512汶川大地震前堰塞湖的形成与影响

512汶川大地震前堰塞湖的形成与影响

由于四川四川地震，许多山区发生了滑坡。堰塞湖的险情,牵动着亿万人的心。现在对于堰塞湖,可谓家喻户晓。“堰塞湖”一词是一个属于地质学与地理学领域的专业术语,因而此前不为一般人熟知,《现代汉语词典》也未收入。不过笔者还是有幸在自己的书橱中找到了两本收有该词的辞书,一本是1985年商务印书馆出版的《汉英词典》,另一本是1974年台湾商务印书馆出版的《云五社会科学大辞典》。这两部辞书都将“堰塞湖”堂而皇之地收为词条。可见,堰塞湖一词早已有之,并不生辟,亦非生造。实际上,堰塞湖从古老的年代开始就与人类社会息息相关。更有意思的是,有些堰塞湖就在我们身边,我们却有眼不识泰山。如重庆的小南海就是因地震时产生的山体滑坡阻塞河道形成的堰塞湖,只是我们过去没在意或没有意称它是堰塞湖罢了。1山体滑坡的成因堰塞湖(barrierlake;dammedlake;checkeduplake)是河道、凹地因种种原因堵塞后贮水所形成的湖泊。堵塞体称堰塞体。堰塞体实际上是一座天然水坝,堰塞湖实际上是一座水库。堰塞湖主要有以下一些类型:(1)地震堰塞湖。由地震活动产生的山体滑坡形成的堰塞湖。相应的堰塞体也称“地震坝”。我国重庆黔江上的小南海,就是在清代(1856年)因地震活动形成的一座堰塞湖,坝长约100m,坝高约30m。由于后来又人为开设了溢洪道,因此它能与人工水坝工程比美,现已成为旅游胜地,并享有“深山明珠”等美誉。对其成因,李四光曾有“冰窖”之说。(2)山崩堰塞湖。由特殊地质构造产生的山体滑坡形成的堰塞湖。相应的堰塞体也称“山崩坝”。我国陕西的天池则是由特殊的地质构造产生山体滑坡堵塞了太乙河形成的堰塞湖。天池也称太乙池。(3)泥流堰塞湖。由地震等活动产生的泥石流形成的堰塞湖。(4)熔岩堰塞湖。由火山爆发产生的熔岩流形成的堰塞湖。我国有多座著名的熔岩堰塞湖,如:①黑龙江省东南部的镜泊湖。它是经5次火山爆发由熔岩流堵塞河道形成的。②黑龙江省的五大连池。由14座火山爆发形成,在河道上形成了5个一连串的堰塞湖,③新疆的天山天池。天山天池距乌鲁木齐110km,湖面呈半月形,长3400m,最宽处1500m,最深105m,有“天山明珠”的盛誉。(5)冰碛堰塞湖。由冰川消退时产生冰凌形成的堰塞湖。我国的黄河、黑龙江、松花江都易形成这种堰塞湖。我国黄河每值冬春季节,在多湾多滩的河段,以及下游气温低于上游气温的河段(如黄河下游的某些河段,宁夏到内蒙的自南向北的河段都存在有这种温差现象)易发生冰凌插塞堆积现象,严重时便形成了冰碛堰塞湖,对上下游构成威胁。冰凌堆积体称“冰坝”。诚如上述,山体滑坡可以堵塞河流形成水库;然而,世界上还有一个与此完全相反的、也许是绝无仅有的史实:滑坡体竟然会使已有的水库消失—这就是意大利的瓦依昂(Vajont)坝库区的一次特大山体滑坡,滑坡体将该水库填满,原有水库不复存在。库水漫过坝顶时,漫顶水深超过100m,在不到7min的时间里,就冲毁了下游1个市镇和5个村庄,死亡2600余人。这一山体滑坡发生在1963年10月9日,这一天就成了坝工历史上最为悲惨的日子。该滑坡体方量竟达2.4亿m3,而当时的库容仅1.2亿m3。该坝是世界最高的薄拱坝,坝高265m,现在却成了一座不蓄水的被废弃的坝。2坝体防渗的治理方案在发生山体滑坡形成堰塞湖的初期,如果堰塞湖对上下游的人民生命财产构成威胁时,就要进行紧急排险处理。排险处理措施主要有:(1)开挖溢洪道。在堰塞湖岸开挖溢洪道(或明渠)是处理堰塞湖的常用方法,如图1。溢洪道通常都是将湖水排泄到堰塞体下游的原河道,也可考虑排泄到相邻河道或相邻河道的水库中(要具有这种地形条件,同时在所泄湖水对相邻河道或相邻河道的水库不带来危害的情况下才予考虑)。在采用溢洪道(明渠)排泄堰塞湖水时,在选线时要注意选在垭口处,以节省开挖量,同时还要注意土质问题。如果是土料,开挖较容易,但防冲刷措施就较困难。如果是岩石,开挖较难,甚至要爆破,但能防冲刷。汶川大地震中形成的唐家山堰塞湖,就采用了开挖明渠的措施泄流,并取得了很大的成功。被堰塞体拦蓄了近1个月的湖水,顺利地通过明渠排泄到了下游,下游130余万人民群众的生命财产得到了安全。明渠位于右岸,其工程规模巨大,长约700m,宽40～50m。1963年2月,前南斯拉夫与保加利亚接壤处发生了一次大的滑坡,形成了堰塞湖。因又遇暴雨,湖水猛涨,形将漫过堰塞体。为防止堰体溃决,便在左岸较完整的岩石上开挖了一条溢洪道,排除了险情。(2)在堰塞体上开挖泄水槽。如果堰体是碎石土料,很松散,在湖水经泄水槽下泄时,极易遭受冲淘,严重时甚至可使堰体溃决。为增强泄水槽的抗冲刷能力,确保排泄的顺利进行,建议:①泄水槽的横断面开挖成梯形,槽的纵断面呈流线形;②开挖后,泄水槽要夯实;③在槽内铺以加筋型土工膜,并延伸至堰体下游脚;④土工膜的搭接处采用粘接或焊接;⑤土工膜的上游端采用埋入式锚固,并用土工合成材料石笼加固(见图2),其余各部分均采用带帽的锚固桩固定,锚固桩呈梅花形布置;⑥在下游坝脚处设置土工合成材料石笼对土工膜起压重和防冲消能作用。(3)用虹吸管袋排泄湖水。土工合成材料(geosynthetic)在近二三十年来,已在水利工程中发挥了革命性的作用,在不少方面取代了传统的方法,改变了传统的观念,如在防汛抢险中早已不用草袋而用土工编织袋,用无纺土工布可有效处理堤坝管涌,三峡围堰工程中采用复合土工膜防渗等等。在处理堰塞湖险情时,如果也采用这种先进科技土工材料,会节省大量人力、物力,处理会更有效、更快。这里建议的是用加筋型土工膜虹吸管袋的排泄方法。虹吸管袋用加筋型土工膜与螺旋钢丝做成,如图3。管内用螺旋钢丝起支撑作用,并承受泄水时管内的负压。管袋首、尾端封闭并设简易的拉链式开口(也可设蝴蝶阀式开口)。中间一定部位亦设拉链式开口,用于注水。放置于堰塞体上的情况如图4。使用程序是:(1)如图4将管袋置于堰体上,首、尾部拉链式开口关闭。(2)用人工或水泵从中部开口处向管内注水,至充满为止,并关闭该开口。(3)打开首、尾开口,形成虹吸式排泄。(4)将湖水水面降至计划高程(但须注意水位降得太低,即h值太大时,虹吸现象就破坏了,一般要求管内真空值不宜超过8m水柱高)。(5)此后的河道来水仍然可以通过管袋排泄。(6)经以上排泄后,如所剩湖水不致对下游产生威胁,也可用爆破法将堰塞体开出通道宣泄河道来水。按图4所拟水头,粗估管袋能排泄的流量如表1。对某一堰塞湖可同时使用多条管袋。从表1可知,比如对直径70cm的管袋,用1条,10d可排泄600万m3。同时用5条,2d就可排泄600万m3。管袋可重复使用。管袋加工、运输都很方便。3堰塞体的处理对有险情的堰塞湖,需采取上述紧急处理措施。但对于那些对上下游不构成威胁,或者经处理后,堰塞体还可加以利用,那么,就可将这些堰塞体或堰塞湖永久保留,并改造成永久性的水坝和水库,将害转化为利。堰塞体是一个山体滑坡的自然堆积体,其组成部分可能是尺寸很大的石块,也可能是碎屑土石,但都是松散的。对于这样的松散体要保留下来成为永久性的坝体,就要进行处理。处理包括两方面:①处理堰塞体;②设置溢洪道。(1)坝体防渗的措施包括堰塞体加固与防渗处理:①堰塞体加固。对不满足稳定要求的断面,要补填。对特别松散的部位,加以压实。②防渗处理。最简单易行的措施,就是在上游面铺设土工薄膜防渗。如果坝体稳定无问题,河道泥沙含量又大,甚至可以考虑不作人工防渗处理。作这种考虑,可以借鉴于河狸坝(beaverdam)。河狸坝是由河狸筑成的坝。河狸筑坝只是在要筑坝的位置紧密地铺设树枝即可,之后,河道中的泥沙与杂物会自然地填塞树枝间的空隙,达到坝体防渗效果。如果对堰塞体不作人为防渗处理(满足上述条件时),也可以说是从仿生学得到的启示。(2)建造洪水收集设施常用的措施是在库岸开挖溢洪道,有条件也可在坝体上设溢洪道。4堰塞湖的保留(1)可能对上下游造成威胁的堰塞湖,只要及时、科学地予以处理,就可转危为安,将损失减少到最低程度。(2)对可以保留、有使用价值的堰塞湖,只要对堰体进行加固与防渗处理,并考虑泄洪措施,就可变害为利,为人类服务。(3)对保留堰塞湖的溢洪设施,也可考虑采用加筋型土工膜虹吸管袋。特别是对小型堰塞湖,这种措施具有许多优越性。(4)