512汶川大地震前堰塞湖的形成與影響

512汶川大地震前堰塞湖的形成與影響

由于四川四川地震，許多山區(qū)發(fā)生了滑坡。堰塞湖的險情,牽動著億萬人的心?，F(xiàn)在對于堰塞湖,可謂家喻戶曉?！把呷币辉~是一個屬于地質(zhì)學與地理學領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語,因而此前不為一般人熟知,《現(xiàn)代漢語詞典》也未收入。不過筆者還是有幸在自己的書櫥中找到了兩本收有該詞的辭書,一本是1985年商務印書館出版的《漢英詞典》,另一本是1974年臺灣商務印書館出版的《云五社會科學大辭典》。這兩部辭書都將“堰塞湖”堂而皇之地收為詞條?？梢?堰塞湖一詞早已有之,并不生辟,亦非生造。實際上,堰塞湖從古老的年代開始就與人類社會息息相關(guān)。更有意思的是,有些堰塞湖就在我們身邊,我們卻有眼不識泰山。如重慶的小南海就是因地震時產(chǎn)生的山體滑坡阻塞河道形成的堰塞湖,只是我們過去沒在意或沒有意稱它是堰塞湖罷了。1山體滑坡的成因堰塞湖(barrierlake;dammedlake;checkeduplake)是河道、凹地因種種原因堵塞后貯水所形成的湖泊。堵塞體稱堰塞體。堰塞體實際上是一座天然水壩,堰塞湖實際上是一座水庫。堰塞湖主要有以下一些類型:(1)地震堰塞湖。由地震活動產(chǎn)生的山體滑坡形成的堰塞湖。相應的堰塞體也稱“地震壩”。我國重慶黔江上的小南海,就是在清代(1856年)因地震活動形成的一座堰塞湖,壩長約100m,壩高約30m。由于后來又人為開設(shè)了溢洪道,因此它能與人工水壩工程比美,現(xiàn)已成為旅游勝地,并享有“深山明珠”等美譽。對其成因,李四光曾有“冰窖”之說。(2)山崩堰塞湖。由特殊地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的山體滑坡形成的堰塞湖。相應的堰塞體也稱“山崩壩”。我國陜西的天池則是由特殊的地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生山體滑坡堵塞了太乙河形成的堰塞湖。天池也稱太乙池。(3)泥流堰塞湖。由地震等活動產(chǎn)生的泥石流形成的堰塞湖。(4)熔巖堰塞湖。由火山爆發(fā)產(chǎn)生的熔巖流形成的堰塞湖。我國有多座著名的熔巖堰塞湖,如:①黑龍江省東南部的鏡泊湖。它是經(jīng)5次火山爆發(fā)由熔巖流堵塞河道形成的。②黑龍江省的五大連池。由14座火山爆發(fā)形成,在河道上形成了5個一連串的堰塞湖,③新疆的天山天池。天山天池距烏魯木齊110km,湖面呈半月形,長3400m,最寬處1500m,最深105m,有“天山明珠”的盛譽。(5)冰磧堰塞湖。由冰川消退時產(chǎn)生冰凌形成的堰塞湖。我國的黃河、黑龍江、松花江都易形成這種堰塞湖。我國黃河每值冬春季節(jié),在多灣多灘的河段,以及下游氣溫低于上游氣溫的河段(如黃河下游的某些河段,寧夏到內(nèi)蒙的自南向北的河段都存在有這種溫差現(xiàn)象)易發(fā)生冰凌插塞堆積現(xiàn)象,嚴重時便形成了冰磧堰塞湖,對上下游構(gòu)成威脅。冰凌堆積體稱“冰壩”。誠如上述,山體滑坡可以堵塞河流形成水庫;然而,世界上還有一個與此完全相反的、也許是絕無僅有的史實:滑坡體竟然會使已有的水庫消失—這就是意大利的瓦依昂(Vajont)壩庫區(qū)的一次特大山體滑坡,滑坡體將該水庫填滿,原有水庫不復存在。庫水漫過壩頂時,漫頂水深超過100m,在不到7min的時間里,就沖毀了下游1個市鎮(zhèn)和5個村莊,死亡2600余人。這一山體滑坡發(fā)生在1963年10月9日,這一天就成了壩工歷史上最為悲慘的日子。該滑坡體方量竟達2.4億m3,而當時的庫容僅1.2億m3。該壩是世界最高的薄拱壩,壩高265m,現(xiàn)在卻成了一座不蓄水的被廢棄的壩。2壩體防滲的治理方案在發(fā)生山體滑坡形成堰塞湖的初期,如果堰塞湖對上下游的人民生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅時,就要進行緊急排險處理。排險處理措施主要有:(1)開挖溢洪道。在堰塞湖岸開挖溢洪道(或明渠)是處理堰塞湖的常用方法,如圖1。溢洪道通常都是將湖水排泄到堰塞體下游的原河道,也可考慮排泄到相鄰河道或相鄰河道的水庫中(要具有這種地形條件,同時在所泄湖水對相鄰河道或相鄰河道的水庫不帶來危害的情況下才予考慮)。在采用溢洪道(明渠)排泄堰塞湖水時,在選線時要注意選在埡口處,以節(jié)省開挖量,同時還要注意土質(zhì)問題。如果是土料,開挖較容易,但防沖刷措施就較困難。如果是巖石,開挖較難,甚至要爆破,但能防沖刷。汶川大地震中形成的唐家山堰塞湖,就采用了開挖明渠的措施泄流,并取得了很大的成功。被堰塞體攔蓄了近1個月的湖水,順利地通過明渠排泄到了下游,下游130余萬人民群眾的生命財產(chǎn)得到了安全。明渠位于右岸,其工程規(guī)模巨大,長約700m,寬40～50m。1963年2月,前南斯拉夫與保加利亞接壤處發(fā)生了一次大的滑坡,形成了堰塞湖。因又遇暴雨,湖水猛漲,形將漫過堰塞體。為防止堰體潰決,便在左岸較完整的巖石上開挖了一條溢洪道,排除了險情。(2)在堰塞體上開挖泄水槽。如果堰體是碎石土料,很松散,在湖水經(jīng)泄水槽下泄時,極易遭受沖淘,嚴重時甚至可使堰體潰決。為增強泄水槽的抗沖刷能力,確保排泄的順利進行,建議:①泄水槽的橫斷面開挖成梯形,槽的縱斷面呈流線形;②開挖后,泄水槽要夯實;③在槽內(nèi)鋪以加筋型土工膜,并延伸至堰體下游腳;④土工膜的搭接處采用粘接或焊接;⑤土工膜的上游端采用埋入式錨固,并用土工合成材料石籠加固(見圖2),其余各部分均采用帶帽的錨固樁固定,錨固樁呈梅花形布置;⑥在下游壩腳處設(shè)置土工合成材料石籠對土工膜起壓重和防沖消能作用。(3)用虹吸管袋排泄湖水。土工合成材料(geosynthetic)在近二三十年來,已在水利工程中發(fā)揮了革命性的作用,在不少方面取代了傳統(tǒng)的方法,改變了傳統(tǒng)的觀念,如在防汛搶險中早已不用草袋而用土工編織袋,用無紡土工布可有效處理堤壩管涌,三峽圍堰工程中采用復合土工膜防滲等等。在處理堰塞湖險情時,如果也采用這種先進科技土工材料,會節(jié)省大量人力、物力,處理會更有效、更快。這里建議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與螺旋鋼絲做成,如圖3。管內(nèi)用螺旋鋼絲起支撐作用,并承受泄水時管內(nèi)的負壓。管袋首、尾端封閉并設(shè)簡易的拉鏈式開口(也可設(shè)蝴蝶閥式開口)。中間一定部位亦設(shè)拉鏈式開口,用于注水。放置于堰塞體上的情況如圖4。使用程序是:(1)如圖4將管袋置于堰體上,首、尾部拉鏈式開口關(guān)閉。(2)用人工或水泵從中部開口處向管內(nèi)注水,至充滿為止,并關(guān)閉該開口。(3)打開首、尾開口,形成虹吸式排泄。(4)將湖水水面降至計劃高程(但須注意水位降得太低,即h值太大時,虹吸現(xiàn)象就破壞了,一般要求管內(nèi)真空值不宜超過8m水柱高)。(5)此后的河道來水仍然可以通過管袋排泄。(6)經(jīng)以上排泄后,如所剩湖水不致對下游產(chǎn)生威脅,也可用爆破法將堰塞體開出通道宣泄河道來水。按圖4所擬水頭,粗估管袋能排泄的流量如表1。對某一堰塞湖可同時使用多條管袋。從表1可知,比如對直徑70cm的管袋,用1條,10d可排泄600萬m3。同時用5條,2d就可排泄600萬m3。管袋可重復使用。管袋加工、運輸都很方便。3堰塞體的處理對有險情的堰塞湖,需采取上述緊急處理措施。但對于那些對上下游不構(gòu)成威脅,或者經(jīng)處理后,堰塞體還可加以利用,那么,就可將這些堰塞體或堰塞湖永久保留,并改造成永久性的水壩和水庫,將害轉(zhuǎn)化為利。堰塞體是一個山體滑坡的自然堆積體,其組成部分可能是尺寸很大的石塊,也可能是碎屑土石,但都是松散的。對于這樣的松散體要保留下來成為永久性的壩體,就要進行處理。處理包括兩方面:①處理堰塞體;②設(shè)置溢洪道。(1)壩體防滲的措施包括堰塞體加固與防滲處理:①堰塞體加固。對不滿足穩(wěn)定要求的斷面,要補填。對特別松散的部位,加以壓實。②防滲處理。最簡單易行的措施,就是在上游面鋪設(shè)土工薄膜防滲。如果壩體穩(wěn)定無問題,河道泥沙含量又大,甚至可以考慮不作人工防滲處理。作這種考慮,可以借鑒于河貍壩(beaverdam)。河貍壩是由河貍筑成的壩。河貍筑壩只是在要筑壩的位置緊密地鋪設(shè)樹枝即可,之后,河道中的泥沙與雜物會自然地填塞樹枝間的空隙,達到壩體防滲效果。如果對堰塞體不作人為防滲處理(滿足上述條件時),也可以說是從仿生學得到的啟示。(2)建造洪水收集設(shè)施常用的措施是在庫岸開挖溢洪道,有條件也可在壩體上設(shè)溢洪道。4堰塞湖的保留(1)可能對上下游造成威脅的堰塞湖,只要及時、科學地予以處理,就可轉(zhuǎn)危為安,將損失減少到最低程度。(2)對可以保留、有使用價值的堰塞湖,只要對堰體進行加固與防滲處理,并考慮泄洪措施,就可變害為利,為人類服務。(3)對保留堰塞湖的溢洪設(shè)施,也可考慮采用加筋型土工膜虹吸管袋。特別是對小型堰塞湖,這種措施具有許多優(yōu)越性。(4)