崩滑堰塞湖的形成-孕災(zāi)-致災(zāi)機(jī)理與模擬方法

鐘 啟 明，錢 亞 俊，單 熠 博

(1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029； 2.水利部土石壩破壞機(jī)理與防控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

1 研究背景

堰塞湖是一定量固體物質(zhì)阻塞山區(qū)河谷或河道導(dǎo)致上游壅水形成的具有一定庫容的水體，而堵塞河谷或河道的固體物質(zhì)被稱為堰塞體[1-2]。堰塞湖在世界范圍內(nèi)廣泛分布，依據(jù)成因，堰塞湖可分為熔巖、滑坡、崩塌、泥石流和冰磧堰塞湖等5類[3]，全球350個(gè)大型堰塞湖分布如圖1所示[4-5]。世界范圍內(nèi)1 393個(gè)堰塞湖案例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明[6]，形成堰塞湖的誘因依次是地震(50.5%)、降雨(39.3%)、融雪(2.4%)、人為原因(2.2%)、火山噴發(fā)(0.9%)，其他未知原因的占4.7%。由此可以看出，地震和降雨是形成堰塞湖的主導(dǎo)因素，兩種成因的堰塞湖約占總數(shù)的90%。

圖1 全球350個(gè)大型堰塞湖分布圖[4-5]Fig.1 The distribution map of 350 large dammed lakes around the world[4-5]

美國地質(zhì)調(diào)查局Costa和Schuster對(duì)全球73個(gè)堰塞湖的壽命統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)[1]，85%的堰塞湖壽命小于1 a。我國學(xué)者Peng和Zhang[7]、石振明等[8]、Shen等[6]也分別通過對(duì)全球204，276個(gè)和352個(gè)堰塞湖的壽命統(tǒng)計(jì)得出了類似結(jié)論。堰塞湖的破壞模式包括水流漫頂沖刷、滲透破壞或邊坡失穩(wěn)，其中89%為水流漫頂沖刷潰決，10%為滲透破壞潰決[1]。

近年來，受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及氣象水文等條件綜合作用，我國堰塞湖事件呈多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢(shì)。據(jù)作者統(tǒng)計(jì)，21世紀(jì)以來(2000年1月至2019年12月)，我國發(fā)生有文獻(xiàn)記載的堰塞湖案例362個(gè)。2000年4月9日，西藏波密縣易貢鄉(xiāng)發(fā)生巨型山體滑坡，形成易貢堰塞湖[2]，并于同年6月10日潰決，21億m3洪水下泄，潰口峰值流量達(dá)到12.4萬m3/s，導(dǎo)致我國墨脫、波密、林芝3縣90余鄉(xiāng)近萬人受災(zāi)，印度布拉馬普特拉河沿岸7個(gè)邦94人死亡，250萬人無家可歸[5，9]；2008年，“5·12”汶川地震形成了257處崩滑堰塞湖[10]，其中唐家山是集雨面積最廣、蓄水量最大、威脅最嚴(yán)重的堰塞湖，在人工干預(yù)下于2008年6月7日應(yīng)急泄流，由于泄流前緊急轉(zhuǎn)移下游風(fēng)險(xiǎn)人口約25萬人，所幸未造成人員傷亡[11]；2018年10～11月，我國金沙江和雅魯藏布江各接連發(fā)生兩次滑坡事件，形成了白格和加拉堰塞湖，并在短期內(nèi)發(fā)生潰決，對(duì)西藏、四川和云南的人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅[12-13]。

與人工填筑的土石壩不同，堰塞體一般由崩滑土石料快速堆積而成，沒有經(jīng)過充分壓實(shí)，結(jié)構(gòu)較為松垮、組成物質(zhì)雜亂，局部存在由大顆粒骨架架空形成的高滲透區(qū)域，滲流和力學(xué)穩(wěn)定性較差[14]，且缺乏必要的洪水溢流設(shè)施，容易發(fā)生潰決造成嚴(yán)重的洪水災(zāi)害，對(duì)下游公眾生命財(cái)產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施安全構(gòu)成巨大威脅。

因此，快速地評(píng)估堰塞體的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)潰口流量過程對(duì)堰塞湖的科學(xué)應(yīng)急處置至關(guān)重要。本文針對(duì)崩塌型和滑坡型這兩類發(fā)生頻率最高的堰塞湖，重點(diǎn)圍繞崩滑堰塞湖形成-孕災(zāi)-致災(zāi)機(jī)理與模擬方法開展研究，總結(jié)其形成機(jī)理，剖析影響其穩(wěn)定性的關(guān)鍵特征參數(shù)，并介紹作者提出的堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法和堰塞湖潰決過程數(shù)值模擬方法，選擇我國21世紀(jì)形成的3個(gè)典型崩滑堰塞湖案例，利用作者的研究成果對(duì)其災(zāi)害鏈進(jìn)行模擬分析。

2 崩滑堰塞湖形成機(jī)理與堰塞體顆粒組成

2.1 崩滑堰塞湖形成機(jī)理

研究表明，崩滑堰塞體的幾何形態(tài)、粒徑分布和材料力學(xué)性質(zhì)等重要特征取決于其形成過程，并極大地影響了堰塞湖的孕災(zāi)和致災(zāi)過程[15-16]。根據(jù)國內(nèi)外常用的分類方法[17-19]，并考慮崩滑體的運(yùn)動(dòng)特征，可將崩滑堰塞湖的形成原因細(xì)分為3類：崩塌、滑坡和碎屑流。

崩塌形成堰塞湖是指岸坡上部巖土體被裂縫切割、拉裂后，在外荷載作用下失去穩(wěn)定，脫離母巖急劇向下翻滾、跳躍，從而堵塞河道[19-20]?；滦纬裳呷侵赴镀略谕夂奢d作用下，當(dāng)坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面上的剪應(yīng)力超過了抗剪強(qiáng)度，滑坡體沿滑裂面發(fā)生整體滑動(dòng)。一般可將滑坡形成堰塞湖的過程概括為岸坡上部拉裂、下部滑移隆起、中段快速剪斷及整體的高速滑動(dòng)[21]。碎屑流形成堰塞湖是指在滑坡或崩塌過程中，坡體物質(zhì)在高速差異滑移速度和相互碰撞作用下產(chǎn)生平移剪切運(yùn)動(dòng)、跳躍及滾動(dòng)等綜合流動(dòng)形式，將高速滑坡碎屑流沖到河對(duì)岸并阻擋停積于河床上，從而堵塞河道[18-19]。

2.2 堰塞體顆粒分布特征

目前，國內(nèi)外對(duì)崩滑堰塞湖基本特性的研究主要集中在堰塞湖事件的統(tǒng)計(jì)與類型識(shí)別、堰塞體的形態(tài)特征、堰塞湖形成的影響因素等方面[16]。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)[2，5]，堰塞體的顆粒組成對(duì)其穩(wěn)定性和潰決過程有重要影響。一般而言[16]，巖質(zhì)整體滑坡形成的堰塞體穩(wěn)定性好，潰決時(shí)潰口發(fā)展速度慢、潰決程度低；少量崩塌塊石堆積形成的堰塞體可達(dá)成入流和滲流平衡而避免潰決；崩滑碎屑流形成的堰塞體易于快速潰決，危害性更大。

我國學(xué)者Fan等[15，22]基于崩滑發(fā)生區(qū)域的地質(zhì)條件、堰塞體的地貌特征和材料物理力學(xué)特性，根據(jù)崩滑堰塞體的顆粒分布特征將2008年“5·12”汶川地震形成的堰塞體分為3類：第1類，堰塞體由于深部巖體的滑塌導(dǎo)致，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為2層或3層，底部由較為完整的巖層構(gòu)成，頂部為巖石碎屑和細(xì)顆粒土體，如圖2(a)所示；第2類，堰塞體由邊坡崩塌滑落的石塊形成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為兩層，底部為高度破碎的巖石碎屑和細(xì)顆粒土體，頂部由顆粒較大的碎石組成，如圖2(b)所示；第3類，堰塞體由遠(yuǎn)程高速滑坡的碎屑流構(gòu)成，由于滑坡體經(jīng)過較長的移動(dòng)，堰塞體顆粒較為松散且含有較多細(xì)顆粒，如圖2(c)所示。

圖2 基于顆粒分布特征的堰塞體分類Fig.2 Classification of landslide dams based on particle size distribution characteristics

3 崩滑堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法

崩滑堰塞體形成后，其在外荷載作用下的穩(wěn)定性是揭示堰塞湖孕災(zāi)機(jī)理的核心。1999年，Casagli和Ermini[23]最早提出了堆積指標(biāo)法(BI)來判斷堰塞體的穩(wěn)定性，并改進(jìn)提出了無量綱堆積體指標(biāo)法(DBI)[4]。隨后，國內(nèi)外學(xué)者基于已潰和未潰的堰塞湖資料，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法提出了一系列崩滑堰塞體穩(wěn)定性的快速評(píng)價(jià)方法[24]，如Korup[25]、Dong等[26]和Stefanelli等[27]提出的評(píng)價(jià)方法，這些評(píng)價(jià)方法大多基于堰塞體的地貌學(xué)指標(biāo)和堰塞湖的水動(dòng)力條件，未考慮堰塞體的顆粒組成。目前國內(nèi)外常用的堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法如表1所列。

表1 國內(nèi)外常用堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法對(duì)比Tab.1 Comparison of rapid evaluation methods for stability of landslide dams at home and abroad

由于堰塞湖的成因各異，堰塞體的顆粒分布特征存在巨大差異，例如主要由大塊石組成的堰塞體較土質(zhì)堰塞體具有更好的穩(wěn)定性，但目前尚缺乏能合理考慮堰塞體顆粒組成的評(píng)價(jià)方法。作者通過考慮堰塞體的形態(tài)特征、顆粒組成及被阻塞河道的水動(dòng)力條件，采用邏輯回歸的數(shù)值計(jì)算方法，建立了一套新的堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法[28]。根據(jù)可獲取的堰塞體顆粒組成信息的多寡，該快速評(píng)價(jià)方法又可分為精細(xì)化和簡(jiǎn)化方法。

3.1 考慮顆粒組成的堰塞體穩(wěn)定性精細(xì)化快速評(píng)價(jià)方法

若堰塞體材料的顆分情況已知，則選擇高度、寬度(即順河向距離)和體積來表征堰塞體的形態(tài)特征，選擇堰塞湖流域面積來表征被阻塞河道的水動(dòng)力特征，選擇d90，d60，d30和d5等代表粒徑表征顆粒組成特征，Shan等建立了堰塞體穩(wěn)定性精細(xì)化快速評(píng)價(jià)方法，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下[28]：

LsIVAS=-0.264lgI+1.166lgVd

-1.551lgAb-0.168lgSd-4.847

(1)

式中：Ls(IVAS)為堰塞體穩(wěn)定性精細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，當(dāng)Ls(IVAS)>0時(shí)，堰塞體是穩(wěn)定的，當(dāng)Ls(IVAS)<0時(shí)，堰塞體是不穩(wěn)定的；I為堰塞體高度與寬度的比值，即I=Hd/W；Sd為精細(xì)化顆粒組成指標(biāo)，Sd=(d90-d60)/(d30-d5)。

3.2 考慮顆粒組成的堰塞體穩(wěn)定性簡(jiǎn)化快速評(píng)價(jià)方法

若堰塞體材料的顆粒特征僅為定性描述，則同樣選擇高度、寬度和體積來表征堰塞體的形態(tài)特征，選擇堰塞湖流域面積來表征被阻塞河道的水動(dòng)力特征，選擇顆粒特征參數(shù)來表征顆粒組成特征，作者建立了堰塞體穩(wěn)定性簡(jiǎn)化快速評(píng)價(jià)方法，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下[28]：

LsIVAM=-0.198lgI+1.387lgVd

-1.432lgAb+4.169Mi-8.674

(2)

式中：Ls(IVAM)為堰塞體穩(wěn)定性簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，當(dāng)Ls(IVAM)>0時(shí)，堰塞體是穩(wěn)定的；當(dāng)Ls(IVAM)<0時(shí)，堰塞體是不穩(wěn)定的。Mi為簡(jiǎn)化顆粒組成指標(biāo)，當(dāng)堰塞體材料以塊石為主時(shí)(粒徑>200 mm的顆粒重量超過50%，且粒徑>2 mm的顆粒重量超過80%)，Mi取0.75～1.00；當(dāng)堰塞體材料為塊石加粗粒土?xí)r(粒徑>200 mm的顆粒重量不超過50%，粒徑>2 mm的顆粒重量超過80%)，Mi取0.50～0.75；當(dāng)堰塞體材料以粗粒土為主時(shí)(粒徑>2 mm的顆粒重量占20%～80%)，Mi取0.25～0.50；當(dāng)堰塞體材料以細(xì)粒土為主時(shí)(粒徑≤2 mm的顆粒重量超過80%)，Mi取 0～0.25；當(dāng)顆粒含量位于某一取值范圍之內(nèi)，Mi采用線性插值法進(jìn)行計(jì)算。

4 崩滑堰塞湖潰決機(jī)理

近年來，由于崩滑堰塞湖案例頻發(fā)，國內(nèi)外學(xué)者們圍繞堰塞體的材料沖蝕特性、潰口形態(tài)和流量的演化規(guī)律開展了一系列的研究[29-30]。主要的研究手段包括：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、小尺度模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)。

2008年“5·12”汶川地震形成的唐家山堰塞湖和2018年“11·03”白格堰塞湖都是在人工開挖泄流槽的情況下發(fā)生了潰決，科技人員通過各種手段獲取了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料[11，31]，為崩滑堰塞湖潰決機(jī)理的研究提供了第一手的寶貴資料。以“11·03”白格堰塞湖泄流過程為例，可將潰決過程分為3個(gè)階段[32]：

(1) 均勻沖蝕階段。在沖蝕的初期階段，由于潰口(初始泄流槽)水位較低、流速較小，僅堰塞體表層細(xì)顆粒被帶走，潰口未發(fā)生明顯下切現(xiàn)象，漫溢水流表現(xiàn)出均勻沖蝕的特征，此階段潰口出流量小于來流量，堰塞湖水位繼續(xù)抬升，如圖3(a)所示。

(2) 溯源沖蝕階段。隨著上游水位的不斷抬升，流速持續(xù)增大，由于堰塞體下游坡腳處的流速最大，因而率先發(fā)生沖蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性破壞，隨后堰塞體發(fā)生溯源沖蝕直至達(dá)到上游坡頂部，如圖3(b)所示。

(3) 沿程沖蝕階段，當(dāng)溯源沖蝕發(fā)展到潰口頂部后，由于潰口底高程的下降，水頭突然增大，導(dǎo)致流量猛增直至峰值流量，潰口不斷下切和展寬，并伴隨潰口邊坡的失穩(wěn)，由于潰口流量大于來流量，堰塞湖水位不斷下降直至漫溢水流無法沖蝕堰塞體材料為止，如圖3(c)所示。

圖3 2018年“11·03”白格堰塞湖潰決過程Fig.3 Breach process of the Baige landslide dammed lake at November 3，2018

另外，國內(nèi)外學(xué)者開展了一系列針對(duì)堰塞湖潰決機(jī)理的小尺度模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)[33-37]，通過對(duì)潰口在橫斷面和縱斷面的演化過程，可以總結(jié)出與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料類似的堰塞體潰決機(jī)理如下：堰塞體頂部潰口的向下沖蝕和下游坡面的溯源沖蝕→堰塞體下游坡角減小→溯源沖蝕發(fā)展至上游坡頂部→潰口快速下切和展寬→潰口邊坡失穩(wěn)(破壞面為平面)→潰口沖蝕結(jié)束。

值得一提的是，與均質(zhì)土壩潰決機(jī)理不同，堰塞體潰決過程中下游壩坡逐漸變緩，且潰口的最終深度受堰塞體顆粒分布特征的影響。

5 崩滑堰塞湖潰決過程數(shù)值模擬方法

5.1 模型基本假設(shè)

基于崩滑堰塞湖的潰決機(jī)理，考慮堰塞體顆粒分布特征，在堰塞湖潰決過程數(shù)值模擬中采用以下假設(shè)：① 為簡(jiǎn)便起見，將堰塞體的橫斷面和縱斷面分別視為倒梯形和正梯形；② 基于崩滑類型，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查獲得的堰塞體顆粒分布特征，對(duì)崩滑堰塞體進(jìn)行分層，且各層呈水平狀分布；③ 各層頂部和底部的沖蝕系數(shù)由原位試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定，且各層的沖蝕系數(shù)由上至下呈線性變化；④ 在堰塞體潰決過程中，潰口邊坡坡角在失穩(wěn)前一直保持不變；⑤ 由于各層土體力學(xué)性質(zhì)不同，潰口邊坡失穩(wěn)后的坡角由潰口所在位置處的土體特性確定；⑥ 潰口邊坡失穩(wěn)時(shí)沿平面滑動(dòng)破壞，且滑落塊體瞬間被沖走；⑦ 下游坡的溯源沖蝕速率等于潰口底部的向下沖蝕速率除以該時(shí)刻下游坡的坡比(垂直/水平)；⑧ 下游坡坡腳處的沖蝕深度為0，沖蝕深度沿下游坡腳向上至下游坡頂部呈線性增大，根據(jù)潰口底部和溯源沖蝕的深度確定下游坡坡角的減小量。

5.2 數(shù)值模擬方法

基于數(shù)值模擬的假設(shè)，建立了一個(gè)可描述崩滑堰塞湖潰決過程的數(shù)值模擬方法。該模擬方法主要包括3個(gè)組成部分[32，38]：水動(dòng)力模塊、材料沖蝕模塊和潰口發(fā)展模塊。采用按時(shí)間步長迭代的計(jì)算方法模擬崩滑堰塞湖潰決過程中的水土耦合作用，輸入初始參數(shù)，設(shè)置計(jì)算時(shí)長tc和時(shí)間步長Δt，計(jì)算流程如圖4所示。圖4中，zb為潰口底部高程，zs為堰塞湖水位，t為時(shí)間，kd為沖蝕系數(shù)，τb為頂部潰口底床水流剪應(yīng)力，τc為土顆粒臨界剪應(yīng)力，m為潰口邊坡系數(shù)(水平/垂直)，H為堰塞體頂部潰口處水深(H=zs-zb)，Qb為潰口流量，Qin為入流量，As為堰塞湖湖面面積，B為潰口頂寬，b為潰口底寬，nloc為潰口位置參數(shù)(nloc=1表示潰口只能向一側(cè)發(fā)展，nloc=2表示潰口可向兩側(cè)發(fā)展)，F(xiàn)d為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)r為抵抗力，α為失穩(wěn)后潰口邊坡的坡角，β為潰口邊坡坡角，φ為土體的內(nèi)摩擦角，C為土體的黏聚力，γs土體的容重，Hs為潰口邊坡高度。

圖4 崩滑堰塞湖潰決過程數(shù)值模擬計(jì)算流程Fig.4 Flow chart of numerical simulation of landslide dammed lake breach process

6 我國21世紀(jì)典型崩滑堰塞湖案例分析

為了對(duì)本文提出的崩滑堰塞湖形成-孕災(zāi)-致災(zāi)模擬方法的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，針對(duì)不同的崩滑方式，分別選擇2008年“5·12”汶川地震形成的唐家山堰塞湖[5，11]、小崗劍堰塞湖[5，39-40]和2018年“11·03”白格堰塞湖[12，41]等3個(gè)典型崩滑堰塞湖，開展堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)和堰塞湖潰決過程模擬。

按照崩滑堰塞湖的形成機(jī)理和地質(zhì)調(diào)查資料獲取的堰塞體顆粒分布特征，根據(jù)前文2.2中的分類標(biāo)準(zhǔn)，唐家山屬于第1類堰塞體，小崗劍屬于第2類堰塞體，“11·03”白格屬于第3類堰塞體。

6.1 典型堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)

分別采用作者提出的考慮顆粒組成的堰塞體穩(wěn)定性精細(xì)化(式(1) )和簡(jiǎn)化快速評(píng)價(jià)方法(式(2) )對(duì)3個(gè)崩滑堰塞體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并選擇國內(nèi)外常用的堰塞體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，如Casagli和Ermini[23]提出的BI法、Ermini和Casagli[4]提出的DBI法、Korup[25]提出的Is法和Ia法、Dong等[26]提出的Ls(AHWL)和Ls(AHV)法、Stefanelli等[27]提出的HDSI法，與作者提出的方法進(jìn)行比較。堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)計(jì)算參數(shù)如表2所列，各種評(píng)價(jià)方法的對(duì)比情況如表3所列。

表2 各評(píng)價(jià)方法計(jì)算參數(shù)Tab.2 The calculation parameters for each evaluation method

表3 各評(píng)價(jià)方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比Tab.3 Comparison of calculation results of each evaluation method

調(diào)研結(jié)果表明，唐家山、小崗劍和“11·03”白格堰塞湖均為高危堰塞湖，若不開挖泄流槽也會(huì)自然潰決，因此其堰塞體均為不穩(wěn)定堰塞體。計(jì)算結(jié)果表明：本文提出的Ls(IVAS)法和Ls(IVAM)對(duì)3個(gè)堰塞體的穩(wěn)定性給出了準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)論，同樣，DBI法、Ia法、Ls(AHWL)法和Ls(AHV)法也給出了準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)論；但是，BI法對(duì)唐家山和“11·03”白格堰塞體給出了錯(cuò)誤的評(píng)價(jià)結(jié)論，Is法無法對(duì)3個(gè)堰塞體的穩(wěn)定性給出明確的評(píng)價(jià)結(jié)論，HDSI無法對(duì)唐家山堰塞體的穩(wěn)定性給出明確的評(píng)價(jià)結(jié)論。

6.2 典型堰塞湖潰決過程分析

唐家山堰塞湖通過開挖泄流槽的方式，于2008年6月10日泄流；小崗劍堰塞湖通過人工爆破的方式，于2008年6月12日泄流?！?1·03”白格堰塞湖亦采用人工開挖泄流槽的方式，于2018年11月12日泄流。地質(zhì)調(diào)查資料顯示，唐家山堰塞體自上而下大致可分為3層，頂部以碎石土為主，第2層為塊碎礫石土，第3層為似層狀碎裂巖體；小崗劍堰塞體主要以孤石和塊石為主，含少量碎石，細(xì)粒土填充于塊石骨架之間，且頂部含有較多大粒徑石塊，自上而下大體可分為兩層；白格堰塞體是由高位滑坡形成，滑坡土體經(jīng)過長距離的運(yùn)移顆粒發(fā)生了崩解，以砂礫石夾碎石土為主，整體顆粒較小，自上而下大體可分為兩層。唐家山、小崗劍和“11·03”白格堰塞湖的潰決過程計(jì)算參數(shù)如表4和表5所列。

表4 我國3個(gè)典型堰塞湖物理力學(xué)參數(shù)Tab.4 Physical and mechanical parameters of three typical landslide dammed lakes in China

表5 我國3個(gè)典型堰塞體各層計(jì)算參數(shù)Tab.5 Calculation parameters of each layer of three typical landslide dams in China

為了驗(yàn)證模型的合理性，提取計(jì)算結(jié)果中的潰口峰值流量(Qp)、潰口最終頂寬(Bf)、潰口最終底寬(bf)、潰口最終深度(Df)以及潰口峰值流量出現(xiàn)時(shí)刻(Tp)等堰塞湖潰決特征參數(shù)與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比對(duì)(見表6)。

由表6可以看出：唐家山堰塞湖潰決時(shí)的潰口峰值流量、潰口最終頂寬、底寬和深度的計(jì)算誤差控制在±5%以內(nèi)，峰值流量出現(xiàn)時(shí)刻的計(jì)算誤差控制在±10%以內(nèi)；小崗劍堰塞湖潰決時(shí)的潰口峰值流量的計(jì)算誤差控制在±5%以內(nèi)，潰口最終底寬和深度、峰值流量出現(xiàn)時(shí)刻的計(jì)算誤差控制在±10%以內(nèi)；白格“11·03”堰塞湖潰決時(shí)的潰口峰值流量、潰口最終頂寬和峰值流量出現(xiàn)時(shí)刻的計(jì)算誤差控制在±5%以內(nèi)，潰口最終深度的計(jì)算誤差控制在±15%以內(nèi)，僅潰口最終底寬的誤差較大，超過±30%。綜上可知，崩滑堰塞湖潰決過程數(shù)值模擬方法可較好地反饋分析3個(gè)堰塞湖的潰決過程，比對(duì)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的合理性。

表6 我國3個(gè)典型堰塞湖潰決特征參數(shù)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較Tab.6 Comparison of the calculated and measured breach characteristic parameters of three typical landslide dammed lakes in China

7 結(jié)論與建議

本文圍繞崩滑堰塞湖形成機(jī)理、堰塞體穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法、堰塞湖潰決機(jī)理和潰決過程數(shù)值模擬方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，介紹了作者提出的崩滑堰塞湖形成-孕災(zāi)-致災(zāi)過程數(shù)值模擬方法并驗(yàn)證了其合理性。主要結(jié)論和建議如下。

(1) 崩滑堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于應(yīng)急搶險(xiǎn)具有重要的指導(dǎo)意義，可圍繞其形成-孕災(zāi)-致災(zāi)的災(zāi)害鏈開展，其中的重要環(huán)節(jié)就是對(duì)堰塞體穩(wěn)定性的快速評(píng)價(jià)和對(duì)堰塞湖潰決過程的模擬。研究表明，崩滑堰塞體的形態(tài)特征、顆粒組成及被阻塞河道的水動(dòng)力條件是其穩(wěn)定性的決定因素；另外，顆粒分布特征決定了堰塞體在潰決洪水作用下的材料沖蝕特性和潰口演化規(guī)律。

(2) 本文介紹的崩滑堰塞湖形成-孕災(zāi)-致災(zāi)模擬方法以崩滑堰塞湖形成機(jī)理為切入點(diǎn)，重點(diǎn)分析堰塞體材料顆粒組成和分布特征，在此基礎(chǔ)上通過考慮堰塞體的形態(tài)特征、顆粒組成及被阻塞河道的水動(dòng)力條件，建立了其穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)方法；通過顆粒分布特征將堰塞體分層，建立了基于水動(dòng)力模塊、材料沖蝕模塊和潰口發(fā)展模塊的堰塞湖潰決過程模型，并通過典型案例驗(yàn)證了其合理性。

(3) 崩滑堰塞湖的災(zāi)害鏈牽涉到材料和荷載不確定性問題，以及復(fù)雜的水土耦合問題，應(yīng)在材料測(cè)試設(shè)備與方法、沖蝕試驗(yàn)系統(tǒng)與技術(shù)和潰決模擬理論與算法等方面開展深入研究，更加科學(xué)地評(píng)估其形成-孕災(zāi)-致災(zāi)過程。