堰塞湖應(yīng)急搶險技術(shù)綜述

蔡耀軍 徐軼

摘要：壅水量大、短時間潰決的堰塞湖是威脅公共安全的重大自然災(zāi)害。受資料匱乏、交通不便或完全中斷、環(huán)境險惡、處置窗口期短等多種因素制約，高風(fēng)險堰塞湖應(yīng)急搶險難度極大，是當(dāng)今世界極具挑戰(zhàn)的工程技術(shù)難題。對堰塞湖應(yīng)急搶險技術(shù)進(jìn)行歸納與總結(jié)，對于提高堰塞湖防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)水平十分必要。從堰塞湖漫頂沖刷潰決機理、風(fēng)險辨識方法、應(yīng)急搶險技術(shù)及施工技術(shù)裝備等方面綜述了堰塞湖應(yīng)急搶險技術(shù)，可以為今后堰塞湖災(zāi)害的應(yīng)急搶險提供理論、方法和技術(shù)裝備支撐，同時也指出了現(xiàn)有應(yīng)急搶險技術(shù)研究中的不足和仍需進(jìn)一步發(fā)展的方向，可對今后相關(guān)研究起到一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：堰塞湖； 應(yīng)急搶險； 漫頂潰決機理； 風(fēng)險辨識； 搶險裝備

中圖法分類號： TV641.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.04.001

0引 言

因滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)作用河道堵塞而形成的堰塞湖，是一種常見的自然演化現(xiàn)象，在全球范圍內(nèi)廣泛分布。堰塞湖壅水量大，短時間發(fā)生潰決時，則演變成為一種災(zāi)害，對下游破壞作用巨大。中國長江上游及西南諸河地區(qū)堰塞湖險情頻發(fā)，致災(zāi)現(xiàn)象尤為嚴(yán)重［1-3］。以易貢、唐家山、舟曲、紅石巖、白格、加拉等為典型的重大堰塞湖災(zāi)害具有突發(fā)性強、難以預(yù)見、破壞力大、災(zāi)害鏈長、影響范圍廣等特點，極易造成災(zāi)難性后果。

中國自公元前780年出現(xiàn)明確的堰塞湖事件記錄以來，堰塞湖導(dǎo)致成千上萬人死亡的事件時有記載，如1786年大渡河摩崗嶺滑坡堰塞湖潰決，形成超過80 000m3/s的洪峰，下游沿岸近10萬人死亡；1967年雅礱江唐古棟滑坡堰塞湖潰決，形成約57 000 m3/s的洪峰，下游影響范圍直達(dá)1 300 km遠(yuǎn)的宜賓；2008年“5·12”汶州地震唐家山堰塞湖嚴(yán)重威脅下游災(zāi)區(qū)130余萬群眾的安全［4］。

最近幾十年，國內(nèi)外在處置堰塞湖災(zāi)害時，以衛(wèi)星影像作為獲取堰塞湖信息的主要手段，以挖掘機等機械設(shè)備作為搶險施工的主要工具，難以合理評估致災(zāi)風(fēng)險，缺乏專門的搶險技術(shù)和裝備，應(yīng)急搶險效率不高。頻發(fā)的堰塞湖災(zāi)害造成了巨大的人員和財產(chǎn)損失，但直到2000年易貢堰塞湖突發(fā)事件，國內(nèi)并沒有組織開展過對堰塞湖風(fēng)險應(yīng)急處置技術(shù)的系統(tǒng)研究。由于堰塞湖一旦成災(zāi)，具有突發(fā)性強、影響范圍廣、安全威脅大等特點［5］，同時又受資料匱乏、交通不便或完全中斷、環(huán)境險惡、處置窗口期短等制約，因此應(yīng)急搶險難度極大。極短應(yīng)急窗口期條件下，如何準(zhǔn)確合理作出處置方案決策以及如何高效處置高風(fēng)險堰塞湖仍是當(dāng)今極具挑戰(zhàn)的世界性難題。

堰塞湖災(zāi)害風(fēng)險應(yīng)急處置技術(shù)的短缺直接制約了堰塞湖災(zāi)害風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性和應(yīng)急搶險的成效性，突出表現(xiàn)在：堰塞體潰決機理認(rèn)識不清、致災(zāi)信息獲取困難、風(fēng)險評估方法標(biāo)準(zhǔn)缺失、應(yīng)急搶險技術(shù)及裝備匱乏等，難以為人民生命財產(chǎn)安全保障和國家社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

本文從堰塞湖漫頂沖刷潰決機理、風(fēng)險辨識方法、應(yīng)急搶險技術(shù)及施工技術(shù)裝備等方面綜述了堰塞湖應(yīng)急搶險技術(shù)，力求為今后堰塞湖災(zāi)害的應(yīng)急搶險提供理論、方法和技術(shù)裝備支撐，同時也指出現(xiàn)有應(yīng)急搶險技術(shù)研究中的不足和仍需進(jìn)一步發(fā)展的方向。

1堰塞湖漫頂沖刷潰決機理

深刻認(rèn)識堰塞湖潰決致災(zāi)機理，是合理評估致災(zāi)風(fēng)險和應(yīng)急搶險決策的重要基礎(chǔ)。

1.1潰決破壞形式

根據(jù)堰塞物質(zhì)來源成因，堰塞湖可分為熔巖堰塞湖、崩塌堰塞湖、滑坡堰塞湖、泥石流堰塞湖和冰磧堰塞湖5類。相關(guān)研究表明［6］，降雨和地震引發(fā)的山體滑坡、崩塌、泥石流堰塞湖占堰塞湖總數(shù)的90%，是形成堰塞湖的最主要形式。根據(jù)堰塞湖的后續(xù)影響，又可以分為3類［2］：致災(zāi)堰塞湖、形成天然湖泊的堰塞湖和即生即消的堰塞湖。

致災(zāi)堰塞湖堰塞體高度大，壅水水頭高，庫容巨大，具有較大的破壞力，一旦潰決破壞將產(chǎn)生嚴(yán)重次生洪水災(zāi)害，此類高風(fēng)險堰塞湖是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的主要研究對象；穩(wěn)態(tài)型堰塞體因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，上游來水量小，不具備發(fā)生潰決的條件，因形成天然湖泊得以長期存活；即生即消型堰塞體因體型單薄、結(jié)構(gòu)松散或上游來水很快沖刷，極短時間內(nèi)即發(fā)生潰決，不形成次生水災(zāi)，可稱之為非典型堰塞體。

根據(jù)以往的案例統(tǒng)計分析，典型堰塞體往往由高位滑坡、崩塌、泥石流所形成，其潰決形式主要有漫頂溢流沖刷、潛蝕與管涌、邊坡失穩(wěn)等，并以漫頂溢流導(dǎo)致的沖刷破壞為主。

1.2漫頂沖刷潰決試驗研究

國內(nèi)外學(xué)者針對人工填筑土石壩的漫頂沖刷潰決開展了大量研究工作，如歐盟IMPACT 項目的潰壩試驗（最大壩高6.0 m）［7］、美國農(nóng)業(yè)部HANSON 等開展的潰壩試驗（最大壩高1.5～2.3 m）［8］，以及中國南京水利科學(xué)研究院開展的最大壩高9.7 m的實體壩潰決試驗［9］和原型壩高32.0 m的潰壩離心模型試驗［10］，研究了均質(zhì)土壩和黏土心墻壩的漫頂沖刷潰決機理。堰塞體與人工填筑土石壩均為土石混合類材料，潰決機理有相似之處，因此堰塞湖潰決過程認(rèn)識長期借鑒土石壩的潰決試驗經(jīng)驗。

但典型堰塞體與人工填筑土石壩差異明顯，其物質(zhì)組成具有非連續(xù)寬級配、粒徑大等特征；壩體斷面形式寬緩，堰塞體邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)儲備顯著高于土石壩，導(dǎo)致其潰決過程也不同?；诰|(zhì)材料、穩(wěn)定安全儲備低的土石壩潰決物理模型試驗取得的規(guī)律，可能誤導(dǎo)對堰塞體潰決過程的判斷。以往研究中針對天然堰塞體的潰決試驗工作較少。近年來，中國一些學(xué)者結(jié)合典型堰塞體的實際物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征開展了相關(guān)試驗工作，如謝忱等［11］開展了堰塞體沖刷潰決水槽試驗（堰高0.4 m、寬2.0 m）；蔡耀軍等［12］開展了以白格堰塞體為原型的1∶80堰塞體潰決室內(nèi)物理模型試驗（堰高1.0 m、寬4.0 m，庫容550 m3）和1∶20國內(nèi)外最大規(guī)模的堰塞體潰決野外物理模型試驗（堰高4.0 m、寬10.0 m，庫容1 000 m3）；趙天龍等［13］開展了堰塞體潰決離心模型試驗（堰高20.0 cm）。小比尺模型試驗采用縮小比例后的模型會產(chǎn)生比尺效應(yīng)等問題，使得試驗結(jié)果與實際結(jié)果相比誤差較大；大比尺模型試驗因場地要求高、耗時長、投入大，國內(nèi)外發(fā)展水平還相對較低；離心試驗則是通過仿真重力場模擬真實工程狀況的試驗方式，可最大限度還原真實潰決場景。因此，大比尺模型試驗和離心試驗是今后堰塞湖潰決試驗的重點發(fā)展方向［14］。

1.3漫頂沖刷潰決機理

深入研究堰塞體的漫頂沖刷潰決機理，揭示復(fù)雜水沙耦合條件下堰塞體潰口形態(tài)的演化規(guī)律及潰口洪峰的形成機制，對于合理模擬其潰決行為、預(yù)測潰口洪水過程具有重要意義，進(jìn)而為風(fēng)險應(yīng)急處置提供理論支撐。

國內(nèi)外學(xué)者們針對堰塞體漫頂沖刷潰決機理開展了大量研究工作。Ermini等［15］指出，滑坡堰塞體潰口洪水過程與堆積高度、堆積體積及上游匯水面積直接關(guān)聯(lián)。Davies等［16］通過模型試驗指出，堰塞體物質(zhì)組成材料對潰決洪峰影響弱于初始水動力條件（壩體下游坡比和河床底坡）對潰決洪峰的影響。牛志攀等［17］基于室內(nèi)試驗，觀察到堰塞體漫頂潰決是一種潰口底部溯源沖刷、兩側(cè)逐漸潰塌的漸進(jìn)過程，潰口發(fā)展速度主要取決于材料特性和上游水力條件。趙萬玉等［18］研究表明，堰塞體潰決初期以下切侵蝕為主，后期以側(cè)蝕為主。楊陽等［19］提出非黏性堰塞體漫頂潰決過程分為滲流侵蝕、初始潰決點形成、溯源蝕退、潰口展寬下切、粗化再平衡等5個階段。蔣先剛等［20］提出堰塞體潰口發(fā)展分為緩慢發(fā)展、迅速發(fā)展和穩(wěn)定河床形成3個階段。蔡耀軍等［21］基于原型觀測將金沙江白格潰決過程分為過流孕育、均勻沖刷、溯源侵蝕、潰決發(fā)展、潰后消退5個階段。謝忱等［11］基于室內(nèi)潰決試驗，將沖刷潰決過程分為過流孕育、溯源侵蝕、潰決發(fā)展、河床再平衡4個階段。

根據(jù)重大堰塞湖搶險現(xiàn)場原型觀測數(shù)據(jù)及物理模型試驗成果分析，上游來水量、庫容、堰塞體形態(tài)及物質(zhì)組成是決定堰塞湖是否發(fā)生潰決及潰決發(fā)展進(jìn)程的關(guān)鍵因素［12］。其中，上游來水量是最活躍、起決定性作用的因素。

典型堰塞體漫頂潰決呈現(xiàn)“溯源陡坎沖刷”與“沿程快速下切沖刷”組合式破壞，其潰口發(fā)展可分為尾部沖刷下切、陡坎溯源侵蝕、全斷面下切、上沖下淤等4個階段，潰口洪峰出現(xiàn)于全斷面下切期間［12］。潰口形成機制遵循“流速驅(qū)動、流量控制”的原則，潰口形態(tài)發(fā)展遵循以獲得較大流速為目標(biāo)的自我演化機制。陡坎溯源是形成潰口和洪峰的重要沖刷方式和潰決前效率最高的沖刷方式，也是判斷堰塞體漫頂過流后會不會潰決的重要標(biāo)志。溯源陡坎形成過程見圖1。當(dāng)溯源陡坎到達(dá)進(jìn)口并使底板快速下切后，流槽過水?dāng)嗝嫠查g增大，導(dǎo)致流量急劇攀升，潰決洪峰隨之出現(xiàn)。

1.4潰決洪水分析模型和方法

基于堰塞湖潰口發(fā)展規(guī)律和潰決機理，可以采用經(jīng)驗公式或數(shù)學(xué)模型等對潰口洪水過程及潰決洪峰進(jìn)行預(yù)測。國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合室內(nèi)試驗、原型觀測及反演分析等，提出了一系列潰口洪水分析的模型和方法［22-24］。為突破復(fù)雜邊界和挾沙水流非線性剪切沖刷帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要繼續(xù)發(fā)展挾沙水流的潰口洪水流-固耦合本構(gòu)模型和數(shù)值模擬方法，進(jìn)一步提高潰口洪水過程預(yù)測精度。

堰塞湖潰決次生洪水流量大、流速高、峰量陡增，傳播規(guī)律與天然洪水存在明顯差異，洪水演進(jìn)預(yù)測難度大。程海云［25］構(gòu)建了潰決洪水演進(jìn)的強非恒定水流過程的超長距離水流模型，耦合多種洪峰展平公式（如謝任之公式、李斯特萬公式、克曼公式等）進(jìn)行演算，實現(xiàn)了次生洪水演進(jìn)的精準(zhǔn)預(yù)報。周興波等［26］應(yīng)用微元法實現(xiàn)潰口和下游演進(jìn)斷面的潰壩洪水流量計算，提出了基于斷波的潰壩洪水演進(jìn)分析模型。但由于山區(qū)河道地形變化較大、潰決洪水量級較大、洪水漫灘等情況，結(jié)合水力學(xué)方法及地形資料進(jìn)行復(fù)核率定，優(yōu)化洪水演進(jìn)分析，仍是今后研究的重點。

2堰塞湖風(fēng)險辨識方法

堰塞湖是否致災(zāi)與堰塞體潰決破壞的可能性及上下游影響區(qū)承災(zāi)對象有關(guān)，一般采用風(fēng)險的概念來描述堰塞湖失事可能性及其后果嚴(yán)重性?？茖W(xué)評估堰塞湖風(fēng)險，是制定應(yīng)急處置措施和避險方案的重要前提。2008年以前國內(nèi)外均未見堰塞湖風(fēng)險評估方法，僅有兩種評價堰塞體安全的方法，即堆積體指數(shù)法（BI）及無量綱堆積體指數(shù)法（DBI）［2］。由于評價模型僅考慮了堰塞湖集水面積、堰塞湖庫容和堰塞體體積，未考慮堰塞體結(jié)構(gòu)因素以及上、下游影響區(qū)的災(zāi)損，因此該方法只能對堰塞湖潰決的可能性作出初略判斷，未涉及潰決洪水嚴(yán)重性及堰塞湖風(fēng)險。

2.1堰塞湖風(fēng)險評估方法與標(biāo)準(zhǔn)

中國于2009年頒布了SL 450-2009《堰塞湖風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)》，為世界首部堰塞湖風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)基于風(fēng)險的理念，建立了考慮堰塞湖致災(zāi)、孕災(zāi)、承災(zāi)全過程的全因子評價體系，并提出了堰塞湖風(fēng)險等級量化計算方法。為便于應(yīng)用，同時提出了簡化后的6因子快速評估方法，包括3個危險性指標(biāo)（堰塞湖規(guī)模、堰塞體高度和物質(zhì)組成）和3個災(zāi)損指標(biāo)（風(fēng)險人口、受影響城鎮(zhèn)及基礎(chǔ)設(shè)施），按堰塞體危險級別、堰塞體潰決損失嚴(yán)重性分級等綜合確定堰塞湖風(fēng)險等級?；趯ρ呷聻?zāi)機理的深入研究，2021年修訂后的SL/T 450-2021《堰塞湖風(fēng)險等級劃分與應(yīng)急處置技術(shù)規(guī)范》頒布，進(jìn)一步完善形成了8因子快速評估方法，包括由上游來水、庫容、堰塞體材料d50、堰塞體形態(tài)（由高度及長度表征）等構(gòu)成的堰塞體危險性評價指標(biāo)以及由風(fēng)險人口、受影響城鎮(zhèn)類型、受影響基礎(chǔ)設(shè)施、受影響生態(tài)環(huán)境等構(gòu)成的堰塞湖災(zāi)損評價指標(biāo)。風(fēng)險評估流程見圖2。

2.2堰塞湖風(fēng)險評估資料快速獲取方法體系

堰塞湖風(fēng)險的科學(xué)評估需要依靠大量基礎(chǔ)信息的快速獲取。基礎(chǔ)信息主要包括地形地質(zhì)、水文水情、上下游人口及地物等社會經(jīng)濟指標(biāo)。常規(guī)條件下易于獲取的信息在應(yīng)急條件下往往難以獲得，且因堰塞湖致災(zāi)多發(fā)生在人跡罕至的高山峽谷地區(qū)，可利用窗口期短，交通中斷，沿河范圍災(zāi)害鏈長，風(fēng)險評估面臨基礎(chǔ)信息匱乏、難以感知、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合困難等問題。

近年來的實踐表明，采用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、無人機測量及地面監(jiān)測站等空天地一體化技術(shù)多源互補是解決地形數(shù)據(jù)的有效途徑［27］。如孫黎明［28］采用改進(jìn)的無人機傾斜攝影和LiDAR方法，實現(xiàn)了高精度的地形和影像數(shù)據(jù)的快速獲取和處理。物質(zhì)組成是判斷堰塞體抗沖刷性的重要指標(biāo)，采用無線天然源面波勘探手段探測堰塞體內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)、人工智能圖像識別分析表面粒徑分布特征，結(jié)合物源還原法和經(jīng)驗判定，可實現(xiàn)堰塞體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的快速判斷。上下游人口及地物經(jīng)濟指標(biāo)等是評估堰塞湖損失的重要依據(jù)。傳統(tǒng)移民調(diào)查方法人力物力投入大、耗時長，無法滿足應(yīng)急窗口期極短條件下快速獲取風(fēng)險區(qū)社會經(jīng)濟人口信息的需求?；诙嘣次恢梅?wù)信息技術(shù)（location based service，LBS）的風(fēng)險人群時空態(tài)勢獲取技術(shù)（即無線通訊數(shù)據(jù)熱力圖），通過接入移動互聯(lián)網(wǎng)、通訊等應(yīng)用信息，可實現(xiàn)風(fēng)險區(qū)人口信息動態(tài)跟蹤與統(tǒng)計。為應(yīng)對重大堰塞湖險情的極端突發(fā)狀況，風(fēng)險評估資料和致災(zāi)信息的快速獲取和協(xié)同融合技術(shù)仍需要提高，以構(gòu)建統(tǒng)一信息感知平臺，為堰塞湖應(yīng)急處置的科學(xué)決策提供支撐。

3堰塞湖應(yīng)急搶險技術(shù)

堰塞湖應(yīng)急搶險是指堰塞湖形成后，為防止險情繼續(xù)發(fā)展或減少災(zāi)害性損失，必須迅速采取處置措施將堰塞湖風(fēng)險降低至可控狀態(tài)的系列活動。處置措施包括針對堰塞體、失穩(wěn)岸坡及下游影響區(qū)內(nèi)重要設(shè)施等除險的工程措施和上下游人員轉(zhuǎn)移避險、上下游水庫調(diào)度等非工程措施［29］。中國自易貢搶險開始提出，經(jīng)唐家山搶險完善，形成了“以人為本、科學(xué)快速，排除與避險結(jié)合、工程與非工程措施互補，避免人員傷亡、減少經(jīng)濟損失”的風(fēng)險處置策略（圖3）。實際搶險過程中常常是多措并舉，同時采用多種工程措施與非工程措施以求得災(zāi)害性損失最小化，白格堰塞湖采取開挖引流槽、下游水庫騰庫納洪、河道清障、上下游人員轉(zhuǎn)移避險等措施搶險；應(yīng)急窗口期極短、無法實施工程措施時則全部由非工程措施承擔(dān)。所有應(yīng)急搶險措施（包括開挖引流槽、僅實施人員轉(zhuǎn)移），均必須基于可靠的潰決洪水分析。

堰塞湖的危險性隨堰前水位升高、庫容增大而增加，在潰決前盡快排水是降低危險的關(guān)鍵。因此，在施工條件和工期允許時，應(yīng)首先采取降低堰塞湖水位的湖水排泄工程措施。湖水排泄措施包括開挖引流槽、泄流渠、泄洪洞，水泵抽水、虹吸排水，利用堰塞湖區(qū)現(xiàn)有的排水通道或?qū)ΜF(xiàn)有通道改造利用進(jìn)行排水等。開挖引流槽措施在大型堰塞湖應(yīng)急處置中應(yīng)用較普遍，利用引流槽過水后水流的沖刷逐步擴大過流斷面，增大泄流能力，如2000年易貢堰塞湖、2008年唐家山堰塞湖及2019年白格堰塞湖，都采用了開挖引流槽的方法進(jìn)行應(yīng)急處置。為滿足盡早過流、快速沖刷的要求，如何優(yōu)化引流槽的布置和斷面設(shè)計、提升開挖施工效率一直是研究的重點。周招等［30］結(jié)合室內(nèi)物理模型試驗，提出了“平順布置、優(yōu)先窄深、復(fù)式斷面、上平下陡”的引流槽設(shè)計原則。以引流槽開挖為主，定向鉆進(jìn)成洞排水及與引流槽聯(lián)合運用、真空整流虹吸排水及大功率沖刷等為輔的快速排水技術(shù)體系也得到發(fā)展［31］?，F(xiàn)有排水技術(shù)較傳統(tǒng)方法可大幅提升排水效率，實現(xiàn)潰前水位和潰口洪峰雙降顯著效果。

進(jìn)入潰決階段后，流量隨潰口發(fā)展急劇攀升，引流沖刷難以控制，一旦下泄流量過快增長、引流槽劇烈下切導(dǎo)致堰塞體整體突潰，將產(chǎn)生超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的潰決洪水，引發(fā)更大的次生災(zāi)害。因此，在潰決起始階段延緩沖刷是降低洪峰的關(guān)鍵，控潰技術(shù)成為國內(nèi)外學(xué)者們研究的重點，但由于控潰實施難度和不同潰決階段對潰口防護(hù)的不同需求，長期以來未能取得突破。2000年易貢堰塞湖應(yīng)急搶險中首次采用鋼筋石籠對開挖形成的引流槽進(jìn)行了防護(hù)處理［32］，但潰口流量開始快速增長后即遭沖刷破壞。陳曉清等［33］提出了控制堰塞體潰決洪峰的四面體人工結(jié)構(gòu)體，并進(jìn)行了相關(guān)試驗研究，但過早防護(hù)對堰塞湖早過流、水位早下降不利。蔡耀軍、周招等［34-36］首次提出了“控后不控早、柔性自適應(yīng)”的控潰技術(shù)路線，研發(fā)了引流槽掛壁式石籠串護(hù)坡及柔性網(wǎng)鏈護(hù)底的堰塞湖控潰技術(shù)（圖4），室內(nèi)及野外試驗表明洪峰削減率達(dá)到20%，取得了堰塞湖控潰技術(shù)重大突破。相比于河道、渠道岸坡工程常用的鉛絲籠等護(hù)坡結(jié)構(gòu)，柔性防護(hù)措施能隨潰口形態(tài)變化不斷調(diào)整自身結(jié)構(gòu)形式，持續(xù)保護(hù)潰口邊坡及底坡，并且能在潰決過程中根據(jù)潰口發(fā)展階段擇機發(fā)揮作用，實現(xiàn)潰決初期不干擾引流槽正常泄流、潰決后期延緩潰口發(fā)展。

對于較大規(guī)模的堰塞湖，其應(yīng)急處置工程措施往往都要與非工程措施結(jié)合并同時展開，特別是應(yīng)急排險過程中，上、下游確定的避險范圍內(nèi)應(yīng)根據(jù)具體情況制定完善的避險措施。如“5·12”汶川地震中形成的唐家山、肖家橋、罐灘等堰塞湖，在應(yīng)急處置過程中均采用了避險范圍內(nèi)人員疏散轉(zhuǎn)移等非工程措施。一些堰塞湖在形成后的初期，受交通運輸不便，施工困難等客觀條件所限，無法進(jìn)行工程措施干預(yù)，在一定時段內(nèi)只能依靠非工程措施避險。在人員轉(zhuǎn)移避險技術(shù)方面，黃艷等［37］研發(fā)了基于多源位置服務(wù)（LBS）信息和人群畫像技術(shù)的風(fēng)險人群精準(zhǔn)識別技術(shù)，突破了傳統(tǒng)避險轉(zhuǎn)移大量人力復(fù)雜統(tǒng)計、信息盲點管理等瓶頸?；贕IS等實時定位的洪災(zāi)風(fēng)險預(yù)警及人員撤離系統(tǒng)［38］，也為堰塞湖次生洪災(zāi)提供了集預(yù)報、監(jiān)測、預(yù)警和撤離為一體的技術(shù)手段，可進(jìn)一步實現(xiàn)預(yù)警信息及撤離路線信息等定向發(fā)送、風(fēng)險人員轉(zhuǎn)移動態(tài)在線監(jiān)控。信息化技術(shù)的發(fā)展有助于進(jìn)一步提高堰塞湖受災(zāi)區(qū)域人群的識別效率和精度，有力支撐人員轉(zhuǎn)移避險工作。此外，上下游水庫調(diào)度技術(shù)也是非工程措施中的重要手段。如白格堰塞湖應(yīng)急處置中通過優(yōu)化調(diào)度梨園、龍開口等水庫騰庫迎洪，拆除蘇洼龍圍堰為洪水下泄提供通道；清江屯堡堰塞湖主要采取“上沖、下泄、及時預(yù)警”措施對堰塞湖進(jìn)行了成功處置［39］。

堰塞湖應(yīng)急搶險是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，合理擇優(yōu)采用有效的工程措施和非工程措施是快速除險的關(guān)鍵。目前堰塞湖搶險工程處置方案的確定很大程度上仍依靠現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查和專家經(jīng)驗判斷。中國堰塞湖災(zāi)害呈頻發(fā)態(tài)勢，亟需進(jìn)一步發(fā)展能夠高效、快速處置堰塞湖險情的應(yīng)急工程措施和技術(shù)，包括能夠?qū)崿F(xiàn)快速泄流、控潰削峰、坦化洪水過程的開槽引流和人工控泄技術(shù)，可快速部署、高揚程、大流量的排水疏通技術(shù)，以及更精準(zhǔn)高效的監(jiān)測預(yù)警和人員轉(zhuǎn)移避險技術(shù)等。

4堰塞湖應(yīng)急搶險施工技術(shù)裝備

沒有可靠的施工技術(shù)裝備就無法保證應(yīng)急搶險各項工程措施落地實施。

因堰塞湖形成至潰決歷時往往極短，應(yīng)急搶險工程的實施基本是短時間高強度作業(yè)，通常是停人不停機，設(shè)備損耗較大?？刹捎谩叭哂嗯渲?、極限作業(yè)”應(yīng)急搶險施工技術(shù)［40］，保障施工強度和施工效率。如唐家山堰塞湖應(yīng)急搶險連續(xù)施工加快了施工進(jìn)度，設(shè)備報廢率達(dá)50%，最終按預(yù)期實現(xiàn)了引流槽的開挖，保障了搶險進(jìn)度［41］。

施工人員與設(shè)備的快速進(jìn)場是堰塞湖應(yīng)急搶險的重中之重。進(jìn)場交通問題通常是堰塞湖應(yīng)急處置中的一個難題，此外泥石流成因的堰塞體物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、承載力不高，傳統(tǒng)施工裝備作業(yè)困難。“陸上為主、水上為輔、空中支持”的立體運輸保障技術(shù)，實現(xiàn)了應(yīng)急設(shè)備的及時輸送，自首次在唐家山應(yīng)用以來，在中國堰塞湖應(yīng)急處置中得到了全面推廣。甘肅舟曲堰塞湖應(yīng)急處置中成功應(yīng)用鋼板路基箱快速鋪設(shè)進(jìn)占形成臨時施工通道，滿足了施工設(shè)備進(jìn)場要求。近年來，動力舟、應(yīng)急機械化橋、應(yīng)急硬質(zhì)路面車等快速進(jìn)場保障裝備也開始在堰塞湖應(yīng)急搶險現(xiàn)場應(yīng)用［42］，解決了大型施工設(shè)備快速進(jìn)場的難題，有力保障了搶險進(jìn)度。

翁怡萌等［43］研發(fā)了堰塞湖大流量虹吸泄流技術(shù)與裝備（圖5），克服了傳統(tǒng)虹吸進(jìn)水口存在水流紊亂而能耗大、水壓損失大、摻氣多流量小等問題，最大提升高度10 m，單管最大排水能力15 m3/s，為堰塞湖虹吸泄流搶險提供了新的裝備，具有可控性好、節(jié)省能源、跨越地形障礙、無須開挖、多臺套并用等優(yōu)點，是堰塞湖應(yīng)急排水的重要補充方式。

堰塞體疏通排水開挖作業(yè)施工場地狹窄、工程量大，目前仍采用傳統(tǒng)的挖掘、爆破等方法，施工效率瓶頸長期困擾堰塞湖疏通排水搶險效率。王衡等［44］根據(jù)堰塞湖搶險救援的環(huán)境特點和險情特征，成功研制了如圖6所示的高效開挖、輸送一體化裝備，實現(xiàn)了堰塞湖重大搶險裝備零的突破，破除了常規(guī)機械設(shè)備單點開挖、分散運輸?shù)木窒扌?，單臺套裝備開挖運輸效率大于1 000 m3/h，顯著提升了堰塞湖搶險救援能力。

基于潰口柔性自適應(yīng)防護(hù)技術(shù)方案，相關(guān)學(xué)者研制了適應(yīng)10 m/s高流速的掛壁式可伸縮石籠串護(hù)坡裝備、潰口網(wǎng)鏈護(hù)底裝備，施工效率超過100 m2/h，裝備由防沖刷部件、錨固系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、配重系統(tǒng)和施工輔助設(shè)備等構(gòu)成，具有快捷運輸、填料就地取材、快速鋪裝、柔性防護(hù)、自主適應(yīng)、遠(yuǎn)程調(diào)控的特點，有望在未來高危堰塞湖應(yīng)急搶險控潰中取得實戰(zhàn)成效。

除此之外，為確保搶險施工進(jìn)度和效率，堰塞湖應(yīng)急搶險需要專業(yè)的施工隊伍承擔(dān)，唐家山、白格等重大堰塞湖應(yīng)急搶險均由原武警水電部隊承擔(dān)。專業(yè)隊伍少、應(yīng)急力量不足，沒有專門的針對性部署而造成應(yīng)急搶險救災(zāi)工作滯后也是堰塞湖處置的短板。目前國家正在加強布局應(yīng)對突發(fā)水旱災(zāi)害的專業(yè)裝備和物資基地，2021年7月正式獲得國家發(fā)改委批復(fù)的國家華中區(qū)域應(yīng)急救援中心，已經(jīng)在組織開展堰塞湖搶險訓(xùn)練。上述舉措將進(jìn)一步提升堰塞湖應(yīng)急搶險技術(shù)水平。

5結(jié) 語

中國是地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)國，近數(shù)十年來堰塞湖災(zāi)害呈頻發(fā)態(tài)勢。結(jié)合易貢、舟曲、唐家山、白格等重大堰塞湖險情的搶險實踐及國家和省部級科研課題多年布局的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，中國已經(jīng)初步形成了一套較為完整的堰塞湖應(yīng)急處置工程技術(shù)體系，涵蓋工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、災(zāi)害學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、水工結(jié)構(gòu)等多學(xué)科的堰塞湖應(yīng)急處置交叉學(xué)科也初具雛形，引領(lǐng)了世界堰塞湖風(fēng)險處置領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

自公元前780年出現(xiàn)最早的堰塞湖事件記錄以來，中國造成一定影響的堰塞湖已經(jīng)超過一千個，此外，大量的史前堰塞湖遺跡也在不斷發(fā)現(xiàn)中。根據(jù)不同行業(yè)部門調(diào)查及水利水電工程勘察，中國中西部地區(qū)還存在大量潛在的堵江地質(zhì)災(zāi)害體。因此，需要系統(tǒng)開展針對河流堰塞的本底調(diào)查，掌握堰塞歷史、堰塞頻度與分布規(guī)律，查明潛在堰塞風(fēng)險部位，評估堰塞淹沒和潰決風(fēng)險，為制訂堰塞湖系統(tǒng)性應(yīng)對策略和風(fēng)險管控提供決策依據(jù)。

深入研究堰塞湖潰決機理、持續(xù)完善風(fēng)險評估理論和方法、開發(fā)快速除險減災(zāi)技術(shù)、提升應(yīng)急搶險施工技術(shù)裝備水平仍是今后研究的重點方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉寧，程尊蘭，崔鵬，等.堰塞湖及其風(fēng)險控制［M］.北京：科學(xué)出版社，2013.

［2］劉寧，楊啟貴，陳祖煜.堰塞湖風(fēng)險處置［M］.武漢：長江出版社，2016.

［3］楊啟貴，楊文俊.“5·12”唐家山堰塞湖應(yīng)急處置［M］.武漢：長江出版社，2020.

［4］陳曉清，崔鵬，趙萬玉，等.“5·12”汶川地震堰塞湖應(yīng)急處置措施的討論：以唐家山堰塞湖為例［J］.山地學(xué)報，2010，28（3）：350-357.

［5］徐軼，何良金，張麗霞.堰塞湖應(yīng)急處置工程措施及典型案例分析［J］.水利水電快報，2021，42（3）：49-54.

［6］COSTA J E，SCHUSTER R L.The formation and failure of natural dams［J］.Geological Society of America Bulletin，1988，100（7）：1054-1068.

［7］MORRIS M W，HASSAN M A A M，VASKINN K A.Breach formation：Field test and laboratory experiments［J］.Journal of Hydraulic Research，2007，45（S1）：9-17.

［8］HANSON G J，COOK K R，HUNT S L.Physical modeling of overtopping erosion and breach formation of cohesive embankments［J］.Transactions of the ASAE，2005，48（5）：1783-1794.

［9］ZHANG J Y，LI Y，XUAN G X，et al.Overtopping breaching of cohesive homogeneous earth dam with different cohesive strength［J］.Science in China （Series E）：Technological Sciences，2009，52：3024-3029.

［10］陳生水，徐光明，鐘啟明，等.土石壩潰壩離心模型試驗系統(tǒng)研制及應(yīng)用［J］.水利學(xué)報，2012，43（2）：241-245.

［11］謝忱，李從江，楊興國，等.基于物理模型試驗的堰塞壩沖刷潰決過程研究［J］.工程科學(xué)與技術(shù)，2021，53（6）：43-53.

［12］蔡耀軍，楊興國，周招，等.基于物理模擬的堰塞湖溢流潰決機理［J］.工程科學(xué)與技術(shù)，2023，55（1）：150-160.

［13］趙天龍，陳生水，王俊杰，等.堰塞壩漫頂潰壩離心模型試驗研究［J］.巖土工程學(xué)報，2016，38（11）：1965-1972.

［14］劉睿之，李瑞根.堰塞湖潰壩試驗研究與數(shù)值模擬研究綜述［J］.四川水利，2023，44（2）：1-5.

［15］ERMINI L，CASAGLI N.Prediction of the behaviour of landslide dams using a geomorphological dimensionless index［J］.Earth Surface Processes and Landforms，2003，28（1）：31-47.

［16］DAVIES T R，MANVILLE V，KUNZ M，et al.Modeling landslide dambreak flood magnitudes：Case study［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2007，133（7）：713-720.

［17］牛志攀，許唯臨，張建民，等.堰塞湖沖刷及潰決試驗研究［J］.四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版），2009，41（3）：90-95.

［18］趙萬玉，陳曉清，高全，等.不同橫斷面泄流槽的地震堰塞湖潰決實驗研究［J］.泥沙研究，2011（4）：29-37.

［19］楊陽，曹叔尤.堰塞壩潰決機理試驗研究［J］.水利學(xué)報，2012，43（增2）：60-67.

［20］蔣先剛，崔鵬，王兆印，等.堰塞壩潰口下切過程試驗研究［J］.四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版），2016，48（4）：38-44.

［21］蔡耀軍，欒約生，楊啟貴，等.金沙江白格堰塞體結(jié)構(gòu)形態(tài)與潰決特征研究［J］.人民長江，2019，50（3）：15-22.

［22］陳祖煜，張強，侯精明，等.金沙江“10·10”白格堰塞湖潰壩洪水反演分析［J］.人民長江，2019，50（5）：1-4，19.

［23］梅勝堯，鐘啟明，陳生水，等.堰塞體潰決流量與潰口形態(tài)演化數(shù)值模擬［J］.地球科學(xué)，2023，48（4）：1634-1648.

［24］鄧鵬鑫，徐高洪，徐長江，等.堰塞湖逐漸潰決洪水模擬及潰口變化影響分析［J］.人民長江，2019，50（3）：28-33，39.

［25］程海云.“11·3”金沙江白格堰塞湖水文應(yīng)急監(jiān)測預(yù)報［J］.人民長江，2019，50（3）：23-27，39.

［26］周興波，金松麗，楊子儒，等.基于斷波的潰壩洪水演進(jìn)分析模型研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2023，31（3）：611-621.

［27］魏迎奇，孫黎明，傅中志，等.堰塞湖多源信息及其感知技術(shù)［J］.人民長江，2019，50（4）：1-7.

［28］孫黎明.高山峽谷區(qū)滑坡堰塞體快速感知與模擬計算方法研究：以白格堰塞湖為例［J］.水利水電技術(shù)（中英文），2021，52（7）：44-52.

［29］中華人民共和國水利部.堰塞湖風(fēng)險等級劃分與應(yīng)急處置技術(shù)規(guī)范：SL/T 450-2021［S］.北京：中國水利水電出版社，2021.

［30］周招，蔡耀軍，彭文祥，等.高危堰塞湖引流槽結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化試驗研究［J］.人民長江，2023，54（2）：200-205，219.

［31］蔡耀軍，周招，楊興國，等.堰塞湖風(fēng)險評估快速檢測與應(yīng)急搶險技術(shù)和裝備研發(fā)［J］.巖土工程學(xué)報，2022，44（7）：1266-1280.

［32］劉寧，蔣乃明，楊啟貴，等.易貢巨型滑坡堵江災(zāi)害搶險處理方案研究［J］.人民長江，2000（9）：10-12，47.

［33］陳曉清，趙萬玉，高全，等.人工結(jié)構(gòu)體控制堰塞湖潰決洪峰的試驗與設(shè)計［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報，2011，46（2）：228-234.

［34］周招，蔡耀軍，李建清，等.堰塞湖潰決過程人工干預(yù)試驗研究［J］.水電能源科學(xué)，2022，40（10）：109-114.

［35］周招，蔡耀軍，李建清，等.堰塞湖柔性防護(hù)措施控潰削峰技術(shù)研究［J］.人民長江，2023，54（1）：220-226.

［36］蔡耀軍，李建清，彭文祥，等.堰塞湖應(yīng)急處置技術(shù)［M］.武漢：長江出版社，2021.

［37］黃艷，李昌文，李安強，等.超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急避險決策支持技術(shù)研究［J］.水利學(xué)報，2020，51（7）：805-815.

［38］李念念，蔡君怡，潘龍陽，等.中小流域洪災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)及撤離導(dǎo)向APP研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2023（3）：117-119，138，143.

［39］楊啟貴，姚曉敏，申邵洪，等.基于應(yīng)急與常態(tài)統(tǒng)合管理的堰塞湖風(fēng)險處置實踐：以2020年清江屯堡堰塞湖處置為例［J］.人民長江，2020，51（12）：25-30.

［40］曹波，蔣乃明，熊進(jìn).唐家山堰塞湖應(yīng)急處置施工技術(shù)和施工組織［J］.人民長江，2008，39（22）：4-6，51.

［41］吳國如，岳曦.唐家山堰塞湖應(yīng)急搶險施工技術(shù)［J］.水利水電技術(shù)，2008，39（8）：5-9，18.

［42］張謙，張罡，趙會生.基于應(yīng)急救援管理體系下新裝備的探索與應(yīng)用［J］.四川水力發(fā)電，2016，35（4）：46-49.

［43］翁怡萌，蔡耀軍，王小波，等.堰塞湖大流量虹吸泄流關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2022，464（10）：99-103.

［44］王衡，黃蒙，陳永清，等.履帶式可伸縮轉(zhuǎn)運機舉升機構(gòu)設(shè)計及仿真［J］.機械，2022，49（11）：70-74.

（編輯：郭甜甜）