滑坡堰塞湖及其灾害应对

吕杰堂 刘秋强 程凯 张铭

随着地球进入地质活跃期以及人类工程活动的加剧，突发地质灾害的数量越来越多，其中因崩塌、滑坡、泥石流等灾害过程产生的堆积物堵塞江河河道，形成堰塞湖后溃决造成巨大危害的情况不断出现。

我国是一个多山的国家，山地面积占国土面积的2/3以上，地质构造复杂，地震活动频繁，容易因降水或地震活动诱发地质灾害产生堆积物形成堰塞湖。从区域分布看，我国的堰塞湖大多分布于西南地区的四川、云南、西藏等高山峡谷区和西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西等黄土高原地区。其频发范围同崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的频发范围基本一致，其中西南高山峡谷区由于地质构造运动强烈，地震活动频繁，河流下切强烈，河谷狭窄，成为大型崩塌滑坡堵江形成堰塞湖的高发地区。从流域的分布情况看，我国西部高山峡谷区的岷江流域、怒江流域、雅鲁藏布江流域以及黄河中上游流域等地区是滑坡堰塞湖多发区。

1933年四川叠溪地震造成滑坡、崩塌堵塞岷江形成堰塞湖，震后45天堰塞湖溃决造成2500多人被倾泻而下的洪水淹没；2000年4月9日，西藏易贡发生大规模山体滑坡，滑坡体堆积于易贡藏布江，最终形成体积为2.8亿～3.0亿m3的滑坡堰塞湖，2000年6月10日，堰塞坝发生溃坝，洪水冲毁下游川藏公路和通麦大桥，引起帕隆藏布下游到大峡谷下游的墨脱境内的道路、桥梁、农田、村庄被毁或受损，藏南印占区的伪阿邦30人死亡，100人以上失踪，20座桥梁损毁，5万人无家可归；2008年汶川地震后，触发大量滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，形成104处堰塞湖。2018年10月17日5时左右，西藏米林县雅鲁藏布江左岸色东普沟发生崩滑—碎屑流，冲入雅鲁藏布江堵塞河道形成堰塞湖，10月19日堰塞坝右岸自然漫顶过流，10月29日因冰雪融水引发高浓度泥石流再次堵塞雅鲁藏布江，10月31日堰塞坝自然漫顶过流，两次堰塞湖过程均对上、下游造成了重大影响（图1）。仅2018年10—12月，金沙江、雅鲁藏布江就4次因滑坡、冰崩等而形成堰塞湖（图2）。

本文通过对堰塞湖及其成因类型，堰塞湖的识别、分布与危害以及堰塞湖的应急处置方法等进行了总结，提出了未来应对滑坡堰塞湖灾害的研究方向。

堰塞湖及其分类

（一）堰塞湖的定义

在一定的地质、地形条件下，河谷岸坡在动力地质作用下产生的崩塌、滑坡、泥石流等堆积物、冰川融雪活动所产生的冰碛物、火山喷发物等形成自然堤坝，横向阻塞山谷、河谷或河床，导致原有水系被强行堵塞，上游段壅水而形成的湖泊，称为堰塞湖，而堵塞河道的自然坝体（堆积体）称为堰塞体（堰塞坝）。由于受堰塞湖水体的冲刷、渗流和侵蚀，堰塞坝发生溶解、崩塌进而溃坝产生的冲击力极其危险，这就是堰塞湖效应。

堰塞湖及其灾害的形成过程主要有以下五个方面：一是具备地貌上的水系条件；二是原有水系被堵塞物堵住；三是河谷、河床被堵塞后，被断水系的流水聚集并且往四周漫溢；四是储水，上游来水不能下泄或下泄量低于汇水量，储水到一定程度便形成堰塞湖；五是堰塞湖水量累积，超过堰塞坝后，产生漫流过坝，部分堰塞坝因决口或渗流作用等可能产生溃坝，形成下游洪水。

（二）堰塞湖的分类

根据其形成的诱发因素，堰塞湖大致分为火山堰塞湖、地震堰塞湖、降（融）水堰塞湖三种类型，

（1）火山堰塞湖：主要是指由火山活动产生的熔岩流堵塞河道形成的堰塞湖。我国有多座著名的火山堰塞湖，如黑龙江省镜泊湖、五大连池，新疆天山的天池等。

（2）地震堰塞湖:主要是指因地震活动，诱发河道两侧山体产生的滑坡、崩塌或泥石流的堆积体涌入河道、河谷形成的堰塞源，如汶川地震后地震诱发山体滑坡形成的唐家山堰塞湖等。

（3）降（融）水堰塞湖：主要是指由于降雨、降雪、冰雪融化、冰川消融等形成的崩塌、滑坡、泥石流、冰碛的堆积物阻塞河道形成的堰塞湖。例如，2004年4月9日，西藏易贡藏布冰川崩塌导致崩塌—滑坡—碎屑流形成的堰塞湖；2007年7月25日，江坪河水电站左岸暴雨导致梅家台山体滑坡形成的堰塞湖。雅鲁藏布江2018年10月17日，冰川崩塌导致崩塌—碎屑流形成的堰塞湖等。

图1 雅鲁藏布江色东普沟崩滑—碎屑流堰塞湖影像图（2018.10.30）

通过国内外大量堰塞湖的资料统计，降（融）水和地震形成的堰塞湖最多，其数量占总数的90%以上，从形成堰塞湖的灾害类型看，以滑坡灾害形成堰塞湖的数量最大。

另外，根据堰塞湖可能最高水位对应的库容大小，可以将堰塞湖按规模划分为大型（堰塞湖库容大于等于1亿m3）、中型（堰塞湖库容介于0.1亿～1亿m3）、小（1）型（堰塞湖库容介于0.01亿～0.1亿m3）和小（2）型（堰塞湖库容小于0.01亿m3）四种。

堰塞湖的主要危害

堰塞湖从形成到成灾，整个过程通常会伴随崩滑（滑坡、泥石流）—碎屑流—堰塞湖—溃决—洪水灾害链，在空间上以堰塞坝为界线可分为上游、堰塞坝址和下游三个区间。

堰塞湖最大的危害是对下游区的危害。由于天然堆积的堰塞体结构松散、孔隙率大，很难抵抗不断上升的湖水水位，容易发生坝址漫顶或溃决。当坝体溃决，洪水瞬间下泄时，在下游形成灾难性溃决洪水。这种高水头洪灾，会对下游河道产生强烈冲刷，冲毁农田、电站和基础设施等，使下游人民的生命财产遭受巨大损失。同时快速下泄的洪水夹杂泥沙掏刷岸坡坡脚极易诱发次生崩塌，破坏植被生态，有时甚至会使河道改道。另外，堰塞湖蓄水对两岸边坡稳定性产生不利影响，洪水输沙，湖水淤积和溃坝后坝体物质的堆积，淤积抬高河床，会对地质环境造成一定影响。

图2 金沙江白格滑坡堰塞湖

在堰塞湖上游区，随着水位的上升，会形成上游淹没区，对影响范围内的城镇村庄、道路桥梁等基础设施造成直接危害。同时由于水位变化，可能导致库岸边坡稳定系数降低，诱发次生崩塌、滑坡等地质灾害，崩滑体入湖形成涌浪，将严重威胁周边设施安全和堰塞坝体的稳定性。另外上游堆积的泥沙淤积，在泄流过程中可能会影响水利工程的正常功能与使用年限。

在堰塞坝址区，漫顶或其他形式诱发的溃坝，破坏流域鱼类繁殖和生存环境，岸坡物质结构松散，随时可能再次崩塌切断泄洪槽形成二次堰塞湖。

堰塞湖危害的应对

（一）堰塞湖的识别及遥感监测

堰塞湖的遥感监测主要利用地灾区的卫星、航空、无人机等高分辨率遥感数据,根据其图像特征结合相关资料确定堰塞湖及其空间位置。一般情况下,在堰塞湖的堰塞坝址区存在明显滑坡体或崩塌堆积物，且完全堵塞河道，造成坝体上游河道显著加宽，下游出现断流。

通过多时相、多源遥感数据可以实现堰塞湖动态遥感监测，为堰塞湖处置提供科学依据。尤其是在地面交通被严重破坏的地区和偏远山区，目前遥感成为不可替代的手段。

与正常河流相比，堰塞湖水体由于坝体的阻隔，水流缓慢，泥沙沉积，导致水体相对清澈，水面有大量漂浮物存在，利用光学图像可显著判别并及时掌握由于水位的上升，堰塞湖岸边建筑物、道路等设施被淹没的情况。遥感图像也可以显著判别当堰塞湖水位高过坝体时，坝体顶部的溢流现象。

（二）堰塞湖上、下游及周边的动态监测

动态监测主要集中在两个方面，一是加强堰塞湖上游下游的水情与变形监测，及时分析、预测灾情发展趋势；二是加强对堰塞体物质来源的变形监测，及时掌握灾害体后续变形发展趋势及可能产生的危害，为堰塞湖应急处置方案提供参数依据。

（三）堰塞体的稳定性分析

稳定性分析包括通过对堰塞体的堆积规模、物质组成、颗粒特征、透水性能等的分析、试验，并结合上游水量等参数，通过渗流计算、土力学稳定计算等对堰塞坝的稳定性进行研判，分析堰塞坝抵御溃坝破坏的能力，确定坝体稳定的时间，预测可能的破坏形式和程度。

（四）堰塞湖溃块过程及洪水演进分析

主要是对堰塞坝体的溃坝时间、决口宽度、洪峰流量、流速、下游地洪峰流量及洪水到达历时等进行分析计算，从而确定溃坝洪水对下游造成危害的到达时间及影响范围。

（五）堰塞湖风险分级评价

堰塞湖风险评价包括了堰塞体危险性分级及评估、堰塞体溃决损失严重性评估、风险综合评估三个方面，进行堰塞湖风险评价有助于有针对性地采取应急处置措施。

1.堰塞体危险性分级及评估

根据堰塞湖规模、堰塞体物质组成和堰塞体高度，堰塞体危险级别可以划分为四类（表1）。

表1 堰塞体危险级别与分级指标

2.堰塞体溃决损失严重性分级评估

根据堰塞湖影响区的风险人口、重要城镇、公共或者重要设施等情况，可以将堰塞体溃决损失严重性级别划分为极严重、严重、较严重和一般四个等级（表2）。

表2 堰塞体溃决损失严重性与分级指标

3.堰塞湖溃决风险综合评估

根据堰塞体危险性、溃决损失大小、溃决方式等进行风险评价，堰塞湖风险等级可分为四级，具体见表3。堰塞湖溃决形式有瞬时全溃、瞬时部分溃决、逐步溃决等3种形式，其中瞬时全溃危险性最大，逐步溃决相对危险性较小。

表3 堰塞湖风险等级划分表

（六）堰塞湖危害范围预测及避让安置

通过监测、预测及分析评价，及时对堰塞湖上游最高水位影响范围、下游溃坝最大流量、最高水位、沿程危及范围做出预测，并提前做好相关设施的防护和居民安置工作。

（七）堰塞湖的应急处置

堰塞湖的形成与危害过程与水体联系非常紧密，部分堰塞体由于形成的时间短、物质组成复杂、稳定性差，随着堰塞湖水位升高，堰塞体通常会在短时间内被破坏或溃坝，需要在尽可能短的时间内或危险到来之前对堰塞体进行应急处置。对堰塞湖的处置本质上就是降低堰塞湖水对上下游的威胁，一般遵循“堵、疏、排以及堵排结合”的基本原则，根据堰塞湖的具体性状，确定相应的处置方式，主要有以下处置方式。

1.爆破处置

通过爆破将堰塞体破开，使堰塞湖水能够下泄，消除湖水的威胁。这种处置主要应用于堰塞湖两侧坡体较稳定、沿河方向展布较短、堰塞体规模不大、水位上升迅速、时间上或空间上难以进行机械施工的情况。

2.疏泄水流

主要通过挖除堰塞体，降低堰塞坝高度，减少拦蓄水量，或通过挖泄水槽(渠)等，降低堰塞湖水位，让洪水通过排水槽冲(掏)刷逐步形成通畅的泄洪通道，减轻或避免灾害。这种处置方式是国内大型滑坡堰塞湖主要采用的工程方式，如易贡滑坡堰塞湖（2000年）、唐家山堰塞湖（2008）（图3）、金沙江堰塞湖（2019）等的处置。

此外，还可以通过湖水机械抽排、虹吸管抽排、修建泄洪洞等方式进行排水，降低堰塞湖水位。

3.加固成坝

在堰塞坝的组成物质不易被冲蚀、潜蚀，坝体较为稳定的情况下，可以通过采取钢筋石笼网、抛石（砌石）、碾压等护坡工程措施以及防渗等技术手段进行综合治理，堰塞坝被改造为稳定坝体，使堰塞湖水体漫流过坝不会冲跨坝体。

4.自然过流

不采取工程措施，让堰塞湖水上涨自然漫流过坝，这种情况下有两种可能的发展趋势：一是湖水漫流过坝后，堰塞坝体被流水自然冲溃，主要适用于堰塞湖容量小、堰塞体规模不大，或是不具备施工条件的堰塞体，2018年10月17日、2018年10月29日雅鲁藏布江两次堰塞堵江均是自然过流溃坝；二是过流后，堰塞体自然保留，成为永久性的堰塞湖。对这类不加处置的堰塞湖，一方面要更好地进行监测预警，另一方面要全面分析溃坝风险，并做好必要的防范，防止不利情况。

堰塞湖灾害应对展望

随着近年来发生的多起滑坡堰塞堵江灾害，堰塞湖的防范与应急处置得到了更多的关注，未来堰塞湖的应急处置需要在以下方面进一步深入研究。

1.利用天空地一体化技术装备实现重点区段综合监测，通过气象、水文、地质、地震等数据共享，开展重点区段崩塌滑坡—碎屑流/泥石流堵江灾害链监测预警工作；深入开展堰塞湖形成地质条件、溃决形式、溃坝洪水风险分析等研究，提升应急监测和风险评估能力。

2.系统总结国内外堰塞湖应急处置经验和教训，针对关键技术、特种装备进行研发，提升堰塞湖应急处置能力。

3.开展大江大河重点区段崩塌滑坡—碎屑流堵江类型及成因规律研究，并进行大江大河崩塌滑坡—碎屑流堵江防治工程可行性方面的研究。

4.开展崩塌滑坡—碎屑流堵江堰塞湖应急处置方法分类研究，为制订不同类型堵江堰塞坝的应对方案提供依据。