欒約生， 朱 萌， 張 亮

(水利部 長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430011)

中國(guó)是堰塞湖高發(fā)地區(qū)，堰塞湖災(zāi)害具有突發(fā)、災(zāi)害鏈長(zhǎng)、災(zāi)損大等特點(diǎn)[1-2]。堰塞湖發(fā)生后，需要對(duì)堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行快速評(píng)估[3-7]。由于堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估涉及的問題較復(fù)雜且不確定性大，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過研究建立了不同的評(píng)價(jià)體系和方法[8-12]。Casagli et al.[8]、Ermini et al.[9]分別在1999年和2003年對(duì)意大利亞平寧北部山區(qū)的70座堰塞體進(jìn)行分析，提出了考慮流域面積和堰塞體體積的堆積指標(biāo)法(BI)和加入堰塞體高度的改進(jìn)堆積指標(biāo)法(DBI)來判斷堰塞體穩(wěn)定性，但這兩種方法都只是堰塞體的危險(xiǎn)性判斷方法?！堆呷L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》(SL450—2009)[10]于2009年頒布，提出了考慮堰塞湖規(guī)模、堰塞體物質(zhì)組成、堰塞體高度的堰塞體危險(xiǎn)性三指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合堰塞湖災(zāi)損(風(fēng)險(xiǎn)人口、重要城鎮(zhèn)、公共或重要設(shè)施)分級(jí)來查表確定堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。此后，Dong et al.[11]、Stefanelli et al.[12]、單熠博等[13]在2011—2020年期間利用邏輯回歸方法，建立了不同的堰塞體穩(wěn)定性判別方法。最近，蔡耀軍等[14-15]基于大量堰塞湖歷史案例和典型堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)觀察成果，提出了基于堰塞湖形成和潰決機(jī)理的堰塞湖八指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系和多種判別方法(綜合評(píng)估查表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法等)，該指標(biāo)體系首次將上游來水量和災(zāi)損的生態(tài)環(huán)境影響納入堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了快捷科學(xué)的評(píng)判方法，其中的綜合評(píng)估查表法和模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法被《堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分與應(yīng)急處置技術(shù)規(guī)范》(SL/T 450—2021)[16]采納。其他學(xué)者也還在不斷研究和優(yōu)化堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法體系，并拓展至應(yīng)急處置等方面[17-21]，為開展堰塞湖快速評(píng)估和應(yīng)急處置提供了合理的方法。

2018年雅魯藏布江加拉堰塞湖發(fā)生后，需要準(zhǔn)確判斷堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在對(duì)該堰塞湖的堰塞體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察并取樣的基礎(chǔ)上，收集整理了堰塞湖的基本資料，采用不同的風(fēng)險(xiǎn)判斷方法對(duì)該堰塞湖進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。綜合分析后推薦了加拉堰塞湖的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，可以為類似堰塞湖的快速評(píng)估和應(yīng)急處置提供參考。

1 堰塞湖形成過程

2018年10月，西藏自治區(qū)米林縣派鎮(zhèn)加拉村北東5.7 km的色東浦溝(雅魯藏布江左岸)發(fā)生多次泥石流活動(dòng)，堵塞雅魯藏布江河道并形成堰塞湖。泥石流主要是由受氣候變暖影響發(fā)生崩塌的冰川崩塌物撞擊溝道堆積物而形成的。加拉堰塞湖形成過程如下：

(1) 10月16日發(fā)生第一次泥石流。泥石流形成于當(dāng)日23：00—24：00，堰塞體順江長(zhǎng)約2 km，估算入江體積約4 000萬～6 000萬m3，庫(kù)容約6.0億m3。

(2) 10月18日發(fā)生第二次泥石流。當(dāng)日下午色東浦溝發(fā)生第二次泥石流活動(dòng)，泥石流主要堆積在“10·16”泥石流堰塞體的上部及上游側(cè)，堆積后順江長(zhǎng)約2.3 km，估算入江體積約2 000萬m3，其中約1 000萬m3直接進(jìn)入上游堰塞湖。

(3) 10月29日發(fā)生第三次泥石流。當(dāng)日約9：30，色東浦溝泥石流再次活動(dòng)(照片1),泥石流主要堆積在溝口附近及下游側(cè)，堰頂?shù)孛婕痈呒s1～5 m，剛剛形成的流道被堵塞至2 819 m高程，估算入江體積約1 000萬m3，庫(kù)容約3.2億m3。

照片1 加拉堰塞體(影像源自央視新聞網(wǎng))

(4) 10月31日堰塞湖潰決。堰塞湖潰決后，湖水位穩(wěn)定在2 757 m高程，較泥石流發(fā)生前雍高15～17 m，較堰塞湖第一次潰決(10月19日)后的水位抬升約5～7 m。

2 堰塞體物質(zhì)結(jié)構(gòu)

加拉堰塞體位于東喜馬拉雅構(gòu)造帶，區(qū)內(nèi)斷層密布，地震構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，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(zhǎng)角閃片麻巖、二云斜長(zhǎng)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(zhǎng)片麻巖、眼球狀二長(zhǎng)片麻巖等。堰塞體處的枯水期水面高程約2 756 m，河谷呈不對(duì)稱的“V”形。堰塞體表部高程約2 819～2 840 m，表部松軟，含水量高，可見大量冰塊融化后形成的不規(guī)則空洞。堰塞體經(jīng)過多次堵江活動(dòng)，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)可見較明顯的分層現(xiàn)象(圖1)。

圖1 加拉堰塞體地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)加拉堰塞體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分為5個(gè)物質(zhì)分區(qū)(圖2)。Ⅰ區(qū)主要為“10·18”泥石流超覆于“10·16”泥石流形成的堵江物質(zhì)分布區(qū)，主體呈灰白色夾灰黃色，物源為原色東普溝內(nèi)的冰磧物和溝側(cè)坡表堆積物，塊徑多為0.1～0.4 m(圖3)，偶見塊徑>1.5 m；在堰塞體上游段局部覆蓋含礫中粗砂，物源為原河床沉積物。Ⅱ區(qū)為“10·29”泥石流堵江物質(zhì)分布區(qū)，呈褐色夾灰黑色，物源主要為色東普溝內(nèi)的前期泥石流殘留物，由粉質(zhì)壤土、角礫和碎塊石組成，塊(粒)徑多<0.1 m(圖4)。Ⅲ區(qū)為泥石流流通區(qū)，物質(zhì)主體為色東普溝內(nèi)冰磧物及少量崩坡積碎石土，以含塊石的碎石土為主。Ⅳ區(qū)為堰塞體鏟刮坍塌回落區(qū)，塊礫石含量較高。Ⅴ區(qū)為氣蝕浪蝕區(qū)，以基巖邊坡為主，覆蓋少量殘坡積碎石土。

圖2 加拉堰塞體物質(zhì)分區(qū)

圖3 加拉堰塞體Ⅰ區(qū)物質(zhì)顆分曲線

圖4 加拉堰塞體Ⅱ區(qū)物質(zhì)顆分曲線

3 堰塞體危險(xiǎn)性評(píng)估

堰塞體危險(xiǎn)性影響因素主要為堰塞湖庫(kù)容、上游來水量、堰塞體物質(zhì)組成和幾何形態(tài)4個(gè)指標(biāo)，采用《堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分與應(yīng)急處置技術(shù)規(guī)范》(SL/T 450—2021)[16]規(guī)定的堰塞湖危險(xiǎn)性分級(jí)指標(biāo)(表1)進(jìn)行堰塞體危險(xiǎn)性評(píng)估，其綜合判別公式如下：

表1 堰塞體危險(xiǎn)性分級(jí)指標(biāo)

A=a1A1+a2A2+a3A3+a4A4

(1)

式中：A為綜合判別的分值；a1、a2、a3、a4為4個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)權(quán)重值，可全部取為0.25，也可根據(jù)4個(gè)指標(biāo)的影響程度作適當(dāng)調(diào)整，但其和為1；A1、A2、A3、A4為4個(gè)指標(biāo)的危險(xiǎn)性級(jí)別對(duì)應(yīng)的分值，極高危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)分別賦值為4、3、2、1。當(dāng)A≥3.0時(shí)，堰塞體為極高危險(xiǎn)；當(dāng)2.25≤A<3.0時(shí)，堰塞體為高危險(xiǎn)；當(dāng)1.5≤A<2.25時(shí)，堰塞體為中危險(xiǎn)；當(dāng)A<1.5時(shí)，堰塞體為低危險(xiǎn)。

“10·29”加拉堰塞湖庫(kù)容約3.2億m3,上游來水量約1 600 m3/s,主要堰塞體物質(zhì)組成d50為10～80 mm(平均約35 mm)，堰塞體埡口最大高度約60 m，堰塞體順河向長(zhǎng)度約2 200 m，堰塞湖庫(kù)容、上游來水量、堰塞體物質(zhì)組成d50、堰塞體幾何形態(tài)的危險(xiǎn)性級(jí)別分別為極高危險(xiǎn)、極高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)?？紤]該堰塞體為泥石流成因，堰塞湖庫(kù)容和上游來水量都較大且堰塞體長(zhǎng)高比>33，而其物質(zhì)組成相對(duì)其他3個(gè)指標(biāo)對(duì)堰塞體危險(xiǎn)性影響更敏感，故將該指標(biāo)的權(quán)重取值增大，最終將4個(gè)指標(biāo)權(quán)重分別賦值為0.24、0.24、0.28、0.24，由式(1)計(jì)算出堰塞體危險(xiǎn)性綜合判別分值為3.0，屬極高危險(xiǎn)。

4 堰塞湖損失嚴(yán)重性分級(jí)

加拉堰塞湖損失嚴(yán)重性分級(jí)指標(biāo)采用《堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分與應(yīng)急處置技術(shù)規(guī)范》(SL/T 450—2021)[16]推薦的方法(表2)，以單項(xiàng)分級(jí)指標(biāo)中損失嚴(yán)重性最高的一級(jí)作為該堰塞湖損失嚴(yán)重性的級(jí)別，分別確定堰塞湖淹沒損失和潰決損失，按兩者較高的損失級(jí)別作為判定等級(jí)。

加拉堰塞湖回水長(zhǎng)度約26 km，造成庫(kù)區(qū)的加拉懸索橋、加拉對(duì)外公路和土地淹沒，浪涌還損毀了達(dá)林橋和大量樹木。2018年10月31日上午堰塞湖潰決后，下游德興水文站于當(dāng)日17：00流量起漲，于18：30出現(xiàn)最大流量12 500 m3/s；下游墨脫縣城于11月1日大約9：00水位回落至正常，堰塞湖險(xiǎn)情緩解。加拉堰塞湖險(xiǎn)情發(fā)生后，西藏自治區(qū)黨委及人民政府第一時(shí)間組織搶險(xiǎn)救災(zāi)工作，共疏散撤離人員6 600余人。

采用表2對(duì)加拉堰塞湖的淹沒和潰決損失嚴(yán)重性進(jìn)行判定，風(fēng)險(xiǎn)人口為較嚴(yán)重，受影響的城鎮(zhèn)、公共或基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境都為一般嚴(yán)重，所以將加拉堰塞湖淹沒和潰決損失的嚴(yán)重性級(jí)別定為較嚴(yán)重。

表2 堰塞湖淹沒和潰決損失嚴(yán)重性分級(jí)指標(biāo)

5 堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估涉及堰塞體危險(xiǎn)性、堰塞湖淹沒和潰決損失嚴(yán)重性兩方面，常用的有規(guī)范查表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、模糊數(shù)值法等[14]。

(1) 規(guī)范查表法。加拉堰塞體危險(xiǎn)性級(jí)別為極高危險(xiǎn)，堰塞湖損失嚴(yán)重性級(jí)別為較嚴(yán)重，根據(jù)《堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分與應(yīng)急處置技術(shù)規(guī)范》(SL/T 450—2021)[16]的表4.3.3可知堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)(Ⅱ級(jí))。

(2) 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法。堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)矩陣法考慮堰塞體危險(xiǎn)性和堰塞湖損失嚴(yán)重性，根據(jù)堰塞體危險(xiǎn)性分級(jí)分別賦值D1=[1,4]，根據(jù)堰塞湖損失嚴(yán)重性分級(jí)分別賦值D2=[1,4]，堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)值則按F=D1×D2計(jì)算。當(dāng)12≤F≤16時(shí)，堰塞湖為極高風(fēng)險(xiǎn)(Ⅰ級(jí))；當(dāng)8≤F<12時(shí)，堰塞湖為高風(fēng)險(xiǎn)(Ⅱ級(jí))；當(dāng)4≤F<8時(shí)，堰塞湖為中風(fēng)險(xiǎn)(Ⅲ級(jí))；當(dāng)1≤F<4時(shí)，堰塞湖為低風(fēng)險(xiǎn)(Ⅳ級(jí))。

由于加拉堰塞體為極高危險(xiǎn)，D1賦值為4；堰塞湖損失嚴(yán)重性為較嚴(yán)重，D2賦值為2；計(jì)算得出堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)值F=8，因此判定堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)(Ⅱ級(jí))。

(3) 模糊數(shù)值法。在調(diào)查分析加拉堰塞湖危險(xiǎn)性影響因素的基礎(chǔ)上，確定堰塞湖各分級(jí)指標(biāo)的重要性系數(shù)和數(shù)值(表3)。然后采用模糊數(shù)值法計(jì)算加拉堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的綜合決策向量B為：

表3 堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的重要性系數(shù)和數(shù)值

[B1,B2,B3,B4]=[0.25,0.23,0.32,0.20]

可以看出，加拉堰塞湖各分級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隸屬度相近，這是由堰塞湖庫(kù)容和上游來水量為極高危險(xiǎn)、堰塞體物質(zhì)組成和幾何形態(tài)為中危險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)人口為較嚴(yán)重、其他災(zāi)害損失為一般嚴(yán)重而決定的，說明該堰塞湖對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的隸屬性不顯著，但中風(fēng)險(xiǎn)隸屬度相對(duì)最大，因此判定堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中風(fēng)險(xiǎn)(Ⅲ級(jí))。

綜合規(guī)范查表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法和模糊數(shù)值法，并考慮“以人為本，生命至上”原則和堰塞湖事件社會(huì)影響等因素，將加拉堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)推薦為Ⅱ-Ⅲ級(jí)較為適宜。

6 結(jié)論

(1) 加拉堰塞體是由冰川崩塌物撞擊溝內(nèi)堆積物形成的泥石流堆積而成，其表部松軟、含水量高、抗沖性較差，可見很多冰塊融化后形成的不規(guī)則空洞，印證了加拉堰塞體是冰川崩塌泥石流成因。

(2) 加拉堰塞體為多期次形成，堰塞體物質(zhì)分區(qū)明顯，Ⅰ區(qū)主要為“10·16”和“10·18”泥石流堵江物質(zhì)分布區(qū)，其顏色稍淺，顆粒較粗；Ⅱ區(qū)為“10·29”泥石流堵江物質(zhì)分布區(qū)，顏色深，顆粒較細(xì)。

(3) 加拉堰塞體危險(xiǎn)性為極高危險(xiǎn)，加拉堰塞湖淹沒和潰決損失嚴(yán)重性為較嚴(yán)重。

(4) 采用規(guī)范查表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法判定加拉堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，采用模糊數(shù)值法判定其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，綜合考慮“以人為本、生命至上”原則和堰塞湖事件社會(huì)影響等因素，推薦加拉堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ-Ⅲ級(jí)。