地震堰塞湖灾害链成灾演化特征与防灾思路

221 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ学　术　论　坛2010 NO.30Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ科技创新导报

“5.12”汶川大地震诱发了数以万计的

崩塌、滑坡等主要山地灾害,大量的崩滑堆

积体堆积于沟道,成为滑坡－泥石流灾害

链的转化的主要成灾因素；地震作用同时

产生了大量危岩、不稳定斜坡等潜在灾害

体,也是新发灾害和灾害链转化的重要表现形式；大量的崩滑物质进入河道,堵断河流形成堰塞湖,堰塞湖的潜在稳定性危险也构成了山地灾害链成灾转化的重要环节。因此,汶川大地震后,地震堰塞湖山地灾害链的潜在威胁巨大,必须开展更加深入的研究。

堰塞湖成为最重要的灾害链环节,其致灾过程是最为典型的地震山地灾害链的转化形式,也是影响最深远、破坏最严重、演化最彻底的灾害链形式。汶川地震后瞬间形成了数百个大小不等的堰塞湖,其中包括唐家山堰塞湖在内的34个特大典型堰塞湖的稳定性判定和处置问题,成为抗震

救灾和恢复重建过程中减灾的焦点和难点

问题。要对汶川地震堰塞湖进行综合防灾,

必须从堰塞湖灾害链的角度,综合各个灾

害要素,全面认识灾害链各个环节的成灾

演化特点、诱发条件及关键演化致灾规律,

有针对性地建立全面的防灾策略,从根本

上实现对地震山地灾害有效防控的目的。

1 地震堰塞湖灾害链的界定

堰塞湖是一种自然界经常发生的自然

现象,主要是在一定的地质与地貌条件下,

由于火山喷发物、滑坡体、泥石流、冰川堆积

物等形成的自然堤坝横向阻塞河谷后,造成

上游段壅水而形成的湖泊,随着成因的不同

可分为火山堰塞湖、冰川堰塞湖等。其中,由

于地震引发河道两侧山体滑坡或崩塌、滑坡

体或崩塌体落入河道形成拦水堤坝、河水聚

集成湖的现象称为地震堰塞湖。

灾害的发生都是其所处环境内部和外

部因素综合作用的结果,不同环境及其相互

作用的形式和程度差异,致使灾害具有不同

的规律和发生机制。山地灾害一经发生,极

易借助自然系统之间相互依存、相互制约的

关系,产生连锁效应,由一种山地灾害引发

出一系列山地灾害,从一个地域空间扩散到

另一个更广阔的地域空间,这种呈链式有序

结构的灾害传承效应称为山地灾害链[1,2]。由

地震引发的灾害链称为地震山地灾害链,地

震山地灾害链中含有堰塞湖链条环节,堰塞

湖与其他各类灾害间相互连锁,相互作用,

成灾演化从一个地域空间扩散到另一个地

域空间,从一个时段延伸到更长的时段,这

种成链式有序结构的山地灾害链灾变过程

就是地震堰塞湖灾害链。

由上述概念可见地震堰塞湖灾害链有

其自身独特的特征界定:

(1)地震堰塞湖灾害链不同于一般的山

地灾害链,是具有典型的震发性特征,发生

突然,危害巨大。(2)地震堰塞湖灾害链是一

种灾害链条中含有堰塞湖且起中心作用的

类型,具有短暂和持续性共存的特征,堰塞

①项目名称:国家自然科学基金重点项目(50639070)；中科院汶川地震次生山地灾害应急考察项目(KKCX1-YW-03)。

地震堰塞湖灾害链成灾演化特征与防灾思路①

崔云1、2,3 孔纪名1,2 吴文平1、

2,3(1．中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室； 2.中国科学院水利部山地灾害与环境研究所 成都 610041;

3.中国科学院研究生院 北京 100049)

摘 要:汶川地震诱发产生了大量堰塞湖灾害,其中34个大型典型堰塞湖的稳定性及处置在救灾阶段一度受到社会的广泛关注,在重建阶段,堰塞湖的安全性问题也将是很大的制约因素,如何有效防治堰塞湖灾害的发生是保证恢复重建的选址与长远发展安全的关键。由地震堰塞湖构成的灾害链,链式灾害的危害与防治难度都远大于灾害单体,因此要防治堰塞湖灾害发生,必须将堰塞湖以灾害链的角度,确定控制堰塞湖灾害链成灾演化的关键因素,建立综合防治地震堰塞湖灾害链的防治策略,实现对整个流域的灾害防控。本文作者通过现场考察资料,对几个典型堰塞湖灾害链的成灾演化特征进行剖析,找到崩滑堆积体组构特征、降水、人为作用等几个关键控制堰塞湖灾害链成灾演化的因素,并针对这些控制因素,制定汶川地震灾区堰塞湖灾害链的综合防治和有效利用相结合的防灾思路。

关键词:灾害链 地震堰塞湖 山地灾害 “5.12”汶川大地震

中图分类号:P 315文献标识码:A 文章编号

:1674-098X(2010)10(c)-0221-03

表

1 四川

34

个典型堰塞湖特征表

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Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ学　术　论　坛

科技创新导报湖的存在时间受到自然和人为因素的影响。(3)地震堰塞湖灾害链不同于地震堰塞湖单体,灾害单体之间存在明显的关联性,体现了灾害链的连锁作用。2 汶川地震堰塞湖灾害链成灾特点(1)数量众多,危害严重。据统计,汶川地震共形成较大规模的堰塞湖35处,其中四川34处(如表1所示)、甘肃1处；蓄水容积1亿m3以上的1处,100万m 3以上的21处[3]。利用5月15日～28日期间基本覆盖重灾区的124幅ADS40航空影像,解译出地震堰塞湖多达265处[4]。众多的堰塞湖给上游和下游都造成了严重的淹没灾害,危害极其严重。抗震救灾过程中截至2008年5月30日,除6个堰塞湖(工程除险3处、自然溃决3处)基本解除险情外,高危险级的5个(安县肖家桥、平武南坝、青川石板沟、绵竹小岗剑电站上游、北川老鹰岩堰塞湖等),中危险级和低危险级的各11个,成为高悬在河流下游的危险“水盆”,在今后几年内对下游人民群众生命财产安全和各种设施的安全都构成极大威胁。(2)链条较长,转化彻底。地震形成堰塞湖灾害链的前期灾害形式多样,有崩塌、滑坡、泥石流等多种单一灾害形式,也有其多种灾害的组合形式,因此形成的灾害链链条复杂,类型多样,按照链条长度和转化程度可以分为三类:地震—崩塌(滑坡)—堰塞湖灾害链、地震—崩塌—滑坡—堰塞湖灾害链和地震—崩塌—滑坡(泥石流)—堰塞湖—洪水(更大泥石流)灾害链,其中地震—崩塌—滑坡(泥石流)—堰塞湖—洪水(更大泥石流)灾害链有五个转化环节,是转化最为彻底,最为复杂的地震山地灾害链形式。

(3)成灾致灾均与水作用相关。强降雨

是崩塌、滑坡的重要激发因素,也为泥石流

形成创造了水源条件,从而为地震堰塞湖灾害链的崩塌、滑坡、泥石流等前期演化环节提供了基础条件。

堰塞湖形成离不开沟道水流。崩滑堆积物进入沟道堵塞原有河道,使原有水体从流动状态变为静止状态,水位抬升,进而河流变湖,为堰塞湖灾害链的形成奠定了

必需条件。

堰塞湖致灾形式是水灾淹没。堰塞湖本身作为一种正常地貌现象,本身并不是一种灾害,但它通过水灾淹没形式导致灾害的发生,上游回水淹没岸滩建筑、下游泄流,也完成灾害链的彻底转化,对下游造成淹没。如:1917年7月31日云南大关Ms6.4级地震中,因石块堵江,河水暴溢,倒流十余里。(4)连锁作用,加剧演化。地震使得堰塞湖灾害链演化条件降低,成灾更加容易。地

震堰塞湖由于主要是快速堆积所致,因而其坝体结构较为松垮,组成物质松散,胶结不良,很容易因松动而造成溃堤,属于短暂的湖泊形态。很多情况下,由于地震堰塞湖堵塞了正常河道的水流,会造成堰塞湖区内的水位不断升高,水体的渗流压力会逐渐增大,在疏松堆积的堰塞湖堤上形成管涌,从而造成垮坝,在很短的时间内将湖区

中的全部水量一起排泄出来,高水头洪水

将会造成下游的灭顶之灾,形成更大的地

震灾害,1933年四川叠溪地震的海子垮坝

就是一例。因此,在地震应急和地震抢险工作中,凡是出现地震堰塞湖的地方,都必须及时排除堵塞物,将河道疏通,这样才能避开险情。有学者认为,堰塞湖天然坝,有22%在堰塞湖形成之后,1天内就溃决;10天内溃决的比例占了一半左右;有83%在半年内会溃决;1年内溃决者占91%。换句话说,一般堰塞湖形成后,多数抵挡不住时间的考验,积水量达到一定程度时,就很容易溃决,甚至造成灾害[7]。(5)时空扩展,影响加强。汶川地震的堰塞湖灾害链中的各个灾害体之间相互作用,互为条件,相互转化,形成很强的连锁作用。由于地震山地灾害链的作用,拓展了灾害体的空间影响范围(如图1所示)。一座山山顶的崩塌激发山坡中部的滑坡体滑动,在水的作用下崩滑物质进入沟道形成泥石流,泄入河道堵塞河流形成堰塞湖,溃决或泄洪后进而影响到下游几十乃至上百公里的人民生命财产的安全。以上整个过程中,单个堰塞湖灾害链从一个山体传到河流,进而影响到下游上百公里的流域范围,这就是堰塞湖灾害链的空间扩展作用。地震堰塞湖灾害链链条较长,发生时间上具有滞后性。汶川地震后产生数百个堰塞湖,随后堰塞湖灾害链的成灾演化将进入一轮高发期。崩塌、滑坡陆续产生新的堰塞湖,堰塞湖的稳定型随着时间的推移也日益降低,时间上的影响将不限于地震后1～2年,而会延续更长。据有关专家分析崩塌灾害在经历了强震的暴发后,在2～3年后,崩塌灾害将逐步减少,灾害将变为零星发生；地震后的5年内,地震重灾区滑坡灾害将十分严重；汶川强震区的大型、特大型堰塞湖将在地震后数年内都是重大的灾害隐患。(6)机理复杂,防灾困难。汶川地震堰塞湖灾害链成灾于龙门山断裂带,地质构造复杂,自然环境特殊,因此产生的灾害链关系也更加庞杂,给震后防灾减灾提出了更大的挑战。按照前述地震堰塞湖灾害链的基本内涵,所有的灾害单体横向上与地震灾区特殊的自然环境相互影响,纵向上各个灾害体间前‘承’与后‘传’的关系就构成了地震堰塞湖灾害链的机理过程(

如图

2所示

)

。

1)

非单链完成。

汶川地震堰塞湖灾害链图1 堰塞湖灾害链形成模式图

图2 汶川地震堰塞湖灾害链链式转化关系图

图3 文家坝堰塞湖泄流淹没下游建筑图4 堰塞湖灾害链断链防治思路[14]

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不是只有一条,而是有多条不同类型的链交织在一起,共同完成了山地灾害的一系列的转化。2)非一次完成.汶川地震堰塞湖灾害链灾害体间的转化受到外界激发因素的影响,受到激发因素的类型和强度的制约,可能是间断完成,而不是一次性就完全转化。3)非独立完成.汶川地震堰塞湖灾害链就单条灾害链而言,由于灾害链的连锁性各个灾害体也是相互作用的,就同一空间的多条灾害链而言,也是相互关联,相互影响的。4)非顺序完成.由于汶川地震堰塞湖灾害链类型的多样性,各个灾害体的转化方向也是多样的,并非按照某一个既定的顺序完成转化,这也再次体现了其复杂性。

3 地震堰塞湖灾害链的成灾演化控制因素

(1)崩滑堆积体是重要的成灾因素。堰塞湖的形成是大量固体物质进入河道影响正常河水流动而积水成湖的过程。大量固体物质是堰塞湖灾害链形成的首要必需因素。汶川地震诱发的大量崩塌、滑坡堆积体为堰塞湖灾害链成灾演化提供了非常丰富的固体物质源,这些大量崩滑堆积体是地震崩塌、滑坡的产物,也是堰塞湖形成前提条件,是灾害链转化过程的中心环节,崩滑堆积体组成的坝体结构松垮,胶结不良,很容易因松动而造成溃堤最终使崩塌、滑坡灾害与后续堰塞湖洪水泄流淹没灾害连接成一个统一的灾害链条,构成典型的崩塌、滑坡－堰塞湖－洪水(碎屑流)灾害链。因此,地震后大量崩滑堆积体的存在大大增加了堰塞湖成灾的危险性,是堰塞湖成灾演化过程中的重要形成因素。

(2)暴雨与河流是重要的致灾因素。一方面,暴雨是堵河成灾的间接水源致灾因素。在汶川地震灾区,地形陡峭,沟床纵比降大,松散固体物质不易在坡面和沟床中存积,容易在暴雨作用下起动向下游输移。因此,暴雨是重要的激发动力因素。另一方面,河流是湖体淹没与泄流的直接水源致灾因素。堰塞湖形成后在河流上游回水形成淹没灾害,随着上游来水和突发降雨的水量补充,使堰塞湖稳定性降低,造成溃坝或泄流洪水,进而形成下游淹没灾害,如1933年8月25日四川叠溪Ms7.2级地震中,形成的3个堰塞湖在震后45天溃决,洪峰一

直冲到260km 远的地方,将灌县以上村镇冲没大半,总死亡达2500多人, 可见堰塞湖一旦溃决,其危害之严重决不亚于一次原发的洪涝灾害。

(3)人为作用也是重要的影响因素。在汶川地震中,为减轻堰塞湖灾害链的危害程度,在堰塞湖的溃坝和泄流过程中,人为判断和处置发挥了重要作用,靠人力在一定程度上改变或延缓了地震堰塞湖灾害链的自然演化过程。如唐家山堰塞湖通过人工泄流,转移受威胁群众,有效达到了改变堰塞湖灾害链转化进程,有效防灾的目的。在堰塞湖人为处置过程也会新增了河道周围的淹没灾害,又如在四川省平武县南坝镇文家坝堰塞湖泄流过程中造成了下游严重的淹没灾害(如图3)。

4 汶川地震堰塞湖灾害链防灾思路

(1)堰塞湖灾害链总体断链思路。汶川地震堰塞湖灾害链成灾演化机理复杂,必须针对灾害链成灾特点与转化的关键控制因素,采取“预防为主,防治结合”的原则,制定有效断链的综合防治思路。灾害链断链主要针对堰塞湖前后近因环节,切断最关键的转化关系(如图4所示)。

(2)堰塞湖灾害链的评估、监测与预报。准确、综合评估是进行有效断链的关键前提步骤,主要包括以下三个方面的主要内容:第一,综合评估灾害链中的崩塌、滑坡、泥石流等各个灾害单体的稳定性状况及潜在发育趋势情况,对有新发堰塞湖可能性的大型滑坡进行重点监测,并进行预报、预警。第二,综合评估控制灾害链成灾演化的关键控制因素,对有显著变化的成灾因素进行重点关注,及时预报,采取适当措施,阻止或延缓灾害链演化进程。第三,综合评估已有大型堰塞湖的稳定型状况,实时监测水位变化及泄流情况,及时预报、预警,减轻灾害的发生。

(3)堰塞湖灾害链的应急处置与治理。在堰塞湖灾害链的应急处置上,要根据不同堰塞湖特殊条件,迅速制定一套操作简单但又快速有效的减灾措施,尽最大可能减少堰塞湖蓄水,确保下游群众和施工人员生命安全,减轻对堰塞体上游地区的淹没损失。要根据堰塞湖的不同性状,确定其处理方式。具体来说,有漫顶溃决方式、爆

破泄流方式、固堰成坝方式、开渠引流方

式、自然留存方式等[3]

(如表2所示)。

(4)堰塞湖的有效利用.堰塞湖的泄流处置过程不好控制,风险性大,是在应急情况下迫不得已采取的措施,有效利用才是人与自然和谐相处的最好处置方式。

如果在近期来水量小的情况下,堰塞坝体短期内的整体稳定性不存在问题,有较长时间研究长期的治理措施的基础上,可以对堰塞湖进行各项评估与设计后,展开堰塞湖的全面开发利用。

稳定型地震滑坡堰塞湖的开发利用具有很高的环境、社会和经济效益。通常地震滑坡堰塞湖所形成的高山湖泊具有景色优美、蓄水量大、地形落差大等特点,对堰塞坝加固后开发利用,可以在灌溉、发电、供水、养殖、建立旅游区和度假村等方面做出贡献。国内外也有不少地震滑坡堰塞湖变害为利的例子:如1856年6月10日重庆黔江县小南海地震堰塞湖已成为国家地质公园；1933年叠溪大地震形成的叠溪海子的开发利用；美国蒙大拿州地震堰塞湖的旅游开发等等。

5 结语

地震堰塞湖是地震山地灾害链发育的中心环节,也是成灾演化的重要链条,要进行有效防治,必须在全面认识地震堰塞湖灾害链的成灾特征基础上,找到控制堰塞湖灾害链演化的关键控制因素,从而有针对性的对整个灾害链实施综合断链防治,也就是评估基础上的处置,处置后的有效利用,同时达到防灾和为人类造福的双重目标,这就是汶川地震灾区堰塞湖灾害链的综合防治和有效利用相结合的防灾思路。

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表2 堰塞湖灾害链基本应急处理方式

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4jlq.html