甘肅省康縣周家壩鎮(zhèn)“8·18”堰塞湖處置研究

摘要： 甘肅省康縣周家壩鎮(zhèn)“8·18”堰塞湖是由持續(xù)強降雨突發(fā)滑坡滑動堵塞河谷而形成的，研究堰塞湖的形成原因對指導應急排險救災和后續(xù)治理處置具有重要意義。通過無人機航拍影像及后期實測地形圖、剖面圖、水位、流量監(jiān)測資料，基于災害損失影響調查評估，將定性經驗判別和定量計算方法相結合，深入研究了堰塞湖的形成原因、過程和特征;同時，還開展了風險評估，以及滲透穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性、應急處置預警水位及流量方面的分析。結果表明：對于突發(fā)性滑坡形成的堰塞湖災害，應深入分析其產生的原因和形成的條件，有針對性地制定出緊急應急排險救災及其后續(xù)治理措施。

研究成果可為突發(fā)滑坡導致的堰塞湖處置提供經驗和借鑒，并可為應急排險救災和后續(xù)治理決策提供科學依據(jù)。

關 鍵 詞：? 堰塞湖; 風險評估; 滑坡體穩(wěn)定性; 處置措施; 周家壩鎮(zhèn)堰塞湖

中圖法分類號： ?X43

文獻標志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.021

0 引 言

2020年8月，甘肅省隴南市遭遇了入汛以來最強降水過程，多個雨量站在日降水量級及強度上均突破了歷史極值記錄。受持續(xù)連續(xù)強降雨的影響，8月18日19：30，甘肅省隴南市康縣周家壩鎮(zhèn)柏楊村紙槽溝段鄉(xiāng)道Y 719 （周長公路）7+ 500處李壩河左岸山體突然暴發(fā)滑坡滑動，滑坡體從左岸向右岸擠占河道，造成李壩河谷天然徑流被堵塞，水位逐漸壅高，形成了“8·18”康縣周家壩鎮(zhèn)堰塞湖（以下簡稱堰塞湖）。險情發(fā)生后，為防止堰塞湖瞬間潰決對下游造成危害，當?shù)卣⒓窗才偶皶r預警轉移撤離堰塞湖沿河下游群眾82戶251人，沒有造成人員傷亡事故。應急搶險救災過程，采用了無人機航拍影像，如圖1所示。

堰塞湖順河縱向長1 130 m，寬約50～100 m，平均寬80 m，深度約20～30 m，面積約0.093 km2，堰塞湖水體積約90萬m3，威脅到下游周家壩、太石2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個自然村群眾的生命財產安全。堰塞湖影響區(qū)內鄉(xiāng)村居民4 505人，1住戶的2層樓房被淹沒，溝內唯一鄉(xiāng)道Y 719被中斷。周邊山大溝深，村民生產、生活受到極大的影響，且威脅到下游1 000 m處河口里村小學、周家壩鎮(zhèn)政府駐地及沿河兩岸村莊的安全。

依據(jù)SL450-2009《堰塞湖風險等級劃分標準》[1]，該堰塞體潰決損失嚴重性級別為一般。應急排險救災和后續(xù)治理措施分階段實施，防止了堰塞體潰決及次生災害的發(fā)生[2-4]，沒有造成人員傷亡事故，避免和減少了經濟損失，效益顯著。本文總結了“8·18”康縣周家壩鎮(zhèn)堰塞湖處置的經驗，研究成果可為突發(fā)滑坡導致的堰塞湖處置提供經驗和借鑒。

1 堰塞湖水文氣象特征

堰塞湖所處的李壩河屬長江流域嘉陵江水系，西漢水右岸二級支流，平洛河一級支流。李壩河發(fā)源于康縣長壩鎮(zhèn)境內，源地海拔高程1 620 m，自西南向東北流經田家壩、鞏家壩、李壩、河口里，在小河壩附近匯入平洛河，流域面積99 km2，河流全長17 km。主河道平均比降29.6‰，年徑流量2.475×107 m3。堰塞湖位于李壩河柏楊村，斷面以上流域面積為56 km2，河長12.7 km，河槽比降為28.9‰。

堰塞湖處屬于北亞熱帶向暖溫帶過度的氣候，年季風明顯，四季分明，春季干旱少雨，夏季炎熱多雷雨，秋季涼爽多雨，冬季少雪溫暖?？悼h氣象站多年觀測資料顯示，多年平均氣溫為11.1 ℃，歷年極端最高氣溫為35.5 ℃，極端最低氣溫為-16.7 ℃;年降水量為739 mm，主要集中在5～9月，占全年降水量的77.5%;多年平均蒸發(fā)量為1 065 mm，歷年最大積雪深度為17.0 cm，最大凍土深度為15.0 cm（12月）;多年平均日照時數(shù)為1 580 h，多年平均濕度76%，多年平均風速為1.2 m/s，最大風速為9.0 m/s。

2 堰塞湖形成及特征

依據(jù)DZ/T 0284-2015《地質災害排查規(guī)范》[5]、DZ/T 0261-2014《滑坡崩塌泥石流災害調查規(guī)范》[6]以及GB/T 32864-2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[7]，對堰塞湖形成的原因進行了勘查研究。分析認為，堰塞湖系2020年8月18日強降雨誘發(fā)左岸山體突然暴發(fā)滑坡體滑動后堵塞河谷而形成[8-9]。

滑坡體位于李壩河谷左岸，滑坡體平面總體呈啞鈴狀，主滑線縱向長度為1 260 m，從滑坡體后緣至前緣剪出口，可分為上、中、下3個區(qū)域。

上部是主滑區(qū)，最先發(fā)生大規(guī)模的滑坡，滑坡物質主要來源于上部覆蓋層殘坡積塊碎石土及基巖強風化帶，松散、無分選性，顆粒大小混雜?；瑒雍蠡鶐r裸露，邊坡為基巖弱風化帶，無殘留滑坡體，滑坡后壁最高達25 m，滑坡最寬處230 m，上部滑動面積為4.8萬m2，滑體平均厚度約10 m，滑動體積約48萬m3。

中部受到上部推移發(fā)生山體坡面淺層滑動，滑坡中部的寬度為50～70 m，滑動面積為3.7萬m2，滑體平均厚度約3～5 m，發(fā)生淺層滑動，滑動體積約11萬m3。

下部滑坡堆積區(qū)受到了河谷右岸岸坡阻擋的影響，而向上、下游臨空面釋放能量，呈不規(guī)則狀;上游淹沒在堰塞湖中，下游向臨空面方向釋放能量至自然邊坡后逐漸趨于穩(wěn)定。滑坡前緣堆積體（堰塞體）最寬處340 m，滑坡前后緣高差440 m，滑坡體積約84萬m3，堆積河谷堰塞體體積約59萬m3。

左岸滑坡體下伏基巖為白堊系下統(tǒng)東河群上亞群（K1d3），紫紅色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，軟質巖。巖層產狀NE45°SE∠20°，順向坡，滑動面為基巖強風化帶順層面及覆蓋層與基巖分界面，屬順層滑坡。堆積層-巖質滑坡，滑坡體厚度3～10 m，按滑動體厚度劃分為淺層-中層滑坡，按滑動形式劃分為推移式滑坡，按發(fā)生原因劃分屬于自然滑坡，突發(fā)活動滑坡，按發(fā)生年代劃分屬于新滑坡（Q4del），按滑體體積劃分屬于中型滑坡。

堰塞湖河谷右岸為古滑坡體（Q3del），地表為多級臺階狀耕地，無裂縫，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)東河群上亞群（K1d3），紫紅色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，軟質巖，巖層產狀NE45°SE∠20°，逆向坡，無滑動跡象，邊坡整體穩(wěn)定。

依據(jù)GB18306-2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[10]，50 a超越概率10%時，地震動峰值加速度為0.20 g，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動加速度反應譜特征周期為0.45 s。區(qū)域構造穩(wěn)定性為穩(wěn)定性較差。

滑坡堆積體部分位于堰塞湖水位以上，部分位于堰塞湖水位以下，在紙槽溝溝口呈扇形堆積于李壩河河谷，堆積體前緣長約445 m，紙槽溝溝口堆積體寬約115 m。紙槽溝溝口堆積體頂部高程為1 088 m，堆積體前緣高程為1 067～1 042 m，堆積體厚約28～12 m，堰塞體體積約59萬m3，土石混合型堰塞體堵塞了李壩溝谷，致使地表水天然徑流排泄受到阻擋形成堰塞湖。堰塞湖順河谷縱向長為1 130 m，深度約20～30 m，堰塞湖水體積約90萬m3，水位壅高，威脅著下游村莊的安全。

3 堰塞湖風險評估

堰塞湖形成后，導致通往上游柏楊村、草坪村、李家庵村、張趙村、李壩村、上溝村、磚家溝村、草壩村等8村的道路和電力中斷，致使1 150 戶4 133 人出行及生產、生活不便，淹沒耕地。堰塞湖還導致其下游的張趙村、河口里村河口社、老莊社、豆坪村小河壩社等6個自然村共計82戶251人被緊急避險轉移安置，并導致河口里村小學89名義務教育階段的學生和32名學齡前兒童不能正常開學。經調查估算，堰塞湖造成的經濟損失約為3 120萬元。

堰塞湖發(fā)生后，從2020年8月21日14：00至8月31日18：00，在堰塞湖上下游設立了觀測點進行連續(xù)水位、流量監(jiān)測。經統(tǒng)計分析，8月23日16：00，實測最高水位為1 067.41 m，最大入庫流量為9.3 m3/s;24日10：42，最大出庫流量為4.92 m3/s。8月28日12：00，最小出庫流量為1.33 m3/s。8月29日11：30，最小入庫流量為1.15 m3/s。8月31日14：00，入庫流量為3.4 m3/s。8月31日18：00，最低水位為1 064.44 m，期間水位總回落下降2.97 m，出庫流量為2.9 m3/s，泄水基本暢通。除8月23日與8月30日由于暴雨引發(fā)的洪水使得上游入庫流量急劇增大、堰塞湖水位有所壅高抬升外，其余時段水位呈總體下降回落的趨勢。從堰塞湖水位和進、出流量趨勢分析來看，如后期無較大的強降水，則入庫流量會逐漸減小。根據(jù)前期入庫流量過程推算，至9月6日，入庫流量可減小到1.1 m3/s，泄水槽無明顯坍塌和堵塞現(xiàn)象。

從堰塞湖水位-庫容曲線計算來看，堰塞體形成時的最高水位為1 067.41 m，對應的庫容為81.3萬m3，堰塞體高為12～28 m。依據(jù)SL450-2009《堰塞湖風險等級劃分標準》、SL451-2009《堰塞湖應急處置技術導則》[11]、SL252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》[12]，堰塞湖規(guī)模為小（2）型，危險級別屬于中危險，堰塞體潰決損失嚴重性級別為一般，堰塞湖風險等級為Ⅲ級。堰塞湖應急處置期洪水標準為3 a一遇，采用鐵一院法和《甘肅省暴雨洪水圖集》推理公式法計算斷面設計洪水流量，2種方法計算的洪水成果基本接近，3 a一遇洪峰流量為38.6 m3/s。

4 堰塞體穩(wěn)定性分析

4.1 滲流穩(wěn)定性

堰塞體滲流計算主要是確定堰塞體浸潤線及其下游出逸點的位置、堰塞體下游邊坡出逸段與下游的出逸比降。堰塞體滲透系數(shù)取值采取經驗類比法獲得，為5×10-3 cm/s。依據(jù)SL451-2009《堰塞湖應急處置技術導則》，堰塞體滲流及典型剖面滲透比降計算結果如表1所列，最高水位工況堰塞體流網(wǎng)浸潤線如圖2所示。正常和非常工況下，堰塞體浸潤線均從堰塞體下游坡腳出逸，堰塞體最大出逸比降為0.142，小于堰塞體允許出逸比降0.180。因此堰塞體不會發(fā)生滲透變形破壞，滲流穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4.2 邊坡穩(wěn)定性

堰塞體邊坡穩(wěn)定性計算采用理正軟件，對堰塞體上、下游邊坡分別采用計及條塊間作用力的簡化Bishop法，即：

K= ?{[（W+V）cosα-Ubsecα-Qsinα]tanφ′+c′bsecα} ?[（W+V）sinα+Mc/R]?? （1）

式中：K為穩(wěn)定安全系數(shù);W為土條重量，kN;Q、V分別為水平、垂直地震慣性力，kN;U為作用于土條底面的孔隙壓力，kN;α為條塊重力線與通過該條塊底面中點的半徑之間的夾角，（°）;b為土條寬度，m;c′、φ′為土條底面的有效應力抗剪強度指標，kPa、（°）;Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩（地震工況時考慮），kN·m;R為圓弧半徑，m。

對于堰塞體穩(wěn)定性計算參數(shù)，在應急搶險救災現(xiàn)場無法開展取樣試驗，因此依據(jù)經驗類比法取值[13]，堰塞體穩(wěn)定性計算參數(shù)如表2所列。選取堰塞體典型剖面進行簡化Bishop法抗滑穩(wěn)定計算，堰塞體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如表3所列。經計算，上、下游壩坡最小穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的允許安全系數(shù)，表明堰塞體抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，因此不會發(fā)生潰決，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.3 應急處置預警水位及流量

根據(jù)洪水計算成果，3 a一遇入庫洪水流量為38.6 m3/s，考慮滯洪作用，堰塞湖水位為1 065.46 m，該水位距堰塞體頂最小超高為1.54 m，滿足預警超高要求，即應急處置預警水位為1 065.46 m，對應1 h降雨量為20.8 mm。當每小時降雨量大于20.8 mm時，需啟動應急預警系統(tǒng)，發(fā)出預警指令。

5 堰塞湖處置措施

堰塞湖處置基本原則是“安全、科學、快速”，“人民至上，生命至上”，采用的方法是“疏導、引流、降水”，主要是采取工程應急處置排險措施和非工程措施（上下游受威脅人員轉移避險）。堰塞湖處置應按輕重緩急分為2個階段：第一階段為緊急應急處置，堰塞湖應急排險救災階段。該階段救災搶險迫在眉睫，刻不容緩，應使受災和受威脅影響的群眾脫離生命危險，不發(fā)生堰塞湖潰決和次生災害。為此要充分運用專家智囊經驗判斷，快速為搶險救災指揮部提供科學的決策依據(jù)，短期應急搶險實施的措施。第二階段為后續(xù)治理、后評估階段。渡過緊急搶險救災危險時期后，有充裕時間，應為疏浚、恢復河道天然正常徑流和長期治理利用實施提供方案，總結突發(fā)堰塞湖處置經驗和教訓。

5.1 緊急應急排險救災階段

根據(jù)現(xiàn)場無人機航拍視頻、遙感衛(wèi)星圖片的對比解譯，左岸滑坡體能量已全部釋放，后緣沒有滑動跡象，前緣僅有小量蠕動和變形，堰塞湖回水區(qū)岸坡沒有明顯較大裂縫和坍岸跡象，右岸古滑坡體岸坡穩(wěn)定[14-15]，因此，堰塞體位置和體積不會發(fā)生較大變化。

對滑坡、堰塞湖周圍設置警戒線和警示標識，劃定危險區(qū)域范圍，禁止車輛和人員誤行。對滑坡體監(jiān)測其位移和滑動趨勢，對堰塞湖水位、進出流量連續(xù)觀測，并收集天氣預報和降水量，研判未來天氣降水量變化趨勢，強化應急處置和值守工作，及時客觀動態(tài)科學研判險情對受威脅群眾的影響。當每小時降雨量大于20.8 mm時，需立即啟動應急預警系統(tǒng)，發(fā)出預警指令，確保群眾生產生活安全有序，不造成傷亡。

根據(jù)天氣預報和堰塞體環(huán)境地質條件研判，未來幾天沒有強降雨，堰塞體邊坡逐漸趨于穩(wěn)定，沒有潰決的風險。經綜合研判，在應急排險期間，受道路中斷影響挖掘機不能到達堰塞體，堰塞體土體飽和，存在蠕動變形的可能，若采取人工干預開挖泄流槽，擾動坡腳，右岸局部會出現(xiàn)坍塌;加之堰塞體的蠕動，天然泄槽會被堵塞，致使泄水不暢，堰塞湖水位上升壅高，會加大堰塞湖安全隱患因素。因此，綜合研判認為，暫不進行人工干預，不實施開挖泄流槽和人工爆破堰塞體，堰塞湖水從右岸坡腳自然徑流排泄，自然沖刷和沖蝕;但要加強對水位、流量、右岸岸坡及堰塞體變形監(jiān)測，建立群策聯(lián)防機制，對堰塞體邊坡穩(wěn)定性和變形實施動態(tài)監(jiān)測預警。下游村民臨時撤離到安全地帶避險，預警危險時期立即發(fā)出預警指令，采取人工干預，實施定向爆破堰塞體。

應急排險救災階段，采取的措施預防了堰塞體潰決、坍塌的發(fā)生，確保沒有發(fā)生人員傷亡和財產損失，起到防災和減災目的。

5.2 后續(xù)治理階段

渡過緊急搶險救災危險期后，已經具備安全的環(huán)境條件，即進入后續(xù)治理階段。后續(xù)治理需提出科學合理、經濟可行的治理方案，可分期分批實施，疏浚、恢復河道天然徑流及周邊安全生態(tài)環(huán)境。需實施滑坡、堰塞湖、邊坡綜合治理，消除堰塞湖潰決可能引發(fā)的次生災害隱患。

調洪依據(jù)水庫水量平衡方程試算，即在一個時段內入庫水量與下泄水量之差等于該時段內水庫增加或減少的水量，水量平衡方程為

（ Q1+Q2 2 ）×Δt-（ q1+q2 2 ）×Δt=V2-V1 （2）

式中：Q1、Q2分別為時段始末的入庫洪水流量，m3/s;q1、q2分別為時段始末的下泄流量，m3/s;Δt為時段秒數(shù)，s;V1、V2為時段始末的庫容，×104 m3。

根據(jù)水位-泄水量關系曲線、水位-庫容曲線，采用試算法進行調洪演算，在此基礎上，最終確定堰塞湖應急處置期按3 a一遇滯洪過程調節(jié)水位，最大入庫流量38.6 m3/s，最大出庫流量25.0 m3/s，最高水位1 065.46 m，相應庫容56.04萬m3。在河谷右側坡腳開挖引水泄洪槽進行疏浚泄流，長50 m，進口底高程為1 063.80 m，地表下挖深度3 m，底寬6 m，邊坡比1 ∶1.5，縱坡約1 ∶200，堰塞湖下游為天然泄槽，縱坡1 ∶1.5。開挖后的泄流槽為寬淺、河岸開敞式，在水流不斷沖刷下，泄流槽岸坡逐漸被沖刷和淘蝕，范圍逐漸擴大，恢復到天然徑流狀態(tài)。

堰塞湖水位下降后，堰塞體前緣臨河岸設置抗滑樁或鋼筋混凝土擋墻，其他段保持天然邊坡狀態(tài)，實施生態(tài)護坡措施。

左岸滑坡體治理采用抗滑樁加擋土墻，在滑坡體中下部布設兩道抗滑樁板墻。樁后回填形成較寬闊的平臺，局部增設防護網(wǎng)。樁后平臺攔截墜落的松散巖土體，滑坡周邊設置截、排水溝，山坡實施生態(tài)防護。對鄉(xiāng)道公路臨時改線至右岸，恢復公路正常通行。

對治理后堰塞體及滑坡體設置監(jiān)測點，對水平、垂直位移變形量進行監(jiān)測，以檢驗和后評價治理效果。

6 結 論

對“8·18”康縣周家壩鎮(zhèn)堰塞湖應急搶險救災與后期治理開展綜合分析研究，結果表明：

（1） 對突發(fā)滑坡型堰塞湖地質災害，應深入分析其產生的原因和形成的環(huán)境條件，按照緊急應急排險救災和后續(xù)治理程序，分階段分批實施。

（2） 為預防潰決及次生坍塌災害的發(fā)生，應將受威脅的人員實施安全轉移并采取臨時開挖泄流槽的工程措施，還應加強對堰塞湖周邊的安全警戒，防止人員誤入堰塞湖。

（3） 在后續(xù)治理階段，應評估堰塞體的風險及穩(wěn)定性，開展綜合研究規(guī)劃和治理，恢復河道天然徑流與疏浚，使邊坡治理和堰塞體利用相結合。分期分批實施經濟可行、安全可靠的綜合治理工程措施，建設生態(tài)防護屏障。

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（編輯：趙秋云）

引用本文：

余侃柱.甘肅省康縣周家壩鎮(zhèn)“8·18”堰塞湖處置研究

[J].人民長江，2021，52（8）：137-141.

Research on disposal of “8·18” barrier lake in Zhoujiaba Town，Kang County，Gansu Province

YU Kanzhu

（ Gansu Water Resources and Hydropower Investigation，Design & Research Institute Co.，Ltd.，Lanzhou 730000，China ）

Abstract：

The “8·18” barrier lake in Zhoujiaba Town，Kang County of Gansu Province was formed by a landslide caused by continuous heavy rainfall blocking a river valley.It is important to study the barrier lake for guiding emergency disaster relief and subsequent treatment.In this paper，based on the data of UAV aerial images and later measured topographic map，profile map，water level，flow monitoring，we investigated and evaluated the disaster loss impact，and combining the qualitative experience discrimination with quantitative calculation method，deeply studied the formation cause，process and characteristics of barrier lake.At the same time，we carried out risk assessment as well as analysis of seepage stability，anti-slid stability，emergency response and early warning of water level and flow.The results show that for the barrier lake disasters caused by sudden landslides，we should deeply analyze the causes and formation conditions，and formulate emergency disaster relief and subsequent treatment measures in a targeted manner.The research results can provide experience and reference for the treatment of barrier lakes caused by sudden landslides，and provide a scientific basis for emergency disaster relief and subsequent governance decisions.

Key words：

barrier lake;risk assessment;stability of landslide;disposal measures;barrier lake in Zhoujiaba Town