西南沿江公路滑坡泥石流堰塞湖處治對(duì)策

張?zhí)煊?/p>

我國(guó)西南地區(qū)處于印度板塊和歐亞板塊碰撞擠壓接觸帶,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)異常強(qiáng)烈,地震活動(dòng)頻繁。研究區(qū)屬青藏高原強(qiáng)烈切割的邊緣山地,嶺谷高差大,溝谷內(nèi)松散冰磧物規(guī)模巨大,來(lái)自印度洋孟加拉灣的暖濕氣流又帶來(lái)了豐富的降水。這些特殊的地質(zhì)、地貌、氣象水文環(huán)境為滑坡泥石流堰塞湖的形成提供了必要的內(nèi)外因條件。泥石流堵塞河道,一方面可以改變河道地貌形態(tài),可能形成水面平緩景色秀美的堰塞湖;另一方面,河流回水會(huì)淹沒(méi)村莊道路,給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。潰壩后巨大的洪流流量是正常洪水的幾十倍甚至上百倍,沿程摧毀路橋等基礎(chǔ)設(shè)施,掩埋村莊、農(nóng)田。泥石流體在出口處形成堆積扇,致使河床改道、抬升,引發(fā)邊坡失穩(wěn)、生態(tài)失衡等一系列次生災(zāi)害。雖然滑坡泥石流壩潰決現(xiàn)象相對(duì)于泥石流發(fā)生的頻率要低得多,但其產(chǎn)生的危害往往比一般泥石流直接危害更為嚴(yán)重[1]。

1 典型堰塞湖及處治

據(jù)統(tǒng)計(jì)[1,2],汶川大地震主災(zāi)區(qū)形成34處對(duì)下游構(gòu)成威脅的堰塞湖,其中唐家山堰塞湖是集雨面積、蓄水量威脅最大,可能造成災(zāi)害損失最為嚴(yán)重的堰塞湖。唐家山堰塞湖壩體長(zhǎng)803 m,寬610 m,高82 m～ 124 m,體積2.037×107m3,庫(kù)容3.16×108m3,上游集雨面積3.55×103km2。

2009年6月5日,重慶武隆縣鐵礦鄉(xiāng)雞尾山山體發(fā)生了大規(guī)模的崩滑,體積約5×106m3,被結(jié)構(gòu)面切割成“積木塊”狀的灰?guī)r山體,沿緩傾頁(yè)巖軟弱夾層發(fā)生整體滑動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的滑體物質(zhì)在堵塞前部寬約200 m,深約50 m的鐵匠溝溝谷后,形成平均厚約30 m,縱向長(zhǎng)度約2 200 m的堆積區(qū),掩埋了12戶民房和正在開采的鐵礦礦井入口,成為近年來(lái)少有的一次崩滑災(zāi)難性事件[3]。

2009年8月6日,四川雅安市漢源縣順河鄉(xiāng)境內(nèi)猴子巖(省道306線K73+000～K73+330處)發(fā)生山體大面積滑移,近40萬(wàn)m3土石瞬間從約160 m高處崩滑至大渡河,形成大渡河上罕見的堰塞湖。堵塞壩體長(zhǎng)約250 m,高40 m,堵塞時(shí)間達(dá)4.5 h,形成長(zhǎng)約10 km的堰塞湖,庫(kù)尾達(dá)大渡河與流沙河交匯處,庫(kù)容達(dá)6 000 m3,省道 306線已完全中斷,堰塞事件還造成上游147戶農(nóng)家、1 774畝農(nóng)田被淹沒(méi)[4]。

2 堰塞湖潰決風(fēng)險(xiǎn)與影響評(píng)估

1)現(xiàn)場(chǎng)勘察與地形圖繪制。一旦泥石流壩形成,突發(fā)的潰決洪水如何做到及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)警,達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的效果,當(dāng)務(wù)之急是進(jìn)行堰塞湖潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。這就需要進(jìn)行遙感勘察和野外勘察,全面掌握堰塞湖特征,特別是堰塞湖的數(shù)量、分布、性質(zhì)判斷、堰塞湖潰決的條件和潰決的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地形測(cè)繪,或采用已有地形圖構(gòu)建計(jì)算影響區(qū)域,并采用多時(shí)相高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)地形圖進(jìn)行修正。

2)堰塞湖庫(kù)容動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。進(jìn)行全方位嚴(yán)密監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析,特別是雨季的定點(diǎn)水文觀測(cè);另外就是對(duì)泥石流、滑坡本身的監(jiān)測(cè)。組織專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)局部測(cè)繪,快速生成潰決影響范圍內(nèi)地形圖;監(jiān)測(cè)上游河道流量過(guò)程,繪制堰塞湖水面邊界;利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)堰塞湖內(nèi)沉積物,動(dòng)態(tài)計(jì)算堰塞湖庫(kù)容。

3)潰決洪水快速評(píng)估。針對(duì)可能發(fā)生潰決險(xiǎn)情的堰塞湖,采用相關(guān)潰決計(jì)算模型快速計(jì)算潰決洪水要素(可能影響范圍、水深、流速等),預(yù)測(cè)堰塞湖潰決時(shí)間及泛濫范圍。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,制定下游危險(xiǎn)區(qū)的臨災(zāi)預(yù)案。

3 堰塞湖應(yīng)急避險(xiǎn)減災(zāi)措施

泥石流發(fā)生后,一旦堵塞河道形成堰塞湖,如何把它可能造成的災(zāi)害降低到最低限度,不管是對(duì)哪一種堰塞湖的處理都必須抓緊時(shí)間,處理得越早越好。首先必須加強(qiáng)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作。然而僅靠監(jiān)測(cè)和撤離這種被動(dòng)的措施還不夠,應(yīng)在對(duì)堰塞湖潰決風(fēng)險(xiǎn)與影響快速評(píng)估的基礎(chǔ)上,做好應(yīng)急避險(xiǎn)減災(zāi)工作。

例如,對(duì)于那些不可能穩(wěn)定的堰塞湖,可以考慮采用堵塞壩表面人工或機(jī)械挖掘隧洞、挖明渠、挖壕溝、爆破、攔截等方式來(lái)引流或疏通湖道[2,4],加深溢流口,促進(jìn)壩址位置的溯源侵蝕,陡坎后壁不斷向壩頂推進(jìn),增大壩體表面的沖刷強(qiáng)度,使其匯入主流流域或分散到水庫(kù),降低湖水水位,通過(guò)泄水促進(jìn)堰塞湖的潰決,減少洪水對(duì)下游人民生命財(cái)產(chǎn)的威脅。另外,可以通過(guò)對(duì)堰塞湖堵塞物的結(jié)構(gòu)分析,制定科學(xué)合理的藥包布置方式,對(duì)壩體采用精準(zhǔn)的定向爆破,分層、分段拆除,使堰頂高程逐步降低,或使堰體缺口得到有效控制,實(shí)現(xiàn)堰塞湖的分洪時(shí)間由不可控變?yōu)榭煽?。在?shí)施爆破前,可主動(dòng)撤離危險(xiǎn)區(qū)域,還可根據(jù)實(shí)際情況在堤上安裝虹吸工程、泵抽湖水、安裝警報(bào)系統(tǒng)及組織觀察哨[1],即使巖崩、滑坡涌進(jìn)湖內(nèi),較少的庫(kù)水潰決造成的洪水和泥石流災(zāi)害要小得多。

這些措施有的已成功用于處理唐家山堰塞湖、雞尾山堰塞湖、猴子巖堰塞湖等,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開挖溢洪道,逐步降低堰塞湖水位的方法存在一定的風(fēng)險(xiǎn),尤其是定向爆破很有可能引發(fā)山體共震,形成新的滑坡或崩塌。如果滑坡或崩塌發(fā)生在堰塞湖庫(kù)區(qū),則可能引起突然的涌浪擊潰壩體。同時(shí),需要對(duì)受災(zāi)群眾安置的地方進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)估,如果附近確實(shí)還有爆發(fā)大規(guī)?；履嗍骰蛘呤谴笠?guī)模毀滅性堵塞壩潰決的可能性,就要盡快把設(shè)置在泛濫范圍內(nèi)的災(zāi)民安置點(diǎn)及搶險(xiǎn)救援人員的臨時(shí)駐扎場(chǎng)所撤離到安全區(qū)域。

對(duì)于大型堰塞湖的處理也是越早越好,否則堰塞湖水位上漲之后處理難度加大。當(dāng)然,對(duì)堰塞湖的技術(shù)處理工作可能會(huì)因?yàn)榻煌ú槐愦嬖诤艽箅y度,但是為了防止更大的災(zāi)害,必須想辦法盡快實(shí)施。對(duì)于較大的、通過(guò)詳細(xì)的踏勘和結(jié)構(gòu)分析,確認(rèn)日后完全有可能穩(wěn)定的形成天然湖泊的大型堰塞湖,如果通過(guò)開挖讓其潰決的可能性已經(jīng)不大,應(yīng)該抓緊時(shí)間在堰塞湖壩體表面開挖形成溢洪通道,迅速對(duì)溢洪道表面進(jìn)行壓實(shí)、振搗、穩(wěn)固處理,用混凝土進(jìn)行表面噴涂甚至澆筑鋼筋混凝土面板進(jìn)行保護(hù)。先保證該堰塞湖溢流后的壩體穩(wěn)定,日后再把這個(gè)天然的堰塞湖改造成一座瀑布水庫(kù),進(jìn)行底孔泄流設(shè)施和發(fā)電利用的改造,可以考慮建成一座新的水電站。但因一般的堰塞湖地理環(huán)境比較惡劣,難于運(yùn)輸或使用大型設(shè)備,所以疏導(dǎo)和加固堰塞壩的工作相對(duì)比較困難,應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)實(shí)施。

為確保除險(xiǎn)方案的實(shí)施,需建立可靠的應(yīng)急保障體系。為此,唐家山堰塞湖處理過(guò)程中建立了水雨情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系、堰塞壩體遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、壩區(qū)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、壩區(qū)通信保障系統(tǒng)以及防潰壩專家會(huì)商決策機(jī)制[2],這對(duì)今后處理類似突發(fā)性事件具有重要的借鑒意義。

4 堰塞湖次生災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警

首先,針對(duì)堰塞湖引發(fā)的次生山地災(zāi)害,基于RS和GIS技術(shù)平臺(tái),提取區(qū)域地質(zhì)(地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造)及地形地貌等影響因子,根據(jù)其對(duì)次生地質(zhì)災(zāi)害的影響大小,建立次生地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系,進(jìn)行堰塞湖潰決后次生地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),快速地宏觀確定容易發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。

其次,建立監(jiān)測(cè)預(yù)警體系,在一些重要地方設(shè)置監(jiān)測(cè)儀器,多渠道、多尺度、多方法地觀測(cè),盡可能保證當(dāng)?shù)厝罕姷陌踩?。例?可以利用雷達(dá)干涉(RS)測(cè)量技術(shù)對(duì)堰塞湖潰決后次生地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行大區(qū)域快速變形監(jiān)測(cè);利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)堰塞湖潰決后次生地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行臨滑監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào);利用鉆孔測(cè)斜儀和外部變形監(jiān)測(cè)等常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)潛在的比較危險(xiǎn)的地段進(jìn)行重點(diǎn)變形監(jiān)測(cè)及預(yù)警,保障區(qū)域安全。

另外,在災(zāi)區(qū)城鎮(zhèn)和村莊恢復(fù)重建中,首先應(yīng)進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,對(duì)下游的居民、路橋、城鎮(zhèn)、農(nóng)田、森林來(lái)說(shuō),盡量避開大型滑坡和泥石流危險(xiǎn)區(qū),還應(yīng)評(píng)估山區(qū)人口容量,將多余人口轉(zhuǎn)移出山區(qū)。選擇合適的地點(diǎn),采取一定的結(jié)構(gòu)工程或生物工程防治措施就顯得尤為重要。

5 結(jié)語(yǔ)

汶川大地震以后,滑坡泥石流堵江壩體形成的堰塞湖已受到廣泛關(guān)注。為了避免或減輕堰塞湖可能造成的危害,本文從分析我國(guó)西南地區(qū)近年來(lái)所形成的大型滑坡泥石流堰塞湖及其處治方案入手,重點(diǎn)從潰決風(fēng)險(xiǎn)與影響評(píng)估、應(yīng)急避險(xiǎn)減災(zāi)措施、次生山地災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警三方面提出了堰塞湖處治建議,對(duì)江河沿線路橋等基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)亦具有一定的參考價(jià)值。

[1]程尊蘭,崔 鵬,李 泳,等.滑坡、泥石流堰塞湖災(zāi)害主要的成災(zāi)特點(diǎn)與減災(zāi)對(duì)策[J].山地學(xué)報(bào),2008,26(6):733-738.

[2]劉 寧.唐家山堰塞湖應(yīng)急處置與減災(zāi)管理工程[J].中國(guó)工程科學(xué),2008,10(12):67-72.

[3]許 強(qiáng),黃潤(rùn)秋,殷躍平,等.2009年6·5重慶武隆雞尾山崩滑災(zāi)害基本特征與成因機(jī)理初步研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2009,17(4):433-444.

[4]黃潤(rùn)秋,王運(yùn)生,董秀軍.2009年8·6四川漢源猴子巖崩滑的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急調(diào)查及危巖處理[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2009,17(4):445-448.