1.4 堰塞坝险情及应急处置
堰塞坝是由滑坡、崩塌或者泥石流等地质灾害形成的堆积体,未经人工碾压或加固,多由非固结或者次固结的土石混合体组成,没有心墙防止渗流管涌,没有疏干区控制空隙水压力,也没有溢流设施来稳定湖水水位,形成初期多处于不稳定状态,坝高从几米到几百米,库容从几万立方米到几百亿立方米。
堰塞坝的险情就来源于坝体的不稳定与堰塞湖的非正常蓄水,以及演化。不稳定的堰塞坝,坝坡不稳定、渗流不稳定,没有相应的泄洪消能设施,不具备承受蓄水压力的作用,或者不具备承载过高水头差的蓄水压力能力。在堰塞坝一定的极限承载能力范围之内,溃坝之前,库水上涨、堰塞沉积,在坝的上下游形成水头差,加大了堰塞坝的不稳定渗流,威胁坝体稳定。在坝体上游,因孔隙水压力的作用极易引起岸坡再造,造成上游淹没。库水位的进一步上升,坝体面临溃决或者漫顶冲刷溃决的危险,一旦溃决,洪水或者泥石流引起的次生动力地貌灾害(淹没、冲刷、淤积等)将给上下游人民生命财产及生态环境等带来巨大的影响,造成严重的灾害链和各种不良的环境效应,这种灾害及环境效应无论是时间上还是空间尺度上影响都是巨大的。
因此,堰塞坝险情一旦形成,必须引起足够的重视。首先是根据对堰塞坝险情的研判,综合分析坝体结构、材料、水文、下游生命财产分布等,做出是否采取应急处置措施,以及采取何种应急处置措施。一旦需要采取应急处置措施,必须立即执行。
1.4.1 堰塞坝险情
不同的堰塞坝因具有不同的结构、材料、水文环境等特点,其具体的险情内容也不同。综合国内外多数堰塞坝的险情类型,单从坝体险情而言主要包括漫顶溢流、渗流侵蚀、坝坡失稳等。堰塞坝的险情,多数并不是单独存在的,一种险情可能引起其他险情的产生,一种险情也可能由其他多种险情引起,各种险情之间存在由水流与材料控制的相互关联性。分析多数已经溃决的堰塞坝,从险情的产生到发展为灾害,也不是由单一的险情发展积聚而来,基本上都是多重险情发展的结果,例如渗流侵蚀引起坝体滑坡,坝体滑坡降低坝体高度、漫顶溢流,漫顶溢流又加剧了坝坡失稳,彼此之间存在相互影响、互为起因的关系。
在堰塞坝险情的积聚过程中,如果得不到有效处置,将进一步发展成为灾害。其灾害一是指对上游的淹没与生态环境破坏。堰塞坝堵江(河)回水成湖,库区河流由动水向静水转变,随着上游库区水位的升高,造成上游居民和设施的大面积淹没,引起库岸再造、涌浪险滩、堰塞沉积等,其中堰塞沉积将持续整个堵江历时,即从堰塞坝形成到溃坝或者江水携带的沉积物质将库区淤满,持续几小时、几百年或者上千年不等。二是对下游的巨大冲刷破坏。随着库水的升高,在坝顶溢流冲刷或渗流压力的作用下,堰塞坝由于本身潜在的安全隐患及库水漫顶而导致堰塞坝突然溃坝,堰塞湖中的大量蓄水快速下泄,巨大的洪水淹没下游,对水利水电设施、航运与铁路公路、生态环境等造成极大的危害。在我国,2000年形成的易贡堰塞坝所造成的淹没与溃决灾害是较为典型的案例。
2000年4月9日,西藏雅鲁藏布江二级支流易贡藏布下游左岸的扎木弄巴沟上游发生体积达202万m3的雪崩,雪崩顺着百米高的陡坡掀动沿程的松散物质,冲击由巨厚松散堆积物构成的缓坡段,促使其发生滑动。在沿程强烈的侵蚀作用下暴发了国内外罕见的特大规模碎屑流,汇入易贡藏布,使1902年也是由该沟泥石流形成的易贡湖堰塞坝再次加高了60m,形成了坝长达1.5km,总高130m的堰塞坝。上游易贡堰塞湖水位起初上涨速度为0.5m/d,后期由于工程排险施工条件差,泄流工程难以尽快实施,加之雨季到来,湖水上涨速度达到了2.0m/d,使易贡湖的湖水由7.0707亿m3陡增到22.59亿m3,淹没了上游两岸藏汉等各民族居民点、两个乡政府、一家开发公司和闻名世界的易贡茶场基地,淹没房屋面积28036m2,造成1000多人被困、4000多人受灾。6月10日,坝体因坝顶过流冲刷发生溃决,基本上是一溃到底,形成举世罕见的特大洪流,沿易贡藏布进入帕隆藏布,再汇入雅鲁藏布江,经过墨脱县,直泻印度,涌波(洪水波)所到之处荡净了沿程的一切公路、桥梁、耕地和民房。涌波经过堰塞坝下游17km的川藏公路通麦大桥时,水位高达52.07m,高出桥面32m;除川藏公路外,还冲毁了其他公路10km,马道54km,桥梁11座。本次因堰塞坝的淹没与洪水灾害,造成我国境内1万多人受灾,两人死亡,直接损失达2.8亿元;境外,虽然我国也通知了印度,但印度可能未及时采取有效措施,损失十分惨重,据法新社报导,印度北部拉马普特拉河洪水泛滥,造成94人死亡,250万人无家可归,中断印度中部7个邦交通联系。
其他因堰塞坝险情未得到有效解除造成灾害、引起大量经济损失的事件也不在少数。1786年(清朝乾隆五十一年)6月1日四川泸定-康定发生里氏7.75级大地震,在冷碛与田湾之间形成了高70m的滑坡堰塞坝,堰塞湖面积1.7km2,库容500万m3,在余震的作用下于1786年6月10日早上溃决,洪水经过下游的乐山、宜宾与泸州时,造成了超过10万余人的死亡和失踪,这是迄今为止世界上因堰塞坝溃坝造成的最为严重的一次灾难。1917年云南大关地震,因石块堵江,河水暴溢,倒流数千米,后因垮坝造成高浪洪峰,“山谷震摇,顺河流下房屋器具无数,洪涛骇浪中难民尸身漂没者不知凡几”。1933年8月25日四川叠溪里氏7.5级地震,千年古城即刻为地震滑坡和崩塌所毁灭,岷江两岸山坡滑坡(崩塌)形成的3处高达100余米的堰塞坝,14天以后最下游一处堰塞坝溃决形成高约40m的巨浪顺河而下,席卷两岸村镇,洪峰一直冲到下游260km远的地方,将四川灌县以上村镇淹没大半,当时记载“倾湖溃击,奔腾而下,吼声震天地,距水头十数里外,皆可闻见,水速如箭矢,凡沿江崖陡峭之地或江面窄之地及震后倒塌过甚山脚不安之地,受此洪水猛压,也即时倒塌,乱石飞崩,尘雾障天,如大地震再次来临景象”,洪水到达下游200km的都江堰,损坏了鱼嘴工程,导致6800余人在洪水中丧生。1950年8月西藏墨脱里氏8.5级大地震,崩塌、滑坡堵塞河道形成堰塞坝,坝体10多个小时后溃决,形成7m高的巨浪,洪水席卷下游都登、巴昔卡和印度布拉马普特拉河平原,淹没下游成千个村镇,造成严重的人员伤亡和财产损失,其中造成的死亡人数为地震死亡人数的3倍以上。2008年5月12日四川汶川里氏8级地震,地震灾区重要江河的主要支流形成具有一定规模的堰塞湖35处,其中四川省34处,甘肃省1处,分布在5个市(州)9个县(市),其中极高危险级1处(唐家山堰塞湖)、高危险级5处、中危险级13处、低危险级15处,受威胁总人口200余万人。
相比于其他自然灾害,堰塞坝危害在各种自然灾害中占的数量比例不大,但其危害性很强,若蓄水到一定程度,处理不当或遇到强余震、暴雨,则可能造成瞬间溃决,形成大范围洪水灾害。特别是近年来,随着极端气候事件发生频率的提高、区域性强烈地震的影响、工程建设扰动强度的加剧,中国自然灾害,尤其是山地灾害的发生频率与危害明显增加,滑坡、泥石流堵塞大河的现象开始增多,并造成严重灾害。据不完全统计,整个20世纪与21世纪的头十五年,我国因堵江成坝死亡人数超过三万余人,直接经济损失数十亿元。
1.4.2 堰塞坝应急处置
堰塞坝险情能否得到有效解除,依赖于应急处置是否及时、措施是否得当。应急处置有具体的流程、原则,不同类型的堰塞坝、堰塞坝的不同险情,需要选择不同的处置措施,包括应急泄流、泄流槽开挖、局部开挖等。
在堰塞坝的应急处置过程中,同步开展堰塞坝险情的应急管理,包括政府、军队与地方救援人员的领导机构、组织机构、协调机构,任务分工、任务协调、任务配合等。武警水电部队作为国家应急救援的专业队,在近年来的历次堰塞坝险情除险中都发挥了巨大作用,但是在应急处置的过程中,不仅要做好自身的应急处置任务,还必须加强灾害的应急管理工作,重点是加强与地方的组织协调。
对于堰塞坝险情,只要在险情初期,采取及时有效的应急处置措施,处置到位、管理到位,完全能够规避险情,国内外不乏成功的案例。20世纪90年代初,厄瓜多尔针对几起滑坡堵江形成的千万立方米的堰塞湖,在交通不便、经济不发达的情况下,充分估计堵江危害而果断采取开挖溢洪道分流洪水,延缓了溃坝时间,为下游居民及财产安全撤离赢得了时间。1950年以来美国工程兵师团在国内与南美开展了大量堰塞坝的治理与排泄减灾工作,采取开挖溢洪道、机械抽水、修建导流洞等工程措施,有效处置了多起堰塞坝溃坝险情事件。2008年汶川大地震形成的唐家山堰塞湖,在水利部的组织下,经武警水电部队的艰苦鏖战,成功降低了该堰塞湖的危险性,未造成新的人员伤亡,成为堰塞湖处置的典范。
随着科学技术的发展,特别是应急新技术、新装备、新材料的不断出现,以往堰塞坝险情在处置过程中存在的粗放、技术含量偏低、工期长、过度抢险等不足将得到逐步改善,堰塞坝险情的应急处置与管理将变得更加科学、技术更加先进、处置更加合理,由险成灾的可能性也将降低至最低。