西南沿江公路滑坡泥石流堰塞湖處治對策

張天佑

我國西南地區處于印度板塊和歐亞板塊碰撞擠壓接觸帶,地質構造復雜,新構造運動異常強烈,地震活動頻繁。研究區屬青藏高原強烈切割的邊緣山地,嶺谷高差大,溝谷內松散冰磧物規模巨大,來自印度洋孟加拉灣的暖濕氣流又帶來了豐富的降水。這些特殊的地質、地貌、氣象水文環境為滑坡泥石流堰塞湖的形成提供了必要的內外因條件。泥石流堵塞河道,一方面可以改變河道地貌形態,可能形成水面平緩景色秀美的堰塞湖;另一方面,河流回水會淹沒村莊道路,給人民的生命財產造成損失。潰壩后巨大的洪流流量是正常洪水的幾十倍甚至上百倍,沿程摧毀路橋等基礎設施,掩埋村莊、農田。泥石流體在出口處形成堆積扇,致使河床改道、抬升,引發邊坡失穩、生態失衡等一系列次生災害。雖然滑坡泥石流壩潰決現象相對于泥石流發生的頻率要低得多,但其產生的危害往往比一般泥石流直接危害更為嚴重[1]。

1 典型堰塞湖及處治

據統計[1,2],汶川大地震主災區形成34處對下游構成威脅的堰塞湖,其中唐家山堰塞湖是集雨面積、蓄水量威脅最大,可能造成災害損失最為嚴重的堰塞湖。唐家山堰塞湖壩體長803 m,寬610 m,高82 m～ 124 m,體積2.037×107m3,庫容3.16×108m3,上游集雨面積3.55×103km2。

2009年6月5日,重慶武隆縣鐵礦鄉雞尾山山體發生了大規模的崩滑,體積約5×106m3,被結構面切割成“積木塊”狀的灰巖山體,沿緩傾頁巖軟弱夾層發生整體滑動。高速運動的滑體物質在堵塞前部寬約200 m,深約50 m的鐵匠溝溝谷后,形成平均厚約30 m,縱向長度約2 200 m的堆積區,掩埋了12戶民房和正在開采的鐵礦礦井入口,成為近年來少有的一次崩滑災難性事件[3]。

2009年8月6日,四川雅安市漢源縣順河鄉境內猴子巖(省道306線K73+000～K73+330處)發生山體大面積滑移,近40萬m3土石瞬間從約160 m高處崩滑至大渡河,形成大渡河上罕見的堰塞湖。堵塞壩體長約250 m,高40 m,堵塞時間達4.5 h,形成長約10 km的堰塞湖,庫尾達大渡河與流沙河交匯處,庫容達6 000 m3,省道 306線已完全中斷,堰塞事件還造成上游147戶農家、1 774畝農田被淹沒[4]。

2 堰塞湖潰決風險與影響評估

1)現場勘察與地形圖繪制。一旦泥石流壩形成,突發的潰決洪水如何做到及時預測預警,達到防災減災的效果,當務之急是進行堰塞湖潰壩風險評估。這就需要進行遙感勘察和野外勘察,全面掌握堰塞湖特征,特別是堰塞湖的數量、分布、性質判斷、堰塞湖潰決的條件和潰決的風險。通過現場地形測繪,或采用已有地形圖構建計算影響區域,并采用多時相高分辨率衛星遙感數據對地形圖進行修正。

2)堰塞湖庫容動態監測。進行全方位嚴密監測、動態分析,特別是雨季的定點水文觀測;另外就是對泥石流、滑坡本身的監測。組織專業技術人員現場局部測繪,快速生成潰決影響范圍內地形圖;監測上游河道流量過程,繪制堰塞湖水面邊界;利用高分辨率衛星遙感數據監測堰塞湖內沉積物,動態計算堰塞湖庫容。

3)潰決洪水快速評估。針對可能發生潰決險情的堰塞湖,采用相關潰決計算模型快速計算潰決洪水要素(可能影響范圍、水深、流速等),預測堰塞湖潰決時間及泛濫范圍。根據計算結果,制定下游危險區的臨災預案。

3 堰塞湖應急避險減災措施

泥石流發生后,一旦堵塞河道形成堰塞湖,如何把它可能造成的災害降低到最低限度,不管是對哪一種堰塞湖的處理都必須抓緊時間,處理得越早越好。首先必須加強預測、預報、監測和預警工作。然而僅靠監測和撤離這種被動的措施還不夠,應在對堰塞湖潰決風險與影響快速評估的基礎上,做好應急避險減災工作。

例如,對于那些不可能穩定的堰塞湖,可以考慮采用堵塞壩表面人工或機械挖掘隧洞、挖明渠、挖壕溝、爆破、攔截等方式來引流或疏通湖道[2,4],加深溢流口,促進壩址位置的溯源侵蝕,陡坎后壁不斷向壩頂推進,增大壩體表面的沖刷強度,使其匯入主流流域或分散到水庫,降低湖水水位,通過泄水促進堰塞湖的潰決,減少洪水對下游人民生命財產的威脅。另外,可以通過對堰塞湖堵塞物的結構分析,制定科學合理的藥包布置方式,對壩體采用精準的定向爆破,分層、分段拆除,使堰頂高程逐步降低,或使堰體缺口得到有效控制,實現堰塞湖的分洪時間由不可控變為可控。在實施爆破前,可主動撤離危險區域,還可根據實際情況在堤上安裝虹吸工程、泵抽湖水、安裝警報系統及組織觀察哨[1],即使巖崩、滑坡涌進湖內,較少的庫水潰決造成的洪水和泥石流災害要小得多。

這些措施有的已成功用于處理唐家山堰塞湖、雞尾山堰塞湖、猴子巖堰塞湖等,有效地降低了堰塞湖的危害。但是需要注意的是,采用挖掘或定向爆破的形式開挖溢洪道,逐步降低堰塞湖水位的方法存在一定的風險,尤其是定向爆破很有可能引發山體共震,形成新的滑坡或崩塌。如果滑坡或崩塌發生在堰塞湖庫區,則可能引起突然的涌浪擊潰壩體。同時,需要對受災群眾安置的地方進行危險性評估,如果附近確實還有爆發大規?；履嗍骰蛘呤谴笠幠缧远氯麎螡Q的可能性,就要盡快把設置在泛濫范圍內的災民安置點及搶險救援人員的臨時駐扎場所撤離到安全區域。

對于大型堰塞湖的處理也是越早越好,否則堰塞湖水位上漲之后處理難度加大。當然,對堰塞湖的技術處理工作可能會因為交通不便存在很大難度,但是為了防止更大的災害,必須想辦法盡快實施。對于較大的、通過詳細的踏勘和結構分析,確認日后完全有可能穩定的形成天然湖泊的大型堰塞湖,如果通過開挖讓其潰決的可能性已經不大,應該抓緊時間在堰塞湖壩體表面開挖形成溢洪通道,迅速對溢洪道表面進行壓實、振搗、穩固處理,用混凝土進行表面噴涂甚至澆筑鋼筋混凝土面板進行保護。先保證該堰塞湖溢流后的壩體穩定,日后再把這個天然的堰塞湖改造成一座瀑布水庫,進行底孔泄流設施和發電利用的改造,可以考慮建成一座新的水電站。但因一般的堰塞湖地理環境比較惡劣,難于運輸或使用大型設備,所以疏導和加固堰塞壩的工作相對比較困難,應根據具體情況來實施。

為確保除險方案的實施,需建立可靠的應急保障體系。為此,唐家山堰塞湖處理過程中建立了水雨情預測預報體系、堰塞壩體遠程實時視頻監控系統、壩區安全監測系統、壩區通信保障系統以及防潰壩專家會商決策機制[2],這對今后處理類似突發性事件具有重要的借鑒意義。

4 堰塞湖次生災害監測及預警

首先,針對堰塞湖引發的次生山地災害,基于RS和GIS技術平臺,提取區域地質(地層巖性、地質構造)及地形地貌等影響因子,根據其對次生地質災害的影響大小,建立次生地質災害危險性評價指標和評價體系,進行堰塞湖潰決后次生地質災害區域危險性評價,快速地宏觀確定容易發生次生地質災害的區域。

其次,建立監測預警體系,在一些重要地方設置監測儀器,多渠道、多尺度、多方法地觀測,盡可能保證當地群眾的安全。例如,可以利用雷達干涉(RS)測量技術對堰塞湖潰決后次生地質災害進行大區域快速變形監測;利用聲發射技術對堰塞湖潰決后次生地質災害進行臨滑監測及預報;利用鉆孔測斜儀和外部變形監測等常規監測技術,對潛在的比較危險的地段進行重點變形監測及預警,保障區域安全。

另外,在災區城鎮和村莊恢復重建中,首先應進行充分的風險評估,對下游的居民、路橋、城鎮、農田、森林來說,盡量避開大型滑坡和泥石流危險區,還應評估山區人口容量,將多余人口轉移出山區。選擇合適的地點,采取一定的結構工程或生物工程防治措施就顯得尤為重要。

5 結語

汶川大地震以后,滑坡泥石流堵江壩體形成的堰塞湖已受到廣泛關注。為了避免或減輕堰塞湖可能造成的危害,本文從分析我國西南地區近年來所形成的大型滑坡泥石流堰塞湖及其處治方案入手,重點從潰決風險與影響評估、應急避險減災措施、次生山地災害監測及預警三方面提出了堰塞湖處治建議,對江河沿線路橋等基礎設施的保護亦具有一定的參考價值。

[1]程尊蘭,崔 鵬,李 泳,等.滑坡、泥石流堰塞湖災害主要的成災特點與減災對策[J].山地學報,2008,26(6):733-738.

[2]劉 寧.唐家山堰塞湖應急處置與減災管理工程[J].中國工程科學,2008,10(12):67-72.

[3]許 強,黃潤秋,殷躍平,等.2009年6·5重慶武隆雞尾山崩滑災害基本特征與成因機理初步研究[J].工程地質學報,2009,17(4):433-444.

[4]黃潤秋,王運生,董秀軍.2009年8·6四川漢源猴子巖崩滑的現場應急調查及危巖處理[J].工程地質學報,2009,17(4):445-448.