的渗透破坏，现场观察也表明，随着坝前水位上升，坝后坡未出现浑浊出水点，坝体没有出现管涌破坏。坝体纵横向宽度大，坝体上游坡比为1∶1.6～1∶2.1，坝顶顺河向长约150 m，坝体下游坡比为1∶2.0～1∶2.8，坝体整体处于稳定状态，不会发生因坝坡滑动而引发溃决的破坏模式。坝体破坏形式为湖水位逐渐升高后的漫顶溃决模式，而坝体组成以稍难冲刷物质为主，夹有块石，块径大的可达1.5 m×2.0 m×3.0 m，对溃决速度起到延缓作用，坝体形态也较宽厚，所以白格堰塞体不会发生坝体整体全溃或半溃，而堰塞体库容大，金沙江的来水量也较大，能提供持续的水流水力冲刷，所以白格堰塞坝的溃决模式应该是随着冲刷进程不断发展的一个逐渐溃决过程。

4 白格堰塞坝冲刷形式分析与冲刷进程

根据堰塞坝级配组成，按照国内外通用的散体颗粒起动流速公式计算的白格堰塞体起动流速见表1、表2。

表1 堰体碎石土抗冲能力分析

表2 堰体块石抗冲能力分析

由表中计算结果及经验推断，当流速达到1 m/s时，碎石土中细颗粒物质最先起动冲刷，当流速达到3m/s时，碎石土中粗颗粒物质也将开始起动冲刷，当流速达到6 m/s，块石将开始起动冲刷，这一结果与后来的引流槽冲刷观测结果基本相符。

“11·3”白格堰塞体溃坝的典型照片见图4，图中（a）～（d）为溃坝孕育阶段，图中（e）为溯源侵蚀为主的溃坝发展阶段，图中（f）为溃口迅猛发展的溃坝阶段。

图4 “11.3”白格堰塞体冲刷-溃坝典型照片

5 结论与探讨

1）白格堰塞体物源以强弱风化岩体为主，受岩体风化和滑体失稳时的解体破碎等因素影响，堰塞体以含碎块石的砾石为主，土石比为8∶2～7∶3。

2）白格堰塞坝体形态较宽厚，纵横向宽度大，坝坡坡比较缓，整体为稳定状态。坝体物质为碎石土夹块石，不会发生流土形式破坏，压实较好，具有一定的隔水性质，也不会发生渗透管涌破坏。坝体形态、物质组成和压实程度等因素决定了坝体不会发生整体溃决或半溃的突然溃决，最可能的溃决方式是库水漫顶引发的冲刷溃决。

3）采用沙莫夫、唐存本、张瑞谨等公式计算表明，碎石土中细颗粒物质、粗颗粒物质及块石的起动冲刷流速分别为1 m/s、3 m/s、6 m/s，对分析堰塞体冲刷有重要的参考价值，但因计算公式中未考虑水流携砂对冲刷的影响，这将导致冲刷启动速度计算数值偏大，也就是实际的冲刷起动速度将会更小。

4）受白格堰塞体物质组成和坝体形态等因素影响，坝体溃决过程中以冲刷为主的溃坝孕育阶段、以溯源侵蚀为主伴随侧切的溃坝发展阶段、溃口宽度迅猛发展的溃坝阶段分段明显。