蔡耀軍 楊啟貴 欒約生 朱 萌 張亞年 高建華

(①長江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司， 武漢 430010， 中國)

(②水利部長江勘測技術(shù)研究所， 武漢 430011， 中國)

0 引 言

加拉堰塞體物質(zhì)源自雅魯藏布江左岸色東浦溝，位于米林縣加拉村下游約5.7km。加拉村至色東浦溝之間沒有道路連接，加拉村上游至派鎮(zhèn)的道路被堰塞湖部分淹沒或水毀，導(dǎo)致險(xiǎn)情發(fā)生后人們無法近距離實(shí)地觀察，所有信息均依賴于直升機(jī)空中觀察及上下游水文監(jiān)測，缺少完整的堰塞湖形成過程及準(zhǔn)確的堰塞湖數(shù)據(jù)。

2019年3月，課題組開展兩江堰塞湖綜合評(píng)估，對(duì)加拉堰塞湖進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查。調(diào)查范圍上游至堰塞湖庫尾達(dá)林橋、下游至色東浦溝溝口堰塞體。實(shí)測了殘留堰塞體地形，選擇典型堰塞體物質(zhì)進(jìn)行了顆粒組成測試。在加拉橋?qū)崪y了河道斷面，復(fù)核了庫容曲線，調(diào)查了淹沒痕跡及水毀現(xiàn)象，分析了堰塞湖區(qū)次生地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模和失穩(wěn)形式。結(jié)合堰塞湖應(yīng)急搶險(xiǎn)期間獲得的零散數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)分析，還原了加拉堰塞湖兩次堵江及潰決過程。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于雅魯藏布大峽谷，區(qū)域上屬于東喜馬拉雅構(gòu)造帶，為印度板塊與歐亞板塊碰撞的產(chǎn)物(葉唐進(jìn)等， 2019)。東喜馬拉雅構(gòu)造帶由3個(gè)地質(zhì)單元組成：岡底斯單元、雅魯藏布單元及喜馬拉雅單元。區(qū)內(nèi)嘉黎斷裂、米林?jǐn)嗔鸭按蠖煽〝嗔训却笮妥呋瑪嗔芽刂浦鴸|喜馬拉雅構(gòu)造帶的格局。

研究區(qū)為典型的高山峽谷地貌，由一系列的高山、峽谷和河流相間組成。該地區(qū)的海拔高度約為1303m至7782m，最高峰為堰塞體南東側(cè)17000m處南迦巴瓦峰(海拔7782m)，其次為堰塞體北側(cè)10km處加拉白壘峰(海拔7294m)。

本區(qū)出露巖石以片麻巖為主，堰塞體北側(cè)(左岸)出露中-新元古界念青唐古拉群(Pt2-3N)灰黑色斜長角閃片麻巖、二云斜長片麻巖等，堰塞體南側(cè)(右岸)出露中-新元古界南迦巴瓦群(Pt2-3Nj)灰白、灰黑色黑云鉀長片麻巖、眼球狀二長片麻巖等，表部巖體受凍融改造強(qiáng)烈(趙建軍等， 2019)。

色東浦溝位于雅魯藏布江左岸加拉白壘峰南坡(圖1)，溝口高程2740m，溝源高程6745m，平均縱坡降237‰，流域面積67km2。高程5000m至溝口之間分布大量的冰磧物，推測厚度20～50m，初步估算體積超過3億立方米。溝底寬度250～500m。當(dāng)?shù)啬杲涤炅砍^4000mm，山頂常年積雪。冰川前緣分布高程約4000m，冰川面積約24km2。

圖1 色東浦溝位置Fig. 1 Location of Sedongpu Gully

加拉堰塞體物質(zhì)主要源于3500～5000m左右高程的冰磧物，直升機(jī)在4000m高程可觀察到由冰磧物運(yùn)動(dòng)而形成的寬約100m的新溝道，溝壁高約20～40m。冰磧物物質(zhì)高速?zèng)_出溝口時(shí)，在溝壁留下了高20～30m的鏟刮痕跡，其中左側(cè)約20m，右側(cè)約30m。

據(jù)姚檀棟(2018)觀察，堰塞體源于色東浦溝源頭的冰崩，冰崩體帶著冰丘一直推到江邊。溝源發(fā)育16條冰川，這次冰崩發(fā)生在其中最長的一條冰川。從堰塞湖發(fā)生前的衛(wèi)星影像看到，色東浦溝源東側(cè)冰川在5000m高程一帶分布規(guī)模巨大的多條裂縫，冰川斷裂是這次堵江事件的直接誘因。

1.2 前期地震

2017年11月18日米林發(fā)生6.9級(jí)地震，震中位置：北緯29.75°，東經(jīng)95.02°，震源深度10km，震中位于色東浦溝東北側(cè)10km，當(dāng)天還發(fā)生4.0～5.0級(jí)余震3次。地震引發(fā)周邊魯朗鎮(zhèn)、派鎮(zhèn)、扎西崗村、羅布村近3000戶房屋不同程度受損，加拉村和達(dá)林村出現(xiàn)塌方。強(qiáng)烈震動(dòng)引發(fā)冰川躍進(jìn)和斷裂促成了2018年10月冰川泥石流活動(dòng)。

2 堵江事件

2.1 色東浦溝前期堵江事件

2010年開展1︰10000地形測繪時(shí)，色東浦溝口分布有形成于1984年以前的殘留堰塞體(圖2)，其地面最大高程2752m，河道位于殘留體左側(cè)，流道進(jìn)口水位2737～2740m，下游水位2731～2735m。2017年10月以前，流道一直位于河道左側(cè)，盡管2014年曾經(jīng)因泥石流活動(dòng)而短暫堵塞河流，但漫頂潰決后新流道仍然從左側(cè)通過。2017年10月下旬發(fā)生泥石流堰塞，潰決后流道改為左右兩側(cè)通過； 2017年12月下旬發(fā)生泥石流后左側(cè)流道被堵塞。堰塞體高程約2750m，右側(cè)河床高程約2735m。

圖2 色東浦溝口殘留堰塞體形態(tài)Fig. 2 Residual barrier body at Sedongpu gully outlet

2.2 加拉堰塞湖第一次形成

10月18日18時(shí)32分，正在堰塞湖庫尾達(dá)林橋觀測水位的水文人員發(fā)現(xiàn)下游有高達(dá)近10m的涌浪向達(dá)林橋襲來，橋面混凝土梁隨即便被涌浪沖毀(圖3)。為了查明涌浪原因，課題組從達(dá)林橋開始，向下游沿岸調(diào)查了可能引發(fā)涌浪的崩塌滑坡泥石流，發(fā)現(xiàn)：(1)加拉村上游“之”字形道路高程2780～2802m的混凝土路面和路基全部損毀(圖4)，顯示遭受波浪強(qiáng)烈沖擊。加拉橋右岸輔路混凝土路面被沖向上游1～2m，加拉懸索橋橋面錯(cuò)位約0.5m； (2)堰塞湖沿岸2770～2805m高程范圍的樹木被連根拔起或攔腰斬?cái)嗖⒌瓜蛏嫌?圖5)； (3)沿途僅發(fā)現(xiàn)數(shù)處最大規(guī)模數(shù)萬方的坍塌，未見到可能引發(fā)巨大涌浪的岸坡失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖3 達(dá)林橋損毀前后形象Fig. 3 Dalin bridge before and after damagea. 被毀前； b. 被淹沒中； c. 被毀后現(xiàn)狀本文照片均由蔡耀軍拍攝

圖4 加拉村上游2802m高程被毀道路Fig. 4 Destroyed road 2802m upstream of Jiala Village

圖5 堰塞湖區(qū)右岸倒向上游的樹木Fig. 5 Trees falling upstream

2.3 加拉堰塞湖第2次形成

3 堰塞體物質(zhì)組成

加拉堰塞湖位于東喜馬拉雅構(gòu)造帶，左岸出露元古界念青唐古拉群(Pt2-3N)深灰色斜長角閃片麻巖、二云斜長片麻巖等，右岸出露元古界南迦巴瓦群(Pt2-3Nj)灰白、灰黑色黑云鉀長片麻巖、眼球狀二長片麻巖等。

2019年3月調(diào)查時(shí)，殘留堰塞體地面高程2760～2820m，處于飽水狀態(tài)，可見較多不規(guī)則的冰塊融化后形成的空洞。平面可分為5個(gè)區(qū)，主要由灰黃色物質(zhì)(I區(qū))和灰黑色物質(zhì)(Ⅱ區(qū))組成，見圖6。

圖6 加拉堰塞體平面分區(qū)Fig. 6 Lithology distribution of barrier body

I區(qū)為16日、18日冰川泥石流堆積，表面呈淺灰、灰黃色(圖7)，顆粒粒徑多為2～40cm，次棱角狀，夾少量砂，個(gè)別塊石大于1.5m，現(xiàn)場顆分試驗(yàn)曲線見圖7。地表測試樣品受水流沖刷影響，顏色偏淺，細(xì)粒物質(zhì)偏少約20%～30%，結(jié)合流道側(cè)壁露頭觀察，I區(qū)土石比大致為6︰4，d50大致為30～40mm，顏色以灰-灰黃色為主。

圖7 堰塞體I區(qū)物質(zhì)及顆分曲線Fig. 7 Material and grading curve of zone I

Ⅱ區(qū)為29日泥石流堆積，呈褐色、灰黑色，由粉質(zhì)壤土、砂、角礫和碎塊石組成，土石比約7︰3，顆分試驗(yàn)曲線見圖8。Ⅱ區(qū)基本沒有受到水流沖刷改造，代表原始物質(zhì)組成。

Ⅲ區(qū)為色東浦溝殘留堆積物，覆蓋于色東浦溝溝口以上整個(gè)泥石流流通段。堆積物呈褐色夾雜灰黑色，由含塊石的碎石土組成，其中粉質(zhì)壤土占30%～35%，砂礫約占30%，碎石占25%～30%，塊石占10%～15%，土石比約為7︰3～8︰2。表面受溝內(nèi)流水沖刷影響，塊石含量較高，偶含漂礫(圖9)。塊石成分以灰黑色斜長角閃片麻巖、二云斜長片麻巖等為主。

圖9 色東浦溝內(nèi)堆積物Fig. 9 Deposit in Sedongpu Gully

從以上現(xiàn)場調(diào)查和顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果可知，3個(gè)區(qū)的物質(zhì)組成存在一定差異，但總體上以次棱角狀砂礫為主，具有冰磧物的典型特征。堆積體處于飽和狀態(tài)，地貌形態(tài)具有泥石流特征，地面及潰口側(cè)壁存在較多冰塊融化后留下的空洞。分析推測在高位冰川斷裂崩塌沖擊溝底冰磧物時(shí)，飽和的冰磧物獲得能量后呈泥石流狀態(tài)高速?zèng)_向河道，堵塞河道形成堰塞湖。

加拉堰塞體與相鄰的2000年易貢堰塞體在成因和物質(zhì)組成上存在一定差異。易貢堰塞體由雜木弄溝后緣大規(guī)模巖崩觸發(fā)、溝內(nèi)堆積物以碎屑流形式高速入江堆積而成，堰塞體物質(zhì)以溝內(nèi)堆積物為主，夾雜少量巖崩大塊石，堆積區(qū)地面起伏大。加拉堰塞體由冰崩觸發(fā)，溝內(nèi)飽和堆積物以泥石流形式快速入江，堆積區(qū)地面平坦，含水率高，抗沖刷性能差，致使堰塞體漫頂后很快潰決。

4 堰塞體體積及潰決特征

4.1 潰后殘留體積

由于搶險(xiǎn)期間無法實(shí)地測量，當(dāng)時(shí)估計(jì)的堰塞體體積差異較大，范圍為數(shù)百萬到2000×104m3。金興平(2019)估算的體積為(4000～6000)×104m3，較為接近實(shí)際。

4.2 第1次堰塞湖堰塞體積

第1次堰塞湖由16日、18日兩次泥石流活動(dòng)形成。第1次泥石流入江堆積奠定了加拉堰塞體的主體。依據(jù)18日空中觀察的湖水位與堰頂高程相對(duì)關(guān)系，推測堰塞體順江長約2km、寬500～850m，堰頂右側(cè)埡口高程2805～2810m，堆積高度約75m?？鄢拥罋埩粞呷w200×104m3，估算16日入江堆積體積約4800×104m3。

18日下午，色東浦溝發(fā)生第2次泥石流，入江方向偏上游，引發(fā)強(qiáng)烈涌浪。根據(jù)19日堰塞湖潰前最高水位推算，第2次泥石流部分加積在第1次泥石流堆積體上，使堰塞體埡口高程由2805～2810m增加到2823～2824m，當(dāng)時(shí)直升機(jī)空中估測埡口高程為2830m。估算第2次入江體積(1500～2000)×104m3，兩次入江總體積約6500×104m3。

第1次堰塞湖潰決后，水位下降72m，湖水位穩(wěn)定在2753m左右。潰口底寬60～70m，頂寬約130m，潰口深度77m，潰深占比接近5/6。殘留堰塞體體積約4600×104m3。

4.3 第2次堰塞湖堰塞體積

此次泥石流物源與16、18日泥石流不同，顏色更深，顆粒更細(xì)(圖10)，推測來自色東浦溝主溝積存的冰磧物。泥石流入江方向偏下游，主要堆積在溝口正前方及下游，第1次堰塞湖潰決形成的潰口被再次堵塞至高程2802m左右，下游堰塞體加長約200m，推算入江體積約1050×104m3。加上之前殘留，堰塞體體積5650×104m3。

圖10 流道左側(cè)灰黑色堰塞體Fig. 10 Barrier body at left bank of new channel

第2次堰塞湖潰決后，流道進(jìn)口水位穩(wěn)定在2765m附近，較2018年泥石流堰塞前雍高約25m，較2018年10月19日堰塞湖第1次潰決后的水位抬升約12m。第2次潰深45m，占比約2/3。流道下游水位2757m，較2018年堰塞湖事件之前水位抬高約25m，顯示堰塞湖下游河道出現(xiàn)淤積。2019年3月現(xiàn)場測量的流道高程與2018年潰決剛剛結(jié)束時(shí)的高程基本相同，即流道沒有進(jìn)一步下切，一方面與流道內(nèi)殘留大量塊石、抗沖性強(qiáng)有關(guān)，另一方面與左側(cè)殘留堰塞體向潰口臨空面方向持續(xù)蠕變有關(guān)，堰塞體地表大量分布的平行河流方向的拉裂縫顯示這一變形不可忽視。

4.4 堰塞湖潰決特點(diǎn)

加拉堰塞湖潰決有3個(gè)鮮明特點(diǎn)： ①堰塞湖漫頂后至潰決歷時(shí)很短，第1次堰塞湖自漫頂至入湖與出湖流量達(dá)到平衡所用時(shí)間(t1)為0.75h，之后到潰口出現(xiàn)洪峰所用時(shí)間(t2)為2.25h。第2次堰塞湖t1為1.5h，t2僅2h。與庫容規(guī)模或潰決洪峰流量相當(dāng)?shù)难呷啾?，其發(fā)展速度快3～23倍。與高度相當(dāng)、長/高比更小的堰塞體相比，其發(fā)展速度也快很多(表1)。表1中，H為堰塞體埡口高度(括號(hào)內(nèi)為引流槽開挖后高度)，L/H為堰塞體長/高比值； ②加拉堰塞湖潰深占比較大，第1次達(dá)到5/6，第2次達(dá)到2/3，而大多堰塞湖潰深占比為1/3～1/2。但潰口寬度較小，第1次底寬60～70m，第2次底寬30～100m，明顯小于河流規(guī)?；蜓呷w規(guī)模相似的金沙江白格、西藏易貢、唐家山等的潰口(金興平， 2019; Li et al.，2021)； ③與同等規(guī)模堰塞湖相比，加拉堰塞湖潰口洪峰流量略偏大。

表1 典型堰塞湖潰流發(fā)展特征參數(shù)(劉寧等， 2016； 蔡耀軍等， 2021)Table 1 Breach parameters of typical barrier lakes

圖11 潰時(shí)(t1，t1+t2)與上游來水量統(tǒng)計(jì)關(guān)系Fig. 11 Statistic relation between upstream income and breach times

圖12 堰塞湖潰決試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig. 12 Barrier lake breach model

5 堰塞體危險(xiǎn)性及人工干預(yù)可能性

5.1 堰塞體危險(xiǎn)性

加拉堰塞湖形成后，上游主要威脅米林縣加拉村、直白村和赤白村，下游主要威脅墨脫縣7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)19個(gè)行政村，涉及居民房屋、交通、供水設(shè)施及電力通訊設(shè)施。受影響人口16600人， 10月18日兩縣組織疏散撤離7100余人。

表2 堰塞體危險(xiǎn)性分級(jí)與評(píng)價(jià)指標(biāo)(楊啟貴等， 2021)Table 2 Danger classification and evaluation index of barrier body(Yang et al.，2021)

從堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)人口、受影響的城鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施及生態(tài)環(huán)境等4個(gè)方面衡量(Cai et al.，2020； Wang et al.，2021)，加拉堰塞湖災(zāi)損嚴(yán)重性為較嚴(yán)重級(jí)別，采用規(guī)范查表法得到堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)。同時(shí)采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、加權(quán)取整法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)估法，分別得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。綜合4種方法評(píng)估結(jié)果，加拉堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)水平?、?Ⅲ級(jí)較為合適。

5.2 人工干預(yù)可行性

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)達(dá)到Ⅱ級(jí)的堰塞湖，通常需要采取工程措施進(jìn)行干預(yù)，以降低堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)。

加拉堰塞湖發(fā)生后，唯一的對(duì)外通道-派鎮(zhèn)至加拉的村道中斷，加拉村至色東浦溝之間5.7km沒有道路，大型搶險(xiǎn)機(jī)械設(shè)備無法通過陸路進(jìn)場。而且由于18日泥石流活動(dòng)引發(fā)強(qiáng)烈涌浪，從上游水路進(jìn)場也存在很大風(fēng)險(xiǎn)，下游不具備通航條件，因此僅存從空中進(jìn)場的一種可能。

堰塞體形成時(shí)處于飽和狀態(tài)，強(qiáng)度低。2019年3月，即時(shí)隔4個(gè)月后開展現(xiàn)場調(diào)查時(shí)，堰塞體仍然處于松軟狀態(tài)，地面行走不時(shí)出現(xiàn)下陷。堰塞體剛形成時(shí)處于軟塑狀態(tài)，大型機(jī)械無法直接在堰塞體上行駛施工。

堰塞體規(guī)模巨大，上游來水量大，水位上漲快，可利用的施工時(shí)間僅2d，不具備工程干預(yù)的條件。

因此，從客觀條件講，對(duì)加拉堰塞體開展工程干預(yù)的可能性基本沒有。而通過人員轉(zhuǎn)移避險(xiǎn)，則可以顯著降低潛在災(zāi)損。

6 結(jié)論與展望

(1)加拉堰塞體是冰川崩塌撞擊溝內(nèi)堆積物、觸發(fā)泥石流活動(dòng)而形成。堰塞體含水率高，夾雜冰塊，抗沖性能差，漫頂過流后下切迅速，具有潰時(shí)短、潰深大的特點(diǎn)。但由于左側(cè)堰塞體向潰口臨空方向蠕變，潰口寬度明顯變小。

(2)色東浦溝3次活動(dòng)入江堆積體積分別達(dá)到4800×104m3、(1500～2000)×104m3、1050×104m3。前兩次活動(dòng)形成第1次堰塞湖，第3次活動(dòng)形成第2次堰塞湖。兩次堰塞湖最大蓄水量分別達(dá)6.0×108m3和3.26×108m3，潰深分別達(dá)77m、45m。

(3)加拉堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ-Ⅲ級(jí)，不具備人工干預(yù)的條件，只能依靠非工程措施降低堰塞湖帶來的次生災(zāi)害損失。