甘肃省康县周家坝镇“8·18”堰塞湖处置研究

摘要： 甘肃省康县周家坝镇“8·18”堰塞湖是由持续强降雨突发滑坡滑动堵塞河谷而形成的，研究堰塞湖的形成原因对指导应急排险救灾和后续治理处置具有重要意义。通过无人机航拍影像及后期实测地形图、剖面图、水位、流量监测资料，基于灾害损失影响调查评估，将定性经验判别和定量计算方法相结合，深入研究了堰塞湖的形成原因、过程和特征;同时，还开展了风险评估，以及渗透稳定性、抗滑稳定性、应急处置预警水位及流量方面的分析。结果表明：对于突发性滑坡形成的堰塞湖灾害，应深入分析其产生的原因和形成的条件，有针对性地制定出紧急应急排险救灾及其后续治理措施。

研究成果可为突发滑坡导致的堰塞湖处置提供经验和借鉴，并可为应急排险救灾和后续治理决策提供科学依据。

关 键 词：  堰塞湖; 风险评估; 滑坡体稳定性; 处置措施; 周家坝镇堰塞湖

中图法分类号：  X43

文献标志码：  A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.021

0 引 言

2020年8月，甘肃省陇南市遭遇了入汛以来最强降水过程，多个雨量站在日降水量级及强度上均突破了历史极值记录。受持续连续强降雨的影响，8月18日19：30，甘肃省陇南市康县周家坝镇柏杨村纸槽沟段乡道Y 719 （周长公路）7+ 500处李坝河左岸山体突然暴发滑坡滑动，滑坡体从左岸向右岸挤占河道，造成李坝河谷天然径流被堵塞，水位逐渐壅高，形成了“8·18”康县周家坝镇堰塞湖（以下简称堰塞湖）。险情发生后，为防止堰塞湖瞬间溃决对下游造成危害，当地政府立即安排及时预警转移撤离堰塞湖沿河下游群众82户251人，没有造成人员伤亡事故。应急抢险救灾过程，采用了无人机航拍影像，如图1所示。

堰塞湖顺河纵向长1 130 m，宽约50～100 m，平均寬80 m，深度约20～30 m，面积约0.093 km2，堰塞湖水体积约90万m3，威胁到下游周家坝、太石2个乡镇6个自然村群众的生命财产安全。堰塞湖影响区内乡村居民4 505人，1住户的2层楼房被淹没，沟内唯一乡道Y 719被中断。周边山大沟深，村民生产、生活受到极大的影响，且威胁到下游1 000 m处河口里村小学、周家坝镇政府驻地及沿河两岸村庄的安全。

依据SL450-2009《堰塞湖风险等级划分标准》[1]，该堰塞体溃决损失严重性级别为一般。应急排险救灾和后续治理措施分阶段实施，防止了堰塞体溃决及次生灾害的发生[2-4]，没有造成人员伤亡事故，避免和减少了经济损失，效益显著。本文总结了“8·18”康县周家坝镇堰塞湖处置的经验，研究成果可为突发滑坡导致的堰塞湖处置提供经验和借鉴。

1 堰塞湖水文气象特征

堰塞湖所处的李坝河属长江流域嘉陵江水系，西汉水右岸二级支流，平洛河一级支流。李坝河发源于康县长坝镇境内，源地海拔高程1 620 m，自西南向东北流经田家坝、巩家坝、李坝、河口里，在小河坝附近汇入平洛河，流域面积99 km2，河流全长17 km。主河道平均比降29.6‰，年径流量2.475×107 m3。堰塞湖位于李坝河柏杨村，断面以上流域面积为56 km2，河长12.7 km，河槽比降为28.9‰。

堰塞湖处属于北亚热带向暖温带过度的气候，年季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雷雨，秋季凉爽多雨，冬季少雪温暖。康县气象站多年观测资料显示，多年平均气温为11.1 ℃，历年极端最高气温为35.5 ℃，极端最低气温为-16.7 ℃;年降水量为739 mm，主要集中在5～9月，占全年降水量的77.5%;多年平均蒸发量为1 065 mm，历年最大积雪深度为17.0 cm，最大冻土深度为15.0 cm（12月）;多年平均日照时数为1 580 h，多年平均湿度76%，多年平均风速为1.2 m/s，最大风速为9.0 m/s。

2 堰塞湖形成及特征

依据DZ/T 0284-2015《地质灾害排查规范》[5]、DZ/T 0261-2014《滑坡崩塌泥石流灾害调查规范》[6]以及GB/T 32864-2016《滑坡防治工程勘查规范》[7]，对堰塞湖形成的原因进行了勘查研究。分析认为，堰塞湖系2020年8月18日强降雨诱发左岸山体突然暴发滑坡体滑动后堵塞河谷而形成[8-9]。

滑坡体位于李坝河谷左岸，滑坡体平面总体呈哑铃状，主滑线纵向长度为1 260 m，从滑坡体后缘至前缘剪出口，可分为上、中、下3个区域。

上部是主滑区，最先发生大规模的滑坡，滑坡物质主要来源于上部覆盖层残坡积块碎石土及基岩强风化带，松散、无分选性，颗粒大小混杂。滑动后基岩裸露，边坡为基岩弱风化带，无残留滑坡体，滑坡后壁最高达25 m，滑坡最宽处230 m，上部滑动面积为4.8万m2，滑体平均厚度约10 m，滑动体积约48万m3。

中部受到上部推移发生山体坡面浅层滑动，滑坡中部的宽度为50～70 m，滑动面积为3.7万m2，滑体平均厚度约3～5 m，发生浅层滑动，滑动体积约11万m3。

下部滑坡堆积区受到了河谷右岸岸坡阻挡的影响，而向上、下游临空面释放能量，呈不规则状;上游淹没在堰塞湖中，下游向临空面方向释放能量至自然边坡后逐渐趋于稳定。滑坡前缘堆积体（堰塞体）最宽处340 m，滑坡前后缘高差440 m，滑坡体积约84万m3，堆积河谷堰塞体体积约59万m3。

左岸滑坡体下伏基岩为白垩系下统东河群上亚群（K1d3），紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，软质岩。岩层产状NE45°SE∠20°，顺向坡，滑动面为基岩强风化带顺层面及覆盖层与基岩分界面，属顺层滑坡。堆积层-岩质滑坡，滑坡体厚度3～10 m，按滑动体厚度划分为浅层-中层滑坡，按滑动形式划分为推移式滑坡，按发生原因划分属于自然滑坡，突发活动滑坡，按发生年代划分属于新滑坡（Q4del），按滑体体积划分属于中型滑坡。

堰塞湖河谷右岸为古滑坡体（Q3del），地表为多级台阶状耕地，无裂缝，下伏基岩为白垩系下统东河群上亚群（K1d3），紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，软质岩，岩层产状NE45°SE∠20°，逆向坡，无滑动迹象，边坡整体稳定。

依据GB18306-2015《中国地震动参数区划图》[10]，50 a超越概率10%时，地震动峰值加速度为0.20 g，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动加速度反应谱特征周期为0.45 s。区域构造稳定性为稳定性较差。

滑坡堆积体部分位于堰塞湖水位以上，部分位于堰塞湖水位以下，在纸槽沟沟口呈扇形堆积于李坝河河谷，堆积体前缘长约445 m，纸槽沟沟口堆积体宽约115 m。纸槽沟沟口堆积体顶部高程为1 088 m，堆积体前缘高程为1 067～1 042 m，堆积体厚约28～12 m，堰塞体体积约59万m3，土石混合型堰塞体堵塞了李坝沟谷，致使地表水天然径流排泄受到阻挡形成堰塞湖。堰塞湖顺河谷纵向长为1 130 m，深度约20～30 m，堰塞湖水体积约90万m3，水位壅高，威胁着下游村庄的安全。

3 堰塞湖风险评估

堰塞湖形成后，导致通往上游柏杨村、草坪村、李家庵村、张赵村、李坝村、上沟村、砖家沟村、草坝村等8村的道路和电力中断，致使1 150 户4 133 人出行及生产、生活不便，淹没耕地。堰塞湖还导致其下游的张赵村、河口里村河口社、老庄社、豆坪村小河坝社等6个自然村共计82户251人被紧急避险转移安置，并导致河口里村小学89名义务教育阶段的学生和32名学龄前儿童不能正常开学。经调查估算，堰塞湖造成的经济损失约为3 120万元。

堰塞湖发生后，从2020年8月21日14：00至8月31日18：00，在堰塞湖上下游设立了观测点进行连续水位、流量监测。经统计分析，8月23日16：00，实测最高水位为1 067.41 m，最大入库流量为9.3 m3/s;24日10：42，最大出库流量为4.92 m3/s。8月28日12：00，最小出库流量为1.33 m3/s。8月29日11：30，最小入库流量为1.15 m3/s。8月31日14：00，入庫流量为3.4 m3/s。8月31日18：00，最低水位为1 064.44 m，期间水位总回落下降2.97 m，出库流量为2.9 m3/s，泄水基本畅通。除8月23日与8月30日由于暴雨引发的洪水使得上游入库流量急剧增大、堰塞湖水位有所壅高抬升外，其余时段水位呈总体下降回落的趋势。从堰塞湖水位和进、出流量趋势分析来看，如后期无较大的强降水，则入库流量会逐渐减小。根据前期入库流量过程推算，至9月6日，入库流量可减小到1.1 m3/s，泄水槽无明显坍塌和堵塞现象。

从堰塞湖水位-库容曲线计算来看，堰塞体形成时的最高水位为1 067.41 m，对应的库容为81.3万m3，堰塞体高为12～28 m。依据SL450-2009《堰塞湖风险等级划分标准》、SL451-2009《堰塞湖应急处置技术导则》[11]、SL252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》[12]，堰塞湖规模为小（2）型，危险级别属于中危险，堰塞体溃决损失严重性级别为一般，堰塞湖风险等级为Ⅲ级。堰塞湖应急处置期洪水标准为3 a一遇，采用铁一院法和《甘肃省暴雨洪水图集》推理公式法计算断面设计洪水流量，2种方法计算的洪水成果基本接近，3 a一遇洪峰流量为38.6 m3/s。

4 堰塞体稳定性分析

4.1 渗流稳定性

堰塞体渗流计算主要是确定堰塞体浸润线及其下游出逸点的位置、堰塞体下游边坡出逸段与下游的出逸比降。堰塞体渗透系数取值采取经验类比法获得，为5×10-3 cm/s。依据SL451-2009《堰塞湖应急处置技术导则》，堰塞体渗流及典型剖面渗透比降计算结果如表1所列，最高水位工况堰塞体流网浸润线如图2所示。正常和非常工况下，堰塞体浸润线均从堰塞体下游坡脚出逸，堰塞体最大出逸比降为0.142，小于堰塞体允许出逸比降0.180。因此堰塞体不会发生渗透变形破坏，渗流稳定满足规范要求。

4.2 边坡稳定性

堰塞体边坡稳定性计算采用理正软件，对堰塞体上、下游边坡分别采用计及条块间作用力的简化Bishop法，即：

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

式中：K为稳定安全系数;W为土条重量，kN;Q、V分别为水平、垂直地震惯性力，kN;U为作用于土条底面的孔隙压力，kN;α为条块重力线与通过该条块底面中点的半径之间的夹角，（°）;b为土条宽度，m;c′、φ′为土条底面的有效应力抗剪强度指标，kPa、（°）;Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩（地震工况时考虑），kN·m;R为圆弧半径，m。

对于堰塞体稳定性计算参数，在应急抢险救灾现场无法开展取样试验，因此依据经验类比法取值[13]，堰塞体稳定性计算参数如表2所列。选取堰塞体典型剖面进行简化Bishop法抗滑稳定计算，堰塞体抗滑稳定安全系数如表3所列。经计算，上、下游坝坡最小稳定安全系数均大于规范规定的允许安全系数，表明堰塞体抗滑稳定性满足规范要求，因此不会发生溃决，边坡处于稳定状态。

4.3 应急处置预警水位及流量

根据洪水计算成果，3 a一遇入库洪水流量为38.6 m3/s，考虑滞洪作用，堰塞湖水位为1 065.46 m，该水位距堰塞体顶最小超高为1.54 m，满足预警超高要求，即应急处置预警水位为1 065.46 m，对应1 h降雨量为20.8 mm。当每小时降雨量大于20.8 mm时，需启动应急预警系统，发出预警指令。

5 堰塞湖处置措施

堰塞湖处置基本原则是“安全、科学、快速”，“人民至上，生命至上”，采用的方法是“疏导、引流、降水”，主要是采取工程应急处置排险措施和非工程措施（上下游受威胁人员转移避险）。堰塞湖处置应按轻重缓急分为2个阶段：第一阶段为紧急应急处置，堰塞湖应急排险救灾阶段。该阶段救灾抢险迫在眉睫，刻不容缓，应使受灾和受威胁影响的群众脱离生命危险，不发生堰塞湖溃决和次生灾害。为此要充分运用专家智囊经验判断，快速为抢险救灾指挥部提供科学的决策依据，短期应急抢险实施的措施。第二阶段为后续治理、后评估阶段。渡过紧急抢险救灾危险时期后，有充裕时间，应为疏浚、恢复河道天然正常径流和长期治理利用实施提供方案，总结突发堰塞湖处置经验和教训。

5.1 紧急应急排险救灾阶段

根据现场无人机航拍视频、遥感卫星图片的对比解译，左岸滑坡体能量已全部释放，后缘没有滑动迹象，前缘仅有小量蠕动和变形，堰塞湖回水区岸坡没有明显较大裂缝和坍岸迹象，右岸古滑坡体岸坡稳定[14-15]，因此，堰塞体位置和体积不会发生较大变化。

对滑坡、堰塞湖周围设置警戒线和警示标识，划定危险区域范围，禁止车辆和人员误行。对滑坡体监测其位移和滑动趋势，对堰塞湖水位、进出流量连续观测，并收集天气预报和降水量，研判未来天气降水量变化趋势，强化应急处置和值守工作，及时客观动态科学研判险情对受威胁群众的影响。当每小时降雨量大于20.8 mm时，需立即启动应急预警系统，发出预警指令，确保群众生产生活安全有序，不造成伤亡。

根据天气预报和堰塞体环境地质条件研判，未来几天没有强降雨，堰塞体边坡逐渐趋于稳定，没有溃决的风险。经综合研判，在应急排险期间，受道路中断影响挖掘机不能到达堰塞体，堰塞体土体饱和，存在蠕动变形的可能，若采取人工干预开挖泄流槽，扰动坡脚，右岸局部会出现坍塌;加之堰塞体的蠕动，天然泄槽会被堵塞，致使泄水不畅，堰塞湖水位上升壅高，会加大堰塞湖安全隐患因素。因此，综合研判认为，暂不进行人工干预，不实施开挖泄流槽和人工爆破堰塞体，堰塞湖水从右岸坡脚自然径流排泄，自然冲刷和冲蚀;但要加强对水位、流量、右岸岸坡及堰塞体变形监测，建立群策联防机制，对堰塞体边坡稳定性和变形实施动态监测预警。下游村民临时撤离到安全地带避险，预警危险时期立即发出预警指令，采取人工干预，实施定向爆破堰塞体。

应急排险救灾阶段，采取的措施预防了堰塞体溃决、坍塌的发生，确保没有发生人员伤亡和财产损失，起到防灾和减灾目的。

5.2 后续治理阶段

渡过紧急抢险救灾危险期后，已经具备安全的环境条件，即进入后续治理阶段。后续治理需提出科学合理、经济可行的治理方案，可分期分批实施，疏浚、恢复河道天然径流及周边安全生态环境。需实施滑坡、堰塞湖、边坡综合治理，消除堰塞湖溃决可能引发的次生灾害隐患。

调洪依据水库水量平衡方程试算，即在一个时段内入库水量与下泄水量之差等于该时段内水库增加或减少的水量，水量平衡方程为

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

式中：Q1、Q2分别为时段始末的入库洪水流量，m3/s;q1、q2分别为时段始末的下泄流量，m3/s;Δt为时段秒数，s;V1、V2为时段始末的库容，×104 m3。

根据水位-泄水量关系曲线、水位-库容曲线，采用试算法进行调洪演算，在此基础上，最终确定堰塞湖应急处置期按3 a一遇滞洪过程调节水位，最大入库流量38.6 m3/s，最大出库流量25.0 m3/s，最高水位1 065.46 m，相应库容56.04万m3。在河谷右侧坡脚开挖引水泄洪槽进行疏浚泄流，长50 m，进口底高程为1 063.80 m，地表下挖深度3 m，底宽6 m，边坡比1 ∶1.5，纵坡约1 ∶200，堰塞湖下游为天然泄槽，纵坡1 ∶1.5。开挖后的泄流槽为宽浅、河岸开敞式，在水流不断冲刷下，泄流槽岸坡逐渐被冲刷和淘蚀，范围逐渐扩大，恢复到天然径流状态。

堰塞湖水位下降后，堰塞体前缘临河岸设置抗滑桩或钢筋混凝土挡墙，其他段保持天然边坡状态，实施生态护坡措施。

左岸滑坡体治理采用抗滑桩加挡土墙，在滑坡体中下部布设两道抗滑桩板墙。桩后回填形成较宽阔的平台，局部增设防护网。桩后平台拦截坠落的松散岩土体，滑坡周边设置截、排水沟，山坡实施生态防护。对乡道公路临时改线至右岸，恢复公路正常通行。

对治理后堰塞体及滑坡体设置监测点，对水平、垂直位移变形量进行监测，以检验和后评价治理效果。

6 结 论

对“8·18”康县周家坝镇堰塞湖应急抢险救灾与后期治理开展综合分析研究，结果表明：

（1） 对突发滑坡型堰塞湖地质灾害，应深入分析其产生的原因和形成的环境条件，按照紧急应急排险救灾和后续治理程序，分阶段分批实施。

（2） 为预防溃决及次生坍塌灾害的发生，应将受威胁的人员实施安全转移并采取临时开挖泄流槽的工程措施，还应加强对堰塞湖周边的安全警戒，防止人员误入堰塞湖。

（3） 在后续治理阶段，应评估堰塞体的风险及稳定性，开展综合研究规划和治理，恢复河道天然径流与疏浚，使边坡治理和堰塞体利用相结合。分期分批实施经济可行、安全可靠的综合治理工程措施，建设生态防护屏障。

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（编辑：赵秋云）

引用本文：

余侃柱.甘肃省康县周家坝镇“8·18”堰塞湖处置研究

[J].人民长江，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