塔吉克斯坦薩雷茲堰塞湖減災工程及其發展機遇

[] A.

塔吉克斯坦薩雷茲堰塞湖減災工程及其發展機遇

[意大利] A.帕爾米耶里等

塔吉克斯坦烏索伊壩是世界上海拔最高的堰塞壩。自1911年以來，在帕米爾山區形成了蓄水面積達17 km2的薩雷茲堰塞湖。自從薩雷茲湖形成以來，其安全性引起了廣泛擔憂。2004年，世界銀行主導的薩雷茲湖減災工程將該蓄水系統的風險降低到了合理范圍內。然而，對該系統在今后是否能安全抵御相同震級(7.7級)的地震仍有疑慮。2015年12月，該地區發生了7.2級地震，證實了之前風險評估的有效性，并為今后合理應對地震等類似災難性事件奠定了基礎。

堰塞湖；地震；防災減災；塔吉克斯坦；薩雷茲湖

1911年，帕米爾地區發生里氏7.7級的地震，導致烏索伊堰塞壩形成。此后，大量坍塌堆積的巖石在后方形成了薩雷茲堰塞湖。如今的薩雷茲堰塞湖地處帕米爾地區的雪峰環抱之中，是世界上風景最美的湖泊之一。在烏索伊堰塞壩下游的巴坦(Bartang)河谷地區有人口居住，薩雷茲湖由于其形狀像一條蜿蜒的長龍，因此得名“帕米爾之龍”。圖1為沙雷茲湖的地理位置。

圖1 沙雷茲湖地理位置示意

烏索伊堰塞壩壩高約600 m，是世界上最高的天然形成的擋水堰塞壩(見圖2)。形成堰塞湖的滑坡體體積達21億m3。相比之下，1968年的意大利瓦永特(Vajont)堰塞壩，滑坡體體積僅有3.2億m3。滑坡堆積體雖然龐大，但由于該地區水文情勢適宜，烏索伊堰塞壩能夠長期保持安全穩定，這在世界堰塞壩中都很少見。

薩雷茲湖長55.8 km，湖面平均海拔3 263 m，體積約17 km3(約為日內瓦湖的一半)，湖泊水位最大周期性波動達12 m，水面和壩底的相對高度約40～50 m。通過壩體滲流和一定程度的蒸發來保證出流入流的平衡。

圖2 烏索伊大壩規模對比示意

1 研究背景

在發生地震并形成烏索伊堰塞壩之后，俄羅斯科學界就立即著手研究堰塞壩的穩定問題以及堰塞湖體積增大最終潰決導致大洪災發生的概率。值得注意的是，不只是科學家，普通大眾也開展了相關的預報工作，預報結果有喜有憂。在該地區，存在數個自然形成的堰塞湖，如帕米爾地區的亞斯西庫湖(Yashirkul lake)和塔吉克斯坦中部的伊斯堪德爾湖(Iskanderkul lake)，這些堰塞湖都穩定存在了較長時間。

前蘇聯的一些相關組織曾對薩雷茲湖地區開展了系統研究。研究了大壩結構，對薩雷茲湖和堰塞壩壩區進行了詳細的地質勘探，分析了湖岸邊坡的穩定性及壩體的滲透特性。

主要研究成果表明：滑坡、沖刷以及泥石流等因素都不會導致潰壩。對大壩安全造成最大威脅的是位于壩上游的大體積不穩定巖體，即右岸滑坡體。如果發生強烈地震，會導致右岸滑坡體坍塌至湖水中，引起湖水溢流壩頂，進而造成大壩潰決。

后續研究主要集中在右岸邊坡，并對薩雷茲湖的邊坡開展了詳細研究。1986年，通過鉆孔對巖體內部可能存在的深層滑坡位置進行了勘察，孔深達243 m，但是，該研究工作并未得到確定性結論。在此基礎上，科學家們可以對右岸滑坡體的構成進行更詳細研究，從而了解巖體構成及其體積。

2 薩雷茲湖減災工程

隨著前蘇聯的解體，對薩雷茲湖的監測工作陷入停滯，因此無法準確評估堰塞湖系統的實際安全性。針對這一狀況，塔吉克斯坦總統于1998年呼吁國際社會提供援助以解決薩雷茲堰塞湖的安全隱患問題。

此后，在“國際減輕自然災害十年”(the International Decade for Natural Disaster Reduction, IDNDR)組織框架下，聯合國于1999年成立了一個國際特派團。該特派團召集了一批專家對薩雷茲堰塞湖及巴坦河谷作了進一步研究。

研究認為，烏索伊堰塞壩完全潰決或者部分崩塌的可能性比較小，因此也基本不會由此產生其他災難性影響。然而，右岸巖體仍然存在坍塌的威脅，盡管失穩的可能性要小于預期，但威脅仍然存在。一個中型漫壩涌波都會影響居住在巴坦河谷地區的約7 800人口，而且還有可能延伸到前方的魯善(Rushan)市，甚至影響到噴赤(Panj)河3個主要城鎮。

研究總體結論認為，薩雷茲堰塞湖和烏索伊堰塞壩必須引起國際社會高度關注。由于風險的真實存在，國際社會必須制定出減少災害威脅的綜合策略。通過前期觀測和研究結論，其后聯合國特派團在薩雷茲堰塞湖的相關工作中發揮了關鍵的協調促進作用。

2000年，在世界銀行主持下，薩雷茲湖減災工程(LSRMP)正式立項，總預算達430萬美元。同時，瑞士經濟事務秘書處(Swiss Secretariat for Economic Affairs , SECO)和阿加汗發展組織(the Aga Khan Development Network, AKDN)也提供了財政支持，主要合作伙伴為民防應急部(the Ministry of Emergencies and Civil Defence)。項目主要是為受薩雷茲堰塞湖突發洪水影響的民眾提前預警，并幫助其應對災害，同時，努力尋求長期解決方案。

薩雷茲湖減災工程解決方案如圖3所示。

圖3 薩雷茲湖風險減緩工程解決方案

薩雷茲湖減災工程傾向于采用非工程措施應對突發災害以避免造成嚴重后果。非工程措施包括監測、預報系統、提高居民防災意識并做好防災應對和準備工作。同時，為了減少各種災害事故發生率，研究長期的工程性解決方案。

兩個專家組采用事件樹分析法對右岸的穩定性進行評估。專家們認為實際滑坡體體積約為0.25 km3，遠小于最初估計的2.2 km3。最終計算的失穩概率為6×10-5，遠大于現代已建大壩的失穩概率，但是又明顯低于堰塞湖的典型失穩概率。

薩雷茲湖減災工程于2006年完工， 包括在建立了早期預警和監測系統之后， 又對系統的操作和管理進行了3 a的協助指導工作。 實際上， 薩雷茲湖減災工程實施后， 仍然存在以下幾點不確定因素：

(1) 烏索伊相關部門使用監測和預警系統的能力；

(2) 當地居民對系統發出預警的響應能力；

(3) 堰塞壩和薩雷茲湖減災系統對于將來可能發生的地震災害的響應，特別是對右岸邊坡失穩的響應。

對于第一點，烏索伊相關部門已經承諾密切關注堰塞壩性狀特征的變化并建立相應的數據庫。然而，由于系統實施以來的很長一段時間，即2015年12月7日，該地區發生里氏7.2級地震之前，未有大地震發生，所以其他兩種不確定性一直存在。

3 強震考驗

根據塔吉克斯坦國家地質勘察局的監測，2015年12月7日的地震震中位于薩雷茲湖左岸達夫拉特-馬馬達什(Davlat-Mamatdash)地區的魯善-帕夏特斷裂帶(Rushan-Pshart Fault)，震源深度為30～40 km。塔吉克斯坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦、阿富汗和中國均有震感(圖4)。

圖4 2015年薩雷茲地震等震線

值得注意的是，1911年地震震中也與魯善-帕夏特斷裂帶有關，并且位于巴爾坦格(Bartang)河上游的幾個村莊在這兩次地震中都遭到嚴重損毀。

地震之后對薩雷茲湖水域的詳細地質勘查表明，減災系統對于此次地震做出了積極響應，同時也驗證了右岸滑坡可以經受里氏7.2級地震而不發生失穩的結論。

地震前后在右岸滑坡拍攝的照片顯示，坡體并未受到此次強震影響。而且，在堰塞湖下游沿峽谷下部地區并未發現巖體活動跡象，滲透率也沒有明顯增大。

此次地震證實了薩雷茲湖減災工程中相關專家的預測。然而，此次地震仍然導致了當地民房的大量損毀，這些民房均是就地取材，施工質量較差。與1911年的地震類似，大量被損毀的村莊都靠近薩雷茲湖，包括位于巴爾坦格河谷的28個村莊。其中，損毀最為嚴重的是賈莫阿特-薩夫諾博(Jamoat)村，有超過400棟房屋損毀，整個帕米爾地區損毀的房屋約為1 090棟。

盡管房屋遭受了嚴重損毀，但無一例人員傷亡的報告。而且，當時正處寒冬，帕米爾中央地區的寒冷程度堪比西伯利亞，卻沒有收到災民受凍的報告。這是因為薩雷茲湖減災工程發揮了不可替代的作用，包括國內外團隊的緊密合作、先進科技手段的成功運用。其中最關鍵的是，該工程發揮了積極的社會效益，保護了當地居民的人身安全。此次抗災經驗值得廣泛借鑒，尤其是值得中亞地區學習參考。減災工程的社會保障措施包括組建地方搜救隊伍并進行培訓，建造“安全屋”并配備應急儲備物資，每6個月進行一次居民逃災疏散演練。所有居民，包括學生在內，都知道去往最近安全屋所需的時間，不同地區在16～28 min不等。1999年以來，安全屋不時在應對當地局部災害中發揮作用，早期預警系統也挽救過很多人的生命，但直到2015年12月7.2級強震，所有措施才得以全面大規模使用。

地震后，巴爾坦格河谷地區28個村莊的幾乎所有村民都成功轉移至指定安全屋內，并在此度過了8 d時間，直到第一架救援直升飛機到達災區。一些村莊幾乎90%的房屋損毀，但無一傷亡報告。救援隊員抵達時，發現成百上千的災民在帳篷里避險。在強震災害中，災民依靠安全屋內的各種應急物資保障安全和生活，包括暖爐、御寒衣服和毛毯等。而且，在等待救援的8～9 d里，災民仍然可以跟當地以及中央政府取得聯系，這是因為1999年在該地區安裝了應急通訊系統，而且在此次地震發生前的若干年內，都對系統進行了有效維護。

此次抗震救災經驗值得廣泛宣傳，整個減災系統投資并不大，但實施和執行力度強，因此能夠在大災之中成功保障災民的生命安全。

4 后續解決方案

2015年12月的地震證實了薩雷茲湖減災工程能夠有效發揮防災救災作用，保障人民生命安全，因此，可以考慮今后合理開發利用薩雷茲湖，為該地區尋求新的發展機遇。通過控制并降低水位的方式可以徹底消除湖水潰決的風險。修建1座中等規模的水電站，可為薩雷茲湖的安全保障提供徹底的解決方案。圖5顯示了不同階段薩雷茲湖的風險水平。

圖5 薩雷茲湖風險水平示意

在薩雷茲湖風險減緩工程中，安裝了早期預警系統后，薩雷茲湖的風險程度有所降低；當實施了水電項目后，風險程度可降低更多。

運行大壩安全監測項目的國際機構都認為，薩雷茲湖的殘余風險基本上在可接受范圍之內。

電站將把現有的薩雷茲湖作為上游水庫，全部工程都建在地下(圖6)。從工程性(該地區屬于高烈度區)和環保性來看，該方案都是最佳選擇，且不占用土地資源，無需考慮移民安置。

圖6 擬建水電站縱剖面示意

從圖7設計剖面圖來看：在善稻湖(Lake Shandau)設置了取水點，有壓隧洞、調壓井和壓力鋼管與位于地下發電廠房的發電機組相連接，尾水隧洞將溢流引入穆爾加布(Murgab)河。整個剖面長約4 km，總水頭達460 m。圖7為電站布置鳥瞰圖。

需要強化在薩雷茲湖和善稻湖之間的水力聯系。在湖水水位下降階段，項目可以高效運行。本階段主要依靠渦輪給水流增壓，通過優化可使這一階段持續將近10 a。根據水位下降速率，裝機容量可達220～250 MW，年發電量達2 000 GW·h。當達到目標水位后，發電機組將按照1 100 GW·h/a長期運行，同時，水電站調峰發電利用率可達50%左右。

圖7 電站布局鳥瞰

水電站作為可再生能源項目，不僅可以消除災害威脅，同時能促進經濟發展，在旅游、小規模采礦業和供水等方面促進地區發展。相信經過多年的努力，薩雷茲湖及相關區域將會迎來一個安全穩定、蓬勃發展的未來。

譚峰屹郭佳譯

2017-03-08

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(編輯李慧)