黃河上游干流庫壩群段重大自然災害風險特征分析

中圖分類號：TV62；TV882.1 文獻標志碼：A doi ： 10.3969/j.issn.1000-1379.2025.07.008引用格式：，，，等.黃河上游干流庫壩群段重大自然災害風險特征分析[J].人民黃河，2025，47（7）：45-49，83.

Analysis of Major Natural Disaster Risk Characteristics in Reservoir-Dam Section in the Upper Reaches of the Yellow River

YANG Youtian1，2， WU Jidong1，2， XU Yingjun ^1，2 ， GUO Jinjun3

（1.JointInternationalResearchLaboratoryofCatastropheSimulationandSystemicRiskGovernance，BeijingNormalUniversity， Zhuhai 59087，China；2ScholofNatioalSafetyandEmergencyManagement，BeijingNormalUniversityBeijingO0875，Cina; 3.School of Water Conservancy and Transportation，Zhengzhou University，Zhengzhou 45oo01，China）

Abstract：Thereservoi-damgrouponthemainstreamofteupperreachesofteYelowRiverservesasacicalfloodcotrolaier. Whiledeliveringopreesieeneitsinfodtigatiowatersupplyowereationdoloicaloservatio，itfcoplex anddynamicnaturaldisasterriss.Byaalyingthecharacteristicsofnaturaldisasterrissintisegion，theaperdsusedteaiatu raldisasterrisksfacdbyservoianddmgroupsandtehallngesofskanagementandrsponse.Tesultsidicatetataturaldisasters intheupperreachesoftheYellwRiverdm-reservoirsystemexhibitcompoundandsystemicfeatures，whereextremeeventsuchas mega-earthquakes，iantlandslides，andsuper-standardfloodsmayrigerdsasterchains.Disasterpreventionandmigationareofroted withchallengesschassuiintidentificationofulti-souedamicis，netimprovejntreglatiodgeye sponse mechanism，and the lagging adaptability to climate change.

Key words：reservoir-dam group；cascade reservoirs；multi-disaster risk；upper reaches of the Yelow River

水庫大壩具有提供電力能源、保障農業灌溉、調節水資源等社會和經濟效益。不同于一般建筑物，庫壩建筑物施工技術復雜，受長期荷載作用和惡劣環境影響，竣工運行后存在失效風險[1]。流域梯級水庫群在發揮巨大社會和經濟效益的同時，其潛在風險是客觀存在的，但也是可以防范控制的[2]。庫壩安全受到越來越多學者的關注[3]，目前我國約有3.95億人直接暴露于洪水風險之中[4]，庫壩群建設在發揮防洪作用的同時，也可能增加洪澇潛在影響的人口數量[5]，從而帶來了新的巨災風險。黃河上游干流庫壩群段是我國十三大水電基地之一，是西部新能源開發的重點區域。本研究通過分析威脅庫壩安全的潛在重大自然災害，剖析災害應對所面臨的挑戰，以期為重大自然災害的風險管理提供參考。

1黃河上游干流庫壩群段概況

黃河上游指河口鎮以上河段，全長 3472km ，流域面積約38.6萬 km² 。按河道特性劃分，可分為河源段、峽谷段和沖積平原段。其中，沖積平原段自青銅峽至河口鎮，目前尚無大型梯級水庫，因此本文主要關注河源段與峽谷段（以下統稱為庫壩群段）。河源段自卡日曲至龍羊峽，根據《中華人民共和國水力資源復查成果（2003年）》（分流域第2卷黃河流域），該段規劃布置13座梯級水庫，其中瑪爾擋水庫承擔黃河干流水量調節的重要任務。峽谷段自龍羊峽至青銅峽，是黃河上游水電開發的核心區域，規劃水電站共25座，已建成22座[，其中龍羊峽和劉家峽承擔主要水量調節任務。已建庫壩多為高壩大庫，其中壩高超過 70m 的占 64% ，庫容超1億 m³ 的占 36% 。峽谷段已建庫壩分布見圖1。

2影響庫壩安全的主要自然災害特征

2.1 孕災環境

1）地形地貌。黃河上游干流庫壩群段主體位于青藏高原東北緣與黃土高原西部的過渡地帶（見圖2），河源段海拔 3000～5000m ，吉邁河口以上河谷寬闊，瑪曲以下河谷狹窄；峽谷段屬青藏高原強烈切割的中高山區，海拔 2800～4800m ，河床狹窄、岸坡陡峭、落差集中、邊坡巖體破碎[7]

2）地質構造。河源段位于東昆侖斷裂帶以南、鮮水河斷裂帶以北的青藏高原中北部，屬于中生代巴顏喀拉-松潘甘孜地體，塊體內部穩定，構造變形較弱，近 20a 地震事件呈跳躍式分布，具剛性塊體特征。峽谷段位于東昆侖斷裂帶以北，為早古生代阿爾金-祁連-昆侖復合地體[8]。高原北部構造活動頻繁，地震以逆沖型為主，主要活動斷裂包括NEE/EW向的左行走滑斷裂（如阿爾金、海原斷裂帶），NWW向的逆沖斷裂（如祁連山北緣、柴北緣斷裂帶），以及NNW向的右行走滑斷裂（如鄂拉山、拉脊山斷裂帶）。

3）氣候。河源段屬典型高原氣候區，降水隨海拔降低而增加，海拔 4000m 以上地區年降水量為321mm ，海拔 3000～3500m 地區年降水量為 647mm 。峽谷段龍劉段（龍羊峽—劉家峽段）屬高原大陸性季風氣候區，劉青段（劉家峽—青龍峽段）西南部屬中溫帶半干旱氣候區。整體上峽谷段降水集中于6—9月，降水量占全年降水量的 70%～75% 。

2.2 自然災害類型及分布

黃河上游庫壩群段地震災害分布廣泛，以中小震為主，亦有強震發生。根據中國地震臺網，有正式記錄以來庫壩群段發生6級以上破壞性地震超過110次，其中8級以上地震5次。區域內震級最高地震為1920年的海原8.5級地震。近年典型地震事件包括1990年共和地震（6.9級）、2010年玉樹地震（7.1級）、2021年瑪多地震（7.4級）和2023年積石山地震（6.2級）。烏金峽以下區段受海原斷裂帶、賀蘭山東麓斷裂等影響，高震級記錄較為集中，包括7級以上地震4 次，8級以上地震2次。

圖2庫壩群段流域地形、構造條件及歷史災害

Fig.2Topography，Tectonic Conditions and Historical Disasters in the Reservoir-Dam Section

地質災害是庫壩群段頻發的自然災害類型，巨型滑坡尤為典型，具有突發性強、落差大、動力強、規模大等特點，歷史上多次造成黃河堵塞[9-10]。強震和極端降水是主要誘因[]，降水滲透增大巖土體質量和孔隙水壓力，降低巖土體抗剪強度，地震則增強巖土體下滑力并減弱抗滑力。滑坡集中分布的區段為李家峽至柴家峽段，已發生滑坡數量占峽谷段沿岸的 90% 以上。該河段與青海南山-循化斷裂帶平行，位于斷裂帶 10～ 20km 范圍內，植被覆蓋度低，巖性較軟

黃河上游洪水具有漲落緩慢、歷時較長、洪水胖瘦系數較小等特點[12]。2012年、2018年、2019 年等均出現較大洪水過程，其中2012年唐乃亥水文站洪水流量3440m³/s 為1989年以來最大，蘭州站洪峰流量3860m³/s 為1986年以來最大[13]。

2.3 潛在自然災害隱患

影響流域梯級水電站安全的潛在自然災害隱患主要包括地震、地質災害、超標準洪水[14]。地質災害主要隱患點包括：龍羊峽庫區壩前南岸6個潛在失穩邊坡，最大可能下滑量200萬 ～300 萬 m³ ，涌浪可能危及大壩、水產及航行安全；拉瓦西果卜岸坡變形體，可能產生滑坡和坍塌，一次性失穩下滑量不超過100 萬m³ ;李家峽壩前5個較大滑坡組成的蠕滑變形滑坡群，整體體積近1500萬 m³ ，距大壩最近距離約1.2km ，失穩后涌浪可能威脅李家峽大壩安全；公伯峽古什群右岸傾倒變形體可能引發滑坡，體積約為195萬m³ ，位于壩前上游 2.2km 處，失穩產生涌浪可能危及大壩及航行安全[15]

庫壩群段沿大型走滑斷裂可能發生8級以上大地震[8]，其中冷龍嶺、金強河和老虎山-毛毛山斷裂區域無高震級地震記錄，處于變形閉鎖狀態；西秦嶺北緣斷裂中西段活動強烈，具備發生高震級地震的條件，處于閉鎖狀態；東昆侖山斷裂帶東段為青藏高原北部的巨型走滑斷裂，其中瑪沁-瑪曲段處于閉鎖狀態，可能發生級聯破裂引發高震級地震；龍日壩斷裂帶與龍門山推覆帶共同構成巴顏喀拉塊體與華南地塊之間的斜滑邊界，目前處于閉鎖狀態[16]

3 黃河上游干流庫壩群段重大自然災害風險 特征

3.1 災害鏈放大效應

梯級水庫群的災害鏈涉及多災種和多災害過程（見圖3），包括自然災害（如地震、極端洪水）和工程風險（如設計標準不足、調度不當）。不同風險源和不同災害類型間的相互作用使得梯級水庫群災害鏈的形成機制和災害鏈放大效應十分復雜。黃河上游庫壩群段地震地質災害鏈較為典型。強震是誘發巨型滑坡發生的重要因素[17]，巨型滑坡動力學形成演化過程和復活機制與強震過程滑帶動力擴容[18]等效應關系密切。黃河上游巨型滑坡的形成演化具有獨特性，黃河的側蝕和下切作用與軟弱夾層強度劣化，減弱了巨型滑坡的抗滑力[]。巨型滑坡還可能引起堵河—形成堰塞湖一堰塞湖潰決的災害演化過程，氣候變化（特別是暖濕氣候）可能加劇其潛在威脅[19]

3.2 梯級水庫級聯效應

庫壩群段上游和中游水庫的失效（如潰壩、漫壩）可能引發“多米諾效應”，導致下游水庫連鎖失效，增加流域的系統性風險[20]。例如，在超標準洪水或強地震作用下[14]，上游水庫的潰壩洪水可能導致下游水庫的荷載激增，進而引發本級水庫漫頂失效。各水庫之間的距離、地形條件以及運行狀態不同，災害鏈的傳播路徑和影響程度難以精確預測，加劇了風險傳遞的不確定性，如1975年駐馬店特大暴雨造成板橋、石漫灘、田崗等大型水庫連續潰壩的災害事件。梯級水庫群的級聯效應不僅局限于相鄰水庫之間，還可能通過洪水波及下游。目前，劉蘭段（劉家峽一蘭州段）主要以減小洪峰流量、拉長洪水歷時，并依靠河道自身及沿岸堤防進行被動防御。蘭州段的堤防建設和河道治理卓有成效，在2018年和2019年洪水的持續高水位運行過程中已有體現，但仍需考慮突發極端情景

3.3 氣候變化影響效應

異常氣候將導致更多不利工況出現，突發高溫低水位、低溫高水位等不利工況對混凝土壩安全的影響尤為突出[21]。近幾十年來，青藏高原變暖速率是全球平均速率的兩倍[22]，1960—2019 年河源段年平均氣溫呈顯著上升趨勢，升溫速率為 0.37^°C/10a;2000 年以后，年平均氣溫的升溫速率提高至 0.61°C/10a ，是突變前的2.7倍[23]。氣溫升高對凍土的穩定性產生影響，可能導致地基沉降及斜坡不穩定性增強[24」，河源段的扎陵湖、鄂陵湖周邊不穩定凍土最為集中，可能對水利設施構成威脅。黃河上游近 60a 降水量呈非顯著增大趨勢[25]，河源段增速為 9.1mm/10a ，峽谷段增速為 2.8mm/10a 。目前強降水和洪澇災害的頻率提高[24，26]，預計這一趨勢將持續[27]，尤其是夏季強降水的頻次增加和強度明顯提高，可能引發部分防洪標準不足的庫壩應對超標準洪水[21]

4庫壩群段重大自然災害風險應對挑戰

目前，我國對大江大河庫壩群的風險管理思路已經從“洪水控制\"轉化為“洪水管理”，從采用“工程措施\"轉化為“綜合采用工程措施和非工程措施”，提出了防洪減災和水資源綜合利用并舉的新思路。庫壩群風險管理已經超出了大壩自身工程性安全的范疇，對黃河上游庫壩群段的風險管理提出了新的挑戰[2-3]。

4.1 風險識別與動態評估

梯級水庫的聯合調度面臨識別風險傳遞鏈條的挑戰，風險類型多樣，包括當前與潛在風險、內部和外部風險、靜態和動態風險。風險識別核心是從復雜環境中識別影響庫壩群安全運行的主要風險[28]。與單級水庫相比，梯級水庫調度環境更為復雜，風險可能隨水流傳播而累積，若失控可能導致流域洪水、大壩潰決等重大災害。以往單級水庫風險識別依賴感性認識和經驗，梯級水庫群風險傳遞鏈延長，使得定量評估難度增大。風險具有動態性和不確定性，風險識別是一項持續且系統的任務，要求關注已有風險的變化并及時識別新風險。在水庫全生命周期的規劃、設計、建設、運行、退役等不同階段，應進行多源風險識別和動態評估，幫助防災減災[2-3]。如：在規劃階段，重點識別超標準洪水、強地震、潰壩洪水等重大自然風險，并通過調整布局規避風險；設計階段則防范剩余風險，控制庫壩布置和建筑設計；運行階段，重點動態評估風險，并在風險達到閾值時進行預警，關注梯級水庫的級聯效應及其對下游的影響

4.2 聯合調度與智能應急

目前圍繞發電和防洪目標的梯級水庫的優化調度模型已日趨成熟，并應用于實際調度平臺[28]。黃河上游庫壩群的規模大、控制范圍廣，效益與安全之間的平衡至關重要。聯合調度有助于減小單級水庫發生風險災害事件帶來的損失，但也可能限制單級水庫的功能發揮[28]。因此，除了以防洪和發電為主要目標的常規優化調度，應增加庫區、大壩、洪水、航運、生態等多維風險應對調度方案[27]。例如，建立多目標防洪系統決策模型，考慮長短期耦合調度模型，以及復雜防洪系統多目標梯級優化模型，滿足梯級水庫群的聯合調度需求[29]。梯級水庫的應急管理通常由相關責任方在發現風險后上報并提出初步預案，由流域委員會牽頭組織各方進行會商并做出決策。這種應急管理模式在單一突發風險下效果顯著，但面對多種風險時，傳統模式難以迅速應對。因此，須開發智能化安全調度決策模型，優化風險分級響應，建立風險等級響應體系，并通過數字化和信息化支持梯級水庫群在動態變化下的應急處置。

4.3 氣候變化與不確定性

黃河上游庫壩群段處于氣候變化顯著的世界第三極，在當前升溫條件下，青藏高原凍土退化可能惡化工程應用條件，改變工程荷載，針對凍土穩定性對應的退化階段可以采用不同的工程措施，以增強水工及其他建筑結構的穩定性，減少工程災害[30]。暖濕氣候將導致黃河侵蝕切割作用增強，冰川融水可能誘發滑坡，進而引發一系列次生災害。因此，應把氣候變化納入防災減災考量的因素，面對災害突發性增強、歷史閾值突破風險加大等挑戰，強化聯合調度、提升工程韌性、完善智能監測預警，推動從經驗決策向風險管控轉變。可運用數字孿生等技術構建現代化水庫管理矩陣，通過預報-預警-預案聯動機制提升適應氣候變化的能力[31]

5 結論與展望

黃河上游干流庫壩群段作為我國重要的水電基地和防洪屏障，面臨復雜多變的自然災害風險，本文通過分析該區域的自然災害風險特征，探討了庫壩群段面臨的主要自然災害風險及其風險應對挑戰

黃河上游庫壩群段的自然災害呈現復合性和系統性特征，超強地震、巨型滑坡、超標準洪水等極端事件可能引發災害鏈，這些災害不僅獨立威脅庫壩群安全，而且可能通過災害鏈相互作用和級聯效應加劇風險，其中典型的潛在災害鏈情景可概括為地震-滑坡-堰塞湖-潰壩-洪水。

防災減災挑戰主要體現在以下三方面：一是多源動態風險識別不足，現有研究主要關注單級水庫的靜態風險，難以揭示梯級水庫中多災種疊加、跨空間累積的動態傳遞機制；二是聯合調度與應急響應機制待完善，當前優化調度以防洪和發電為主，無法滿足多維聯合調度需求，突發事件響應依賴人工決策，難以應對多災并發及鏈式風險；三是氣候變化適應性滯后，降水變化、溫度波動及其潛在影響加劇了非線性災害的挑戰。

黃河上游梯級水庫群的災害應對已進人以風險驅動、智能調度、系統集成為特征的新階段。未來可以從以下幾方面推進研究與實踐：構建多災種耦合與級聯效應分析框架，提升風險動態識別與預警能力；發展面向極端情景的庫壩群上下游智能聯合調度與快速應急技術，增強整體應對能力；強化數字智能、決策支持等系統集成，推動庫壩群運行管理的現代化轉型

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【責任編輯 呂艷梅】