地震堰塞湖風(fēng)險影響評價定性分析

劉海峰，周宏偉

（1.浙江省金華市水利水電勘測設(shè)計院有限公司，浙江，金華 321017；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065）

1 概述

“5·12”汶川特大地震形成了上百處堰塞湖。其中四川省綿竹市綿遠河形成20余處堰塞湖（壅塞體），各堰塞湖之間相互影響，構(gòu)成堰塞湖群，嚴重影響下游地區(qū)，特別是清平鄉(xiāng)回遷居民的生產(chǎn)生活[1]。

綿遠河上游地區(qū)堰塞體體積及河道淤積總量可達5000萬m3以上，蓄滿后總水量可達到2000萬m3以上，根據(jù)堰塞湖分等分級標(biāo)準(zhǔn)[2]，綿遠河上游堰塞湖均為高危級，由于各堰塞湖間相互影響，其排險難度大大增加。

文中主要定性論述綿遠河上游堰塞湖群潰決風(fēng)險，論證目前常用的潰壩模型不適用于高比降的山區(qū)河流及非均質(zhì)壩的潰決計算，確定綿遠河堰塞湖群中具有相對較高的潰決風(fēng)險的堰塞體，提出排險建議。

2 目前常用的潰壩模型的不足

2.1 堰塞體瞬時部分潰決

目前，我國用于潰壩模型計算主要源于以下3個公式[3]：

1）堰塞體材料為柔性體的堰體，易形成部分潰決計算公式：

2）美國水道試驗站對上式作了簡化后的計算公式：

3）黃河水利委員會水利科學(xué)研究所根據(jù)實驗求得：

式中：Qm——壩址處潰壩最大流量，m3/s；B——潰壩時沿壩前水面寬度或壩頂長度壩長，m；H0——潰壩時壩前水深，m；h——潰口殘留壩頂距水面深度，m；h′——潰口殘留堰塞體高度，m。

很明顯，根據(jù)以上3個公式可知，壩址潰壩最大流量 Qm主要由 B，H0，h，h′4 個參數(shù)確定：潰壩時沿壩前水面寬度或壩頂長度壩長（B），潰壩時壩前水深（H0），潰口殘留壩頂距水面深度（h），潰口殘留堰塞體高度（h′）。這4個參數(shù)主要考慮的是堰塞湖潰決的3個因素——堰塞體高度、堰塞湖的水量和潰口形態(tài)。

未考慮流域的地形地貌特征、堰塞體下游河段的斷面形式、堰塞體組成成分及堰塞湖群潰決時所產(chǎn)生的聯(lián)動影響。

同時，此計算模型是首先假定潰口的形狀來計算潰壩流量的，而不能作為堰塞體本身是否具有潰壩可能的分析依據(jù)的。

2.2 潰壩洪水向下游演進

目前，我國對于缺乏資料地區(qū)的潰壩洪水向下游演進計算，采用黃河水利委員會水利科學(xué)研究所的經(jīng)驗公式進行計算。

計算公式如下[3]：

式中：QLM——當(dāng)潰壩最大流量演進至距壩址為L處時，在該處出現(xiàn)的最大流量；W——水庫潰壩時的庫容；Qm——壩址處的潰壩最大流量；L——距壩址的距離；υ——河道洪水期斷面最大平均流速；K——經(jīng)驗系數(shù)。

黃委計算公式通過大量的實踐驗證，驗證資料大部分來自于國內(nèi)，總體看來較為適合我國的情況，但驗證資料主要源于平原水庫，壩體為均質(zhì)土壩，且河道比降較小，潰壩洪水衰減較快。

綿遠河屬四川西北部山區(qū)，山區(qū)河谷陡峻，落差較大，按此公式計算，結(jié)果比實測洪水小的多。

2008年6月12日，小崗劍堰塞湖由于一次性降水爆破過深，形成該流域歷史最大洪水，在其下游約7.6 km處推算洪峰流量為3980 m3/s[1]，與經(jīng)驗公式推演結(jié)果長差較大。

3 新增因素的討論

綿遠河屬沱江水系，河流發(fā)源于北西部山區(qū)，屬季節(jié)性河流。山區(qū)河谷陡峻，落差較大，平均落差超過6%，平原比降隨地勢逐漸減緩。水量變化頗大，冬春少雨季，水量較為穩(wěn)定，夏秋多雨時期，山洪暴發(fā)，往往形成泥石流。

綿遠河形成的堰塞湖群，各堰塞湖間相互影響，作者通過白沙河、石亭江上堰塞湖的排險治理經(jīng)驗，對綿遠河堰塞湖群的潰決進行定性分析，在前人的基礎(chǔ)上引入新的潰決影響因素，包括：上游堰塞體潰決斷面距壩前河道距離、河道特性、堰塞體組成成分、堰塞體的潰決水量、潰決高度和寬度、堰塞體幾何形態(tài)等。

3.1 上游堰塞體潰決斷面距壩前河道距離

干溝堰塞體下游面與一崗橋堰塞湖庫尾相連，兩個堰塞湖水位差較小，河道距離基本等于一崗橋堰塞湖的庫長，若干溝堰塞湖潰決，潰決水量直接進入一崗橋堰塞湖中，湖水可起到較大消能作用，所以若干溝堰塞湖潰決，對下游影響較小。

一崗橋堰塞體距下游小木嶺堰塞湖河道距離約1.5 km，此段河道比降超過8%[1]，河床結(jié)構(gòu)松散，河道堆積物較多，若一崗橋堰塞湖潰決，將極大可能形成泥石流，其巨大沖擊力可將小木嶺堰塞湖沖潰，所以若一崗橋堰塞湖潰決，將極大可能形成下游堰塞湖的連潰。

3.2 河道特性

這次討論的堰塞湖群廣泛分布在綿遠河干流及其支流上，在分析其堰塞湖群潰決因素就必須考慮綿遠河的河道特性，綿遠河屬山區(qū)河流，比降大，震后河道淤積明顯且結(jié)構(gòu)松散，山洪易暴發(fā)，同時還要綜合考慮各堰塞湖在河道上分布的位置，位置的不同其危險性也不同。如徐家壩堰塞湖位于綿遠河最上游，蓄滿水量在1000萬m3左右，壩高超過110 m[1]，可謂庫大壩高，但由于位置處于最上游，集雨面積較小，堰體寬厚，其潰壩風(fēng)險大大降低，在2009年汛前就可不進行應(yīng)急處理。

3.3 堰塞體組成成分

堰塞體的組成是判定堰塞體潰決形態(tài)的重要因素之一，堰塞體絕大多數(shù)都是由于某側(cè)山體順層滑坡入江形成，一般情況下，堰塞體至上而下似層狀，堰塞體的下部塊度較大，咬合程度較好，透水性較好，基本不會發(fā)生滲透破壞，中上部塊度較小，結(jié)構(gòu)松散，易被沖刷破壞，表面通常存留一定量的坡集土，以唐家山堰塞湖為例[4]，引潰時潰口最終的位置為塊碎石層與含孤塊礫石層相連的層面，所以作者認為潰口深度應(yīng)根據(jù)堰塞體似層狀分區(qū)確定，而非目前通常所使用的由寬度再確定深度的潰決模式。

3.4 堰塞體的潰決水量

鐘嘴堰塞湖位于楊家溝堰塞湖上游，庫容約20萬m3，楊家溝堰塞湖庫容約85萬 m3，在2009年汛前對鐘嘴堰塞湖引潰時，并未對楊家溝堰塞體產(chǎn)生任何影響，而對楊家溝堰塞湖降水排險時，其下游滴水巖堰塞體呈現(xiàn)較大沖刷。

說明堰塞體潰決跟自身水量和位置有關(guān)，若庫容大的堰塞湖在上游，庫容小的在下游，就必須對庫容大的堰塞體進行應(yīng)急處理，反之，庫容小的在上游，庫容大的在下游，就可不處理或稍后處理。

3.5 潰決高度和寬度

潰決的高度和寬度，即潰口形態(tài)，是判定潰決對下游影響范圍的主要因素之一。主要根據(jù)堰體中上游的物質(zhì)成分、顆粒大小、分層分區(qū)情況等因素的綜合考慮，作者認為堰體一般不會一潰到底，即便小崗劍堰塞體一次性爆破降水也未達到全潰，還剩30余米高主要由大孤塊石組成的堰體。

3.6 堰塞體幾何形態(tài)

堰塞體幾何形態(tài)是判定其自身穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，通常利用厚高比、上下游坡比等參數(shù)進行判定堰塞體的自身穩(wěn)定性，通常運用畢肖普法計算即可。

3.7 其他因素

堰塞體的潰決是多種因素相互影響、相互制約共同作用的結(jié)果，而非單一或幾種因素作用的結(jié)果，所以在論證堰塞體潰決風(fēng)險時，就要綜合考慮上述各種因素，同時還應(yīng)考慮如湖區(qū)的暴雨強度、湖水的陡漲陡落、兩側(cè)山體再次垮塌堵江風(fēng)險等因素。

4 需應(yīng)急排險堰塞體的確定

“5.12”汶川特大地震在地震重災(zāi)區(qū)綿竹市境內(nèi)綿遠河上游山區(qū)，形成的20余處滑坡堵江，其中庫容大于10萬m3的堰塞湖16處。自上而下依次是：徐家壩堰塞湖、長河壩堰塞湖、鐘嘴堰塞湖、楊家溝堰塞湖、滴水巖堰塞湖、一棵樹堰塞湖、二崗橋堰塞湖、干溝堰塞湖、一崗橋堰塞湖、小木嶺堰塞湖、伐木廠壅塞體、打靶場堰塞湖（位于支流-黃水河出口段）、黑洞崖堰塞湖、小崗劍堰塞湖、小天池堰塞湖（位于支流-天池溝出口段）和一把刀堰塞湖。結(jié)合各種因素的綜合考慮，確定急需排險的堰塞體，如下：

4.1 楊家溝堰塞體

堰體組成碎石土較多，抗沖刷能力差，暴雨時右岸山體有極大可能再次下滑堵江，下游堰塞湖較小，易形成連潰。

4.2 一崗橋堰塞體

堰體較薄，庫容較大，自身穩(wěn)定性差，下游堰塞湖較小，易形成連潰。

4.3 小崗劍堰塞體

左岸山體上現(xiàn)存大量泥石流殘留體（約25萬m3），易再次堵江，堰體距下游保護區(qū)僅7.6 km，潰決影響嚴重。

5 排險方案

1）楊家溝堰塞湖。開挖新的泄流槽，最大程度減少蓄水量，降低庫水位，對泄流槽入口進行適當(dāng)加固，對泄流槽兩岸及下游坡腳采取必要的防沖措施，泄流槽布置盡量遠離右岸滑坡體，阻止其進一步下滑堵塞泄流槽[5]。

2）一崗橋堰塞湖。挖除堰塞體，疏通下游河道。

3）小崗劍堰塞湖。拓寬和加深目前已有泄流槽，進一步減少庫容，對泄流槽兩岸進行防沖處理，疏通下游河道，將左岸遺留大量的泥石流殘留體挖除或其上設(shè)置導(dǎo)流槽。

4）加強全流域的雨情水情監(jiān)測[6]。

6 結(jié)語

根據(jù)各種因素的綜合考慮，對急需排險的堰塞體進行工程處理，圓滿完成了應(yīng)急排險任務(wù)，達到了2008年安全渡汛的目的。

[1]四川大學(xué).綿竹市綿遠河上游堰塞湖安全評價報告[R].2009.3.

[2]SL450-2009，堰塞湖風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)[S].2009.

[3]SL451-2009，堰塞湖應(yīng)急處置技術(shù)導(dǎo)則[S].2009.

[4]成都勘測設(shè)計研究院.唐家山堰塞壩治理可行性研究報告[R].2008，10.

[5]四川大學(xué).綿竹市綿遠河楊家溝堰塞湖應(yīng)急處理方案[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）.