(1)堰塞湖特点。堰塞湖是在一定的地质和地理环境下,因地震、雨雪冰冻、火山爆发等自然原因或人为因素(如爆破)导致山体滑坡、泥石流、熔岩、冰碛堆积等堵塞山谷或河床,并拦河储水到一定程度形成的湖泊。堵塞水流通道并具备一定挡水能力的堆积体称之为堰塞体。一般来说,大多数堰塞湖是自然灾害伴生的次生灾害。
我国山丘面积广阔,约占国土面积的2/3。山丘地区地形地貌、地质条件复杂,气候多变,强降雨、地质灾害重叠,极易受地震、强降雨等自然灾害影响,引发山体滑坡、泥石流等,形成堰塞湖。特别是西南、青藏高原等地区,山高坡陡,气候复杂多变,又处于地震带上,地震活动频繁,极易形成堰塞湖。
近年来,我国自然灾害频发,特别是在西南地区,因地震、暴雨等原因引起的堰塞湖众多。2008年5月12日,四川省汶川县发生8.0级大地震,震区五市一州形成了256处堰塞湖,广布于岷江、沱江、涪江、嘉陵江四大流域,数量之多、范围之广历史罕见。其中蓄水量大于10万m3且具有危险性的堰塞湖就有34个之多,很大一部分属于中、高危和极高危堰塞湖,严重威胁下游人民群众的生命财产安全。
2010年8月,受强降雨的影响,甘肃省舟曲县白龙江和四川省岷江流域映秀段等地发生了严重的泥石流灾害,堵江形成堰塞湖。白龙江上的堰塞湖不仅给救援工作增加了难度,还给灾区群众的生活和灾后重建带来了巨大不利影响。岷江映秀段的泥石流形成堰塞湖后,迫使岷江改道,引发了较大的洪涝灾害。
据不完全统计,只有极少量的堰塞湖会一直保持不溃决的状态,形成稳定堰塞湖;而在短期内(10d)发生溃决的堰塞湖也仅仅不到一半,大部分的堰塞湖都会经历一个积累的过程,最后形成高危堰塞湖,从而对上下游的人民群众生命财产安全形成巨大威胁。
为降低堰塞湖风险、消除隐患、减少危害,必须对堰塞湖实施人为处置。如果不实施人为处置,堰塞湖一般会自然溃决,所造成的损害可能远大于引发堰塞湖的灾害本身造成的损害。如1933年,四川茂县发生地震,数千人不幸罹难,而震后堰塞湖的溃决,却夺去了2万多人的生命。
因此,认识和掌握堰塞湖的特点规律,安全、科学、快速的处置各类堰塞湖险情,最大限度地减少危害和消除隐患,对保障中国特色社会主义建设成果、保障人们生命和财产安全、实现我国持久繁荣稳定具有重大现实意义。
长期以来,国内外对堰塞湖的研究虽然越来越广泛,但大多还停留在对个例的研究,缺少比较全面、系统和权威的堰塞湖应急处置标准。为最大限度降低堰塞湖的危害,提高堰塞湖应急处置效率,保障堰塞湖影响区人民群众生命财产安全,维护社会稳定,汶川大地震后,由水利部牵头,组织全国有关单位和专家,研究制定了《堰塞湖风险等级划分标准》(SL450—2009)和《堰塞湖应急处置技术导则》(SL451—2009)两项行业标准,于2009年5月颁布实施。
一般来说,堰塞湖形成需具备四个基本条件:①地理条件;区域内有江河流过,且河床宽度不大,尤其以V形河谷更有利于堰塞湖的形成;②地质条件;在地震、降雨、融雪以及人类活动等因素的作用下,岸坡的山体有发生大型滑坡、崩塌、泥石流等山地灾害的可能;③水源条件;上游有充分的水源条件或汇流条件;④蓄水条件;堰塞体必须具备一定的挡水能力,储水到一定程度便形成堰塞湖。
(2)堰塞湖分类。
1)按照《堰塞湖风险等级划分标准》(SL450—2009),依据堰塞湖的库容大小,可将堰塞湖的规模划分为大型、中型、小(1)型和小(2)型,堰塞湖规模划分见表8-1。
表8-1 堰塞湖规模划分表
2)根据堰塞湖的形成原因,可将堰塞湖分为滑坡型堰塞湖、崩塌型堰塞湖、泥石流型堰塞湖、熔岩型堰塞湖、冰碛型堰塞湖五类。
滑坡型堰塞湖。滑坡型堰塞湖是最为常见的一种。主要是由于河谷两岸的山体发生滑坡堵塞江河形成。导致山体滑坡的原因可能是地震、降雨、融雪、人类工程活动等。如唐家山堰塞湖就是因地震引起右岸巨大滑坡体裹挟巨石、树木、泥土等瞬时滑入湔江河道后形成。通常,滑坡型堰塞湖具有以下特征:①堰塞区域大,阻塞河段长;②堰塞体体积大,堰体高,蓄水量大,回淹面积广,溃决危害大;③堰塞体存留时间长;④堰塞体以土石混合型居多,以漫顶导致溃坝的多,渗漏方式破坏的少。
崩塌型堰塞湖。崩坍型堰塞湖是江河两岸的山体发生崩塌,阻断江河形成。其诱发原因主要是地震、降雨、风化及人类工程活动等。2008年5月,汶川大地震所形成的256处堰塞湖中有近1/3为崩塌型堰塞湖,其中具有代表性的是岷江映秀段老虎嘴堰塞湖。通常,崩塌型堰塞湖具有以下特征:①堰塞体一般是以大块石、块石和碎石堆积为主;②堰塞体结构较为松散,抗渗能力差,易发生堰体渗流;③堰塞体通常规模中等,留存时间长,若大块石较多,则不易开挖泄流槽;④破坏方式除漫顶溃决外,更易发生渗流破坏和塌滑破坏。
泥石流型堰塞湖。泥石流型堰塞湖通常是由于地震、降雨、冰湖溃决、融雪等原因引发泥石流堵塞江河形成。如2010年8月7日,受强降雨影响,甘肃舟曲白龙江左岸三眼峪发生了大型泥石流灾害,泥石流堆积物淤积在三眼峪入江口至瓦厂桥约1km的河道内,厚约9m的淤积体阻断白龙江,舟曲县县城受灾严重。通常,泥石流型堰塞湖具有以下特征:①堰塞体高度较小,面积较大,有时甚至不会形成明显的堰塞坝;②堰塞体构成物含水量高,流动性强,通常颗粒较小;③少数堰塞体存留时间短,即冲即消;④对河道的淤积作用强,溃决风险小。
熔岩型堰塞湖。熔岩型堰塞湖是由火山爆发产生的熔岩流堵塞河道形成熔岩型堰塞湖。我国有多座著名的熔岩堰塞,如黑龙江省东南部的镜泊湖,为世界最大火山熔岩堰塞湖。黑龙江省的五大连池也是由14座火山爆发形成,在河道上形成了5个一连串的堰塞湖,故得名。(www.xing528.com)
冰碛型堰塞湖。冰碛型堰塞湖是由冰碛物堵塞部分河床后形成的湖泊称为冰碛型堰塞湖,如哈萨克斯坦境内的巴尔喀什湖就是世界知名的冰碛堰塞湖。
我国新疆的天山天池也是天然的冰碛湖。还有黄河、黑龙江、松花江都易形成冰碛型堰塞湖。
因熔岩型堰塞湖、冰碛型堰塞湖不常见,且应急处置更为复杂。目前,国内对堰塞湖的应急处置研究多为针对山体滑坡、崩塌、泥石流等形成的堰塞湖。
3)按照堰塞体堆积材料成分,堰塞湖可分为堆石型、土质型、土石混合型和其他类型。
堆石型堰塞湖。堰塞体主要以巨石、大块石、块石为主组成,兼夹杂碎石与土料。其特点是:堰塞体结构空隙较大,自然搭配不均一,结构相对稳定,极易产生堰体渗流,一般堰塞体顶部较难形成过流,不易整体溃决。
土质型堰塞湖。堰塞体主要以风化层、覆盖层土料为主,兼夹杂强风化或卸荷岩体。其特点是:结构中等密实,堰体本身透水性较差,顶部极易产生溢流。易发生较大程度的溃决,直至全溃。
土石混合型堰塞湖。堰塞体主要以土料和风化岩石料组成,成分基本对等。其特点是:结构自然搭配,较为密实,堰塞体本身透水性较差,易形成顶部溢流,也易发生一定程度的溃决,但规模比土质型堰塞体要小。
其他类型堰塞湖。堰塞体主要以土石材料之外的其他堆积物组成。其特点是:堰塞体成分比较特殊,不像普通土石堰塞体的一次性成型,通常其体积随着冰凌或熔岩的聚集而逐渐增加,堰塞湖的规模会逐渐变大。
4)按稳定程度分类,根据堰塞体的稳定程度,可将堰塞湖分为危害型、稳定型、暂时型三种。
危害型堰塞湖。堰塞湖形成以后,河道完全被堵塞,堰体不渗水或渗水量较少,湖内水流只进不出或出水量少于进水量,蓄水逐渐增多,水位逐渐增高,而堰塞体又不稳定,当湖水积累到一定程度,堰塞体发生溃决,巨大的水流和能量被释放出来,形成洪峰或泥接连垮塌,其破坏更是不可估量。同时,因湖水水位上涨,造成上游地区淹没,也会造成很大的损失。堰塞体溃决时间很难确定,主要取决于堰塞体的稳定程度和湖水上涨速度,很有可能在几天后甚至几年后溃决。部分专家认为,形成具有危险性的堰塞湖需具备三个要素:①堰塞体最大高度大于10m;②库容大于10万m3;③上游集雨面积大于20km2。
稳定型堰塞湖:堰塞湖形成以后,河道并没有被完全堵死,或渗流量很大,或有其他的通道导致河流改道,或进水量不大等,使湖内进水量与出水量保持平衡。同时,形成的堰塞体较为稳定,不易发生渗流破坏和冲刷破坏,这样,堰塞体可以保持很长的时间,随着堰塞体的胶结、硬化,形成稳定的堰塞湖。这类堰塞湖一般不会造成什么灾害,还可成为美丽的风景区,如前所述的重庆小南海堰塞湖。
暂时型堰塞湖。也称即冲即消型堰塞湖。一般指河流被崩塌、滑坡、泥石流等物质阻塞形成堰塞湖后,堰塞体非常不牢固,很快被河水冲走,或湖水少量积累后低水位溃决。这种堰塞湖水量较小,水位较低,溃决能量较小,一般不会造成很大危害。
(3)堰塞湖的危害。堰塞湖的形成,通常是不稳定的地质状况所构成,当堰塞体受到冲刷、侵蚀、溶解、崩塌等作用,堰塞湖便会出现“溢坝”,最终会因为堰塞湖构体处于极差地质状况,演变“溃堤”而瞬间山洪暴发的洪灾或泥石流,对下游地区有着毁灭性破坏。天然堰塞湖绝大多数最终都是要溃决的。
在我国的历史上,堰塞湖所造成的巨大灾害屡见不鲜。1786年,四川康定发生了里氏7.5级大地震,滑坡(崩塌)导致大渡河断流,10d后,堰塞湖溃决,洪水顺流而下直到湖北宜昌才逐渐平复,吞噬了沿河两岸的村镇、城市,伤亡数十万人。1933年,四川茂县叠溪发生里氏7.5级大地震,地震引发的滑坡和崩塌堵断岷江干流及支流形成了十几处堰塞湖,其中最大的有3处,叠溪至两河口的岷江干流断流达45d之久。堰塞湖溃决后的洪水扫荡了叠溪以下的岷江峡谷和成都平原,毁坏的民房、农田、桥梁等不计其数,并导致了2万多人死亡。2000年4月,西藏雅鲁藏布江二级支流易贡藏布下游左岸发生了特大型滑坡,约3亿m3的松散固体物质在易贡藏布上形成了高130m,长1500m的堰塞坝,使易贡湖的湖水猛增到2.3亿m3,水位涨幅达55.36m,于6月10日局部溃决,形成特大洪流,最大洪峰流量达到12.4万m3/s,使下游易贡藏布、帕隆藏布沿途两岸河谷坡脚受到严重冲刷,两岸谷坡约10km2森林被毁,河岸多处出现新的滑坡、崩塌灾害,形成了巨大的灾害链,直接损失达2.8亿元。下泄洪水引起下游河道泛滥,进一步造成灾害和人员伤亡。
堰塞湖与人类为兴水利而修建的水库大坝完全不同,其主要险情为危险松散土(石)体堵塞河道,影响河道水流正常下泄,以致壅高水位,随着蓄水量的逐步增加,水位抬高,堰塞体受渗流、漫顶、冲刷、塌滑等影响,极易垮塌,形成类似溃坝灾害。
堰塞湖的危害主要体现在四个方面:①对堰塞湖上游的淹没灾害;②堰塞湖溃决导致的下游异常洪水或泥石流灾害;③堰塞湖的泄流或溃决对下游河道造成淤积,河床抬高,影响河道的行洪能力,同时也会对下游河道产生强烈冲刷,有时甚至会使河道改道;④堰塞湖泄洪后残留的堰塞体在强降雨的作用下转化为泥石流灾害。
其中尤以堰塞湖溃决对下游造成的洪水灾害危害最大。
堰塞湖的危害十分巨大,堰塞体越高,蓄水越多,破坏力就越强,危害就越大。而且,堰塞湖灾害还具有滞后性,且历时相对较长。堰塞湖从开始蓄水到溃坝通常要经过一段时间,如果在这段时间内采取有效的应急措施,是完全可以避免和减轻灾害损失的。
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