周招 楊啟貴 蔡耀軍 盧建華 陳朝旭 張文傳

摘要：科學認知堰塞湖基本特征、高效評估堰塞湖風險以及提升堰塞湖應急處置技術是緩和堰塞湖威脅和降低堰塞湖災損的關鍵。從堰塞湖分布、成因、蓄水庫容、生命周期以及堰塞湖災害特點等方面系統(tǒng)分析了堰塞湖基本特征，從定性、定量以及災害鏈角度系統(tǒng)總結(jié)了堰塞湖危險性評估方法，并結(jié)合堰塞湖潰決機理系統(tǒng)分析當前堰塞湖潰決應急監(jiān)測困境、引流槽除險技術水平和疏通開挖機械設備現(xiàn)狀。基于當前研究的局限性，凝煉堰塞湖應急處置研究未來應重點關注的5個問題：① 堰塞體堆積形態(tài)分區(qū)機制;② 強非恒定流輸沙理論;③ 大尺度堰塞湖潰決模型試驗;④ 堰塞湖應急處置專用機械設備研制;⑤ 堰塞湖潰決洪峰動態(tài)追蹤。研究成果可為高風險堰塞湖風險評估、應急處置及區(qū)域防災減災規(guī)劃提供有益參考。

關鍵詞：堰塞湖； 潰決洪峰； 風險評估； 應急處置； 實時監(jiān)測

中圖法分類號： TV143

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.04.002

0引 言

堰塞湖是高山峽谷地區(qū)因降雨、地震以及火山噴發(fā)等動力地質(zhì)作用造成山體滑坡、坍塌或泥石流堵塞天然河道形成的天然湖泊，堵塞天然河道的固體堆積體則稱為堰塞體。早些年間堰塞湖科學研究較少，部分學者根據(jù)堵江成因?qū)⒀呷麨榈卣鸷⒂俚貕我约盎露陆?。魯成公五年“梁山崩，雍河三日不流”便是《春秋》記載的中國早期堰塞湖事件［1-3］。近些年隨著認知水平提升，學者將堵塞河道形成的天然湖泊統(tǒng)一命名為堰塞湖［4-5］。

堰塞體堵塞天然河道，致使堰塞湖出入庫流量極不平衡，引起庫水位持續(xù)壅高。尤其是高山峽谷地區(qū)大流量河道，極易在短時間內(nèi)造成堰塞體漫頂潰決，形成破壞威力強悍、災害鏈長遠的非常態(tài)潰決洪峰，嚴重威脅下游沿岸地區(qū)人民群眾生命財產(chǎn)安全和基礎設施安全，局部地區(qū)甚至對生態(tài)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)損毀［6-8］。1786年四川磨西7.7級地震引發(fā)形成摩崗嶺滑坡堰塞湖，漫頂潰決洪水造成沿江大量居民溺斃，死亡人數(shù)近10萬［9］。2000年西藏易貢堰塞湖潰決洪峰流量達到12.4萬m3/s，為雅魯藏布江年平均流量的28倍，嚴重損毀沿線公路、光纜以及橋梁等重要基礎設施［10-11］。

近些年受極端氣候影響，堰塞湖總體呈多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢，局部地區(qū)甚至反復發(fā)生，尤其是長江上游西藏、云南、四川等地區(qū)，堰塞湖潰決事件尤為頻繁［12-14］。2008年汶川地震引發(fā)多處崩塌、滑坡，形成257處堰塞湖，其中唐家山堰塞湖險情最為嚴重，直接威脅下游江油、綿陽等地130萬人民群眾的生命財產(chǎn)安全［15］。2018年長江上游發(fā)生加拉、白格等4次大規(guī)模堰塞湖潰決事件，其中“11·3”白格堰塞湖潰決洪峰在下游380 km范圍內(nèi)均達到超萬年一遇洪水標準，造成沿岸迪慶、麗江及大理等地直接經(jīng)濟損失高達74億元［16-17］。堰塞湖蓄水能力強、破壞威力大、波及范圍廣，且堰塞湖地處高山峽谷深處，惡劣的水域地理環(huán)境及交通通信條件和短暫的應急處置窗口期給堰塞湖防災減災造成極大困難，堰塞湖險情一直是極難控制和防御的自然災害［18-19］。

鑒于高風險堰塞湖潛在的巨大威脅，堰塞湖應急處置及風險防控是當前中國乃至全世界范圍內(nèi)堰塞湖防災減災領域的重要研究課題。堰塞湖應急處置技術研究能為揭示堰塞湖漫頂潰決機理、人工調(diào)控堰塞湖潰決發(fā)展過程提供重要理論技術方法，對更大程度避免庫區(qū)淹沒損失和潰決洪水損毀具有重要的科學價值和社會意義［20］。因此，本文將結(jié)合當前堰塞湖風險處置研究現(xiàn)狀，對堰塞湖基本特征、風險評估和應急處置技術等研究現(xiàn)狀進行評述。

1堰塞湖基本特征

1.1堰塞湖分布

堰塞湖在世界范圍內(nèi)廣泛分布在高山峽谷地區(qū)，尤其是板塊地殼運動劇烈、深切地貌、河流陡降等區(qū)域［21-23］。中國的堰塞湖主要集中在青藏高原及周邊秦巴山區(qū)地帶，這種特殊的堰塞湖分布主要與中國典型的三大階梯地勢緊密相關，局部地區(qū)小規(guī)?；禄蚰嗍鞅隳茉陔A梯結(jié)合地帶引起大范圍山體崩塌、滑坡，堵塞天然河道形成高風險堰塞湖。

1.2堰塞湖成因

堰塞湖成因主要是由坍塌誘發(fā)形成堰塞體的動力地質(zhì)作用而定。Schuster等［21］對135座堰塞湖動力地質(zhì)成因進行調(diào)查分析，指出降雨、融雪、地震及火山噴發(fā)等是誘發(fā)形成堰塞湖的主要因素，其中地震是堰塞湖形成的第二大誘發(fā)因素，約占總數(shù)的37%。石振明等［22］搜集國內(nèi)外1 298座堰塞湖案例，如圖1所示，指出國外因地震、降雨誘發(fā)形成堰塞湖占比分別為23%和35%，相應國內(nèi)因地震、降雨誘發(fā)形成堰塞

湖的比例分別高達53%及38%。國內(nèi)外堰塞湖成因占比差異主要原因為中國是地震頻發(fā)且階梯地勢明顯的國家，單次地震或強降雨便能在階梯地勢結(jié)合帶誘發(fā)形成多處堰塞湖［23］?？傮w而言，降雨及地震是堰塞湖形成的主要誘發(fā)因素。

1.3堰塞湖蓄水庫容

堰塞湖蓄水庫容隨機性較強，從幾百m3到上百億m3廣泛分布，其主要與堰塞體垂直高度、崩塌滑坡等地質(zhì)災害規(guī)模、河溝河谷形態(tài)以及河道天然流量緊密相關，其中堰塞體作為堵塞天然河道的固體堆積物，其垂直高度直接影響堰塞湖蓄水庫容［24-25］。國內(nèi)外堰塞湖蓄水庫容分布如圖2所示，堰塞湖蓄水庫容普遍集中在1×105～1×108 m3，部分高風險堰塞湖因堰塞體垂直高度較大及天然河道流量較高，蓄水庫容普遍達到大型水庫規(guī)模，甚至達到上百億m3。世界范圍內(nèi)當前蓄水庫容規(guī)模最大的堰塞湖是位于塔吉克斯坦東部帕米爾高原上的薩雷茲堰塞湖，其堰塞體高度達567 m，最大水深505 m，蓄水庫容達170億m3。

1.4堰塞湖生命周期

堰塞湖生命周期是指坍塌滑源體沿滑槽滾落至河道、堵塞河道蓄水成湖直至漫頂潰決的全部過程。受堰塞體物質(zhì)結(jié)構組成、幾何形態(tài)以及天然河道下泄流量等諸多因素影響，堰塞湖生命周期長短不一，跨度懸

殊。部分堰塞湖即生即消，即滑源體滾落至河道尚來不及形成堰塞湖便直接垮塌沖走；部分堰塞湖的堰塞體垂直高度大、堆積方量高，局部夾雜大孤石形成穩(wěn)定支撐框架結(jié)構，造成堰塞湖滲漏流量長期出入庫平衡，致使堰塞湖屹立數(shù)百年甚至千年依舊穩(wěn)定［25］。

堰塞湖生命周期直接影響堰塞湖應急處置窗口期，短生命周期堰塞湖將嚴重壓縮應急處置窗口期［26］。柴賀軍等［27］指出堰塞湖在1 d、10 d、6個月及1 a之內(nèi)自然漫頂潰決的比例依次為20%，50%，80%及90%；石振明等［28］指出堰塞湖在1 h、1 d、1周、1個月、1 a之內(nèi)自然潰決比例依次為9%，34%，50%，67%，86%。由此可見堰塞湖生命周期普遍較短，超過50%以上的堰塞湖將在1個月之內(nèi)漫頂潰決，因此堰塞湖應急處置窗口期極為短暫，由于堰塞湖所處惡劣的水域環(huán)境及交通通訊障礙等自然環(huán)境因素，人工處置堰塞湖險情難度極大［29-31］。

1.5堰塞湖災害特點

堰塞湖庫水位持續(xù)壅高回水，在上游庫區(qū)造成大量淹沒損失，而一旦漫頂潰決，非常態(tài)潰決洪峰勢必肆虐下游沿岸基礎設施。堰塞湖危害主要體現(xiàn)在以下4個方面［3］：

（1） 上游庫區(qū)淹沒損失。堰塞體堵塞天然河道致使庫水位持續(xù)壅高、回溯，回水長度和淹沒面積持續(xù)增大，庫區(qū)沿岸農(nóng)田、道路、工農(nóng)業(yè)基礎設施及城鎮(zhèn)等被嚴重淹沒損毀（“11·3”白格堰塞湖上游庫區(qū)淹沒如圖3所示）。

（2） 潰決洪水損毀。堰塞湖非常態(tài)潰決洪峰以“刮地三尺、摧枯拉朽”態(tài)勢在數(shù)百千米范圍內(nèi)嚴重肆虐沿岸堤防、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田、生態(tài)環(huán)境及基礎設施。

（3） 潰決洪水對下游河道的影響。潰決水流流速大、攜沙濃度高、破壞威力強，極易沖毀沿岸河道堤防、造成決口，甚至改道，此外潰決水流裹挾大量泥沙，擁堵河道抬高河床，影響行洪能力。

（4） 殘存堰塞體威脅。殘存堰塞體兩側(cè)邊坡陡峭、松散，在強降雨或水流持續(xù)沖刷擾動下，極易坍塌、堵塞河道，再次形成堰塞湖。

2堰塞湖風險評估

早期堰塞湖風險評估無明確參考因子，堰塞湖風險等級難以劃分，堰塞湖應急決策難免失準，致使過高或過低評估堰塞湖風險。自2008年唐家山堰塞湖形成以來，國內(nèi)外眾多學者結(jié)合堰塞體危險性和潰決洪水損毀，在堰塞湖風險評估理論和實踐方面均進行了積極探索。隨著不斷深入認識堰塞湖形成-潰決機理，堰塞湖災害系統(tǒng)和災害鏈認知不斷完善，堰塞湖風險評估開始向復雜環(huán)境下多致災因子的動態(tài)評估方向發(fā)展，并逐漸從定性、定量以及災害鏈等方面動態(tài)評估堰塞湖風險［32-35］。

2.1定性評估

堰塞湖風險定性評價主要結(jié)合堰塞體形成機制、物質(zhì)組成及幾何形態(tài)，判斷堰塞體物質(zhì)結(jié)構抗沖蝕性能，綜合評估堰塞體危險性。定性評估主要特點是依托衛(wèi)星遙感、無人機航拍以及物探等檢測技術手段，結(jié)合同類堰塞湖歷史潰決案例，評估堰塞體危險性［35］。

胡卸文［36］、李勇［37］等利用堰塞體結(jié)構特征及堰塞湖蓄水庫容針對汶川地震所引發(fā)的堰塞湖進行初步風險分析。何秉順等［38］結(jié)合無人機航拍快速生成三維地形技術，短時間內(nèi)對“5·12”汶川地震所引發(fā)的堰塞湖做了初步穩(wěn)定分析。部分學者［39-40］根據(jù)宏觀監(jiān)控現(xiàn)象及地表位移監(jiān)測技術對堰塞湖進行風險評估。Graham［41］根據(jù)潰決洪水破壞威力、預警信息以及生命損失等因素評估堰塞湖風險。早期堰塞湖定性評估風險因子普遍考慮不周，隨著對堰塞湖認知不斷完善，2021年SL/T 450-2021《堰塞湖風險等級劃分與應急處置技術規(guī)范》補充考慮堰塞體結(jié)構形態(tài)、抗沖蝕特性以及湖區(qū)次生災害影響，尤其是生態(tài)環(huán)境影響，根據(jù)堰塞湖庫容、上游來水量、堰塞體物質(zhì)組成及幾何形態(tài)、風險人口、影響城鎮(zhèn)、公共或基礎設施、生態(tài)環(huán)境等，將堰塞體危險性劃分為極高危險、高危險、中危險和低危險4個等級，有效提升了堰塞湖風險認知水平。

盡管堰塞湖定性評估結(jié)果并非完全精確，但在堰塞湖應急處置現(xiàn)場可初步分析堰塞湖風險?，F(xiàn)階段單純的堰塞湖定性風險評估相對甚少，定性評估普遍是定量評價的基礎，是迅速獲取堰塞湖地形信息及水文地理數(shù)據(jù)評估堰塞湖潰決風險和災損的基礎。

2.2定量評估

定量評估方法是運用大量堰塞湖歷史案例，分析漫頂潰決規(guī)律、擬合數(shù)學表達式或判別準則，評判堰塞湖風險。定量評估作為堰塞湖風險評估主流方法，根據(jù)計算方法特點可分為數(shù)理統(tǒng)計法、物理模型試驗法和數(shù)值分析法。

（1） 數(shù)理統(tǒng)計法。

數(shù)理統(tǒng)計法即是根據(jù)堰塞湖基礎資料，考慮堰塞湖水動力學指標、地貌學指標以及物質(zhì)結(jié)構組成等要素，采用邏輯回歸方法，提出數(shù)學表達式或判別準則。1999年Casagli等［42］選用堰塞體體積和堰塞湖流域面積等2個參數(shù)提出堆積指標法（DBI）評估堰塞體穩(wěn)定性；Ermini［43］、Dong［44］等根據(jù)堰塞體體積、流域面積、堰塞體高度、河道坡度、堰塞體物質(zhì)結(jié)構組成以及回水長度等因子，提出堰塞湖風險評估模塊化方法。但數(shù)理統(tǒng)計法依賴堰塞湖歷史案例樣本以及風險因子合理性，不同樣本及不同風險因子堰塞湖風險定量評估稍有差異。

（2） 物理模型試驗法。

部分國內(nèi)學者基于不同致災因子利用水槽物理模型試驗還原堰塞體潰決失穩(wěn)過程，評價堰塞體穩(wěn)定性［45-48］。盡管水槽物理模型能直觀地反映堰塞湖潰決發(fā)展過程、評估堰塞體穩(wěn)定性，但當前堰塞湖水槽物理模型普遍是參照人工土石壩，堰塞體寬緩、矮胖等幾何特征以及寬級配物質(zhì)組成等特性普遍被忽略［49］。蔡耀軍［20］、楊啟貴［50］等結(jié)合唐家山、白格等高風險堰塞湖指出堰塞湖堰塞體物質(zhì)組成相差顯著，顆粒粒徑從毫米級砂石料跨越至數(shù)米乃至數(shù)十米孤石，同等高度堰塞體順水向長度遠大于垂直高度，呈寬緩斷面結(jié)構形態(tài)。而常規(guī)堰塞湖物理模型幾何垂直高度有限，漫頂水流極易引起堰塞體坍塌瞬潰，致使難以出現(xiàn)溯源陡坎現(xiàn)象，或因蓄水庫容不足造成難以持續(xù)沖刷堰塞體，致使殘留堰塞體過高，引發(fā)水力失真現(xiàn)象。蔡耀軍等［20］指出為盡可能避免縮尺效應影響，堰塞體頂部縱向長度需達到2～3倍垂直高度，垂直高度至少需要達到1 m以上規(guī)模。

（3） 數(shù)值分析法。

數(shù)值分析法是通過堰塞體物質(zhì)結(jié)構組成、幾何形態(tài)及力學特性判斷分析堰塞體穩(wěn)定性，分析堰塞體坍塌變形過程中應力應變關系。堰塞體穩(wěn)定性數(shù)值分析法主要有極限分析法、有限差分法、有限單元法、離散單元法和非連續(xù)變形分析法等確定性分析方法［24］，其中離散單元法和非連續(xù)變形分析法在堰塞體穩(wěn)定性評估中應用較少。Mizuyama等［51］利用簡化畢肖普法考慮堰塞體形狀、物質(zhì)結(jié)構組成及滲漏量等因素分析堰塞體穩(wěn)定性；Hu等［52］利用瑞典條分法考慮不同水位及地震荷載等因素分析堰塞體穩(wěn)定性。近些年學者嘗試利用模糊層次分析法、熵值法、模糊綜合分析法等不確定分析法開展堰塞體危險性評估研究，但數(shù)學模型理論與工程實際結(jié)合還存在較大差距［53-56］?？傮w而言，堰塞體數(shù)值分析方法普遍選用人工土石壩模擬方法評估自身穩(wěn)定性，但較少考慮堰塞體寬級配及寬緩幾何形態(tài)特點。

2.3災害鏈評價方法

持續(xù)壅高庫水位致使河道兩岸山體孔隙水壓力上升，極易誘發(fā)二次滑坡、形成大落差涌浪；漫頂潰決洪水嚴重肆虐沿岸堤防、生態(tài)環(huán)境及基礎設施，尤其是下游地區(qū)存在梯級堰塞湖，漫頂水流極易如“多米諾效骨牌”呈放大效應形成非常態(tài)潰決洪水，更進一步增大潰決洪水損毀。

當前堰塞湖風險評估風險因子有限，普遍局限于堰塞體自身穩(wěn)定性及潰決洪水損毀，對堰塞湖災害系統(tǒng)及災害鏈普遍缺乏有效認知［57］。Niu等［58］首次研究梯級堰塞湖潰決機制，提出上游堰塞湖漫頂潰決時漫頂潰決洪峰直接影響下游堰塞湖潰決模式：低潰決洪峰逐漸沖蝕堰塞體，引起漸進式漫頂潰決，高潰決洪峰則快速沖刷掏蝕堰塞體，引發(fā)堰塞體坍塌瞬潰。Zhou等［59］研究了梯級堰塞湖動態(tài)潰決演化過程，指出梯形堰塞湖潰決洪峰呈疊加放大效應，潰決洪峰遠超單座堰塞湖最大潰決洪峰。Shi等［60］指出梯級堰塞湖潰決顯著改變河道匯水速率。當前梯級堰塞湖潰決研究尚處于初步階段，小尺度物理模型中潰決洪水放大效應難以體現(xiàn)，未來可考慮利用大中型水庫建模，更易于揭示潰決洪峰擴大效應。

3堰塞湖應急處置技術

針對堰塞湖險情，科研學者采用堰塞湖水文及地理信息應急監(jiān)測和堰塞體快速疏通開挖等人工應急處置技術，快速識別堰塞湖水文、水情、庫區(qū)地形等相關信息，監(jiān)測堰塞湖庫水位及潰決洪峰變化，評估堰塞湖風險，劃定堰塞湖上下游影響區(qū)域，轉(zhuǎn)移人民群眾。其中引流槽除險技術是當前應用最為廣泛、效果最為明顯的堰塞體快速疏通開挖應急處置技術。但堰塞湖應急處置技術普遍需根據(jù)堰塞湖基本特征及結(jié)合堰塞湖潰決發(fā)展過程特點，采取相應人工措施干預堰塞湖潰決發(fā)展過程，緩和堰塞湖險情［61-64］。

3.1堰塞湖潰決機理研究

非恒定攜沙水流動態(tài)沖刷掏蝕堰塞體，致使?jié)⒖诔书g歇性非線性坍塌變形，潰決機理極為復雜，洞悉查明堰塞湖潰決機理是堰塞湖應急處置的基礎和先決條件。國內(nèi)外學者在堰塞湖參數(shù)模型、物理模型及數(shù)值模擬等方面開展了大量堰塞湖潰決試驗研究，但因堰塞湖潰決過程涉及學科理論過多、影響因子復雜，當前潰決機理仍然不明，給堰塞湖應急處置造成巨大困境［65］。

部分學者［66-67］利用堰塞湖歷史案例推導潰口深度、潰口寬度及峰值流量等參數(shù)模型，但參數(shù)模型需要大量堰塞湖實測資料率定，有限的原型觀測案例降低了參數(shù)模型的可靠性。Zhong［48］、Begam［67］等采用數(shù)值模擬分析潰決過程參數(shù)敏感性以及潰決洪峰關鍵影響因子，但數(shù)值模型普遍假定潰口最終形態(tài)并利用寬頂堰公式計算潰口流量，而潰口形態(tài)呈非線性變化特征，與寬頂堰相距甚遠，且最終形態(tài)普遍難以假定。此外數(shù)值模擬潰口侵蝕率、擴展系數(shù)等參數(shù)受物質(zhì)結(jié)構組成影響顯著，與實際潰決過程亦存在偏差。

周招等［68-69］開展室內(nèi)物理模型試驗（圖4），將堰塞湖潰決發(fā)展過程依次劃分為尾部下切階段、陡坎溯源階段、全斷面下切階段以及沖淤平衡-恢復穩(wěn)定階段。蔡耀軍等［20］認為堰塞體坍塌潰決主要集中在陡坎溯源階段及全斷面下切階段。楊興國［70］、張倩［71］、楊陽［72］等指出堰塞體漫頂潰決主要由潰決水流橫向展寬及縱向下切沖刷堰塞體引起坍塌失穩(wěn)所致，但二者主導作用目前仍存在爭議：部分科研學者認為堰塞體坍塌主要是高速潰決水流剪切沖刷所致，部分學者則認為堰塞體坍塌是高速潰決水流掏蝕潰口底坡，致使?jié)⒖谶吰率Х€(wěn)所致，更有學者認為堰塞體坍塌是二者聯(lián)合相互作用所致［20］。

盡管物理模型試驗能有效模擬堰塞湖潰決發(fā)展過程，但當前幾乎所有物理模型普遍并未完全遵循重力相似準則選取寬級配顆粒材料堆筑堰塞體，部分細顆粒砂石料被統(tǒng)一概化，造成模型材料抗沖蝕性能與原型材料相差明顯。此外局部物理模型幾何尺度有限，垂直高度及蓄水庫容規(guī)模不足，致使漫頂水流積蓄勢能及持續(xù)沖刷能力不足，引起潰決發(fā)展過程失真等現(xiàn)象［73-75］。

3.2堰塞湖應急監(jiān)測

堰塞湖通常地處交通險阻、人跡罕至之處，惡劣水域環(huán)境及水文、地質(zhì)和物質(zhì)組成等基礎資料的匱乏給人工監(jiān)測堰塞湖險情提出了巨大挑戰(zhàn)，尤其是在有限應急處置窗口期內(nèi)。

自2008年唐家山堰塞湖形成之后，學者廣泛開展堰塞湖技術研究。全球定位系統(tǒng)和非接觸式監(jiān)測技術發(fā)展迅速，堰塞湖信息獲取逐步向快速感知、三維可視化以及潰口動態(tài)監(jiān)測等方向發(fā)展［76-78］。

唐家山堰塞湖應急處置采用航空攝影測量和衛(wèi)星遙感測量獲得堰塞湖周邊地理和地形地質(zhì)資料；白格堰塞湖搶險中采取星載InSAR監(jiān)測、無人機航拍等技術手段對堰塞體周邊不穩(wěn)定體進行跟蹤監(jiān)測。盡管星載InSAR技術具有全天候、全天時、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，但其觀測結(jié)果為地表真實形變在雷達視線上的投影，難以反映地物的真實變形特征及其演化規(guī)律［78-80］。

堰塞體三維可視化普遍利用高密度電法物理探測設備感知獲取堰塞體物質(zhì)結(jié)構信息，并利用搭載集雙目相機、可見光相機、激光測距機、紅外熱像儀于一體的五目協(xié)同無人機快速查看堰塞體幾何形態(tài)，劃分堰塞體表觀顆粒粒徑并監(jiān)測堰塞體邊坡變形［81-82］。陸二男等［83］在唐家山堰塞湖應急處置過程中采用高密度電法對引流槽進行了物探測試解譯；吳學明等［84］在紅石巖堰塞湖應急處置中采用被動源面波法、瞬變電磁法對堰塞體和古滑坡區(qū)開展探測。但堰塞湖三維可視化技術難以準確獲取堰塞體散粒料堆積分區(qū)，其對堰塞體內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構探測深度及精度有限，且堰塞體變形及物質(zhì)結(jié)構探測解譯速度有待提高。

針對堰塞湖潰口快速動態(tài)演變及現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，至今全球范圍內(nèi)均無人工或自動化野外監(jiān)測堰塞湖潰口形態(tài)變化的實例?，F(xiàn)階段僅有的免棱鏡全站儀和手持激光測距儀等非接觸式監(jiān)測設備僅適用于常規(guī)堤防潰口；常規(guī)聲吶探測技術因潰決水流攜沙濃度較高及沖刷掏蝕能力較強，難以固定于堰塞湖引流槽內(nèi)監(jiān)測潰口變形［85］?，F(xiàn)階段主要是利用無人機航拍監(jiān)測潰口展寬，但潰口縱向下切監(jiān)測目前尚處于空白領域。近些年蔡耀軍等［20］提出堰塞湖引流槽沖刷變形自動化動態(tài)監(jiān)測設備，如圖5所示，一定程度上可以動態(tài)監(jiān)測引流槽橫向展寬及縱向下切變形，但動態(tài)監(jiān)測設備依然面臨被潰決水流沖走而漂浮或懸浮于潰決水流中的技術挑戰(zhàn)。

3.3堰塞湖引流槽除險技術

堰塞湖引流槽除險技術基本原理是在堰塞體頂部縱向開挖引流槽，引導漫頂水流漸進式?jīng)_刷掏蝕堰塞體，平穩(wěn)下泄堰塞湖囤蓄洪水。為提升引流槽泄流效率，周招等［86］在傳統(tǒng)梯形斷面引流槽基礎上優(yōu)化引流槽橫、縱斷面結(jié)構型式，提出復式及陡坎式引流槽，并利用野外模型試驗證實復式及陡坎式引流槽能有效提升引流槽泄流效率，降低堰塞湖最大壅高水位及潰決洪峰流量。

盡管引流槽除險技術能一定程度降低堰塞體過水高程、削減潰決洪峰，但部分高風險堰塞湖蓄水庫容規(guī)模龐大，堰塞體物質(zhì)結(jié)構疏松，持續(xù)壅高漫頂水流極易引起引流槽迅速變形，致使堰塞體坍塌失控，甚至瞬潰，形成難以控制的潰決洪峰［88］。

針對當前堰塞湖潰決發(fā)展過程難以控制的工程難題，現(xiàn)階段的鋼筋防護網(wǎng)、巨石鎖口和人工結(jié)構體等引流槽防護措施［87］能在尾部下切階段減緩潰決水流沖刷掏蝕引流槽，但在全斷面下切階段普遍因自身柔韌性不足而難以隨引流槽坍塌變形，調(diào)整自身結(jié)構型式，護坡固壁持續(xù)能力不足，調(diào)控堰塞湖潰決發(fā)展過程作用有限，甚至攔阻引流槽正常泄流，壅高庫水位，激起反噬作用。周招［86］、蔡耀軍［20］等提出引流槽控潰削峰設想，即提升尾部下切階段引流槽泄流效率，減緩全斷面下切階段堰塞體坍塌，并利用室外模型試驗證實掛壁式引流槽柔性防護措施能隨引流槽邊坡坍塌持續(xù)調(diào)整自身結(jié)構型式，減緩潰決水流橫向展寬及縱向下切掏蝕引流槽，延緩堰塞體坍塌，實現(xiàn)降低堰塞湖最大壅高水位及削減潰決洪峰（圖6）。但引流槽柔性防護措施布置形式極易影響削峰效果，鋪設不當甚至會攔阻引流槽泄流，激起反噬作用。

引流槽除險技術能有效降低堰塞湖最大壅高水位，削減潰決洪峰，但受堰塞湖潰決機理不明等諸多因素限制，當前堰塞湖引流槽除險技術更多依靠科研學者工程經(jīng)驗開展。

3.4堰塞體快速疏通用開挖機械設備

近些年眾多堰塞湖險情得到成功處置，但當前并無堰塞體快速疏通開挖專用機械設備及應急處置專業(yè)隊伍?，F(xiàn)階段堰塞湖應急處置主要是依靠中國安能建設集團有限公司（前身武警水電部隊）及常規(guī)基建施工隊伍駕駛挖掘機和自卸式重型卡車等機械設備快速進場，開挖輸運堰塞體。但堰塞湖水陸交通環(huán)境惡劣，常規(guī)大型機械設備因尺寸及重量等原因難以快速進場，如2008年唐家山堰塞湖應急部門不得已臨時開辟空中通道、租用米26直升機（最大載重20 t、主旋翼直徑32 m）吊運重型挖掘機進場施工作業(yè)。

武警消防部門常用橡皮艇（載重1 t，最多可乘載7人）臨時搭載科研設備及人員登頂堰塞體，實地調(diào)查堰塞湖第一手資料［88］。中國安能建設集團有限公司研制動力浮橋（容許通行荷載80 t）、HZQL26應急機械化橋（容許通行荷載60 t、跨度26.6 m）和臨時硬質(zhì)路面機動鋪設系統(tǒng)（容許通行荷載60 t），開辟堰塞湖水上通道，有效解決軟質(zhì)地面常規(guī)重型機械設備難以快速進場難題［89-91］。北京中瀚環(huán)球真空流體科技有限責任公司利用真空虹吸原理研發(fā)大管徑、大流量虹吸泄流裝備（最大流量5 m3/s），可有效解決大流量虹吸裝備脫流問題。但其跨越寬度有限，僅有8 m，僅適用于中小型堰塞湖應急排水，面對高風險堰塞湖（庫容普遍達到億m3量級）作用甚微，只能緩和壅水速度［92］。中國葛洲壩集團勘測設計有限公司研制了裝配式模塊化土方連續(xù)開挖輸運機械設備（模塊單元最大重12 t），如圖7所示，滿足常規(guī)直升飛機吊運要求，取得堰塞體開挖轉(zhuǎn)運一體化突破，顯著提升了堰塞體疏通開挖施工效率［2］。

上述堰塞湖應急處置機械設備在部分堰塞湖應急處置現(xiàn)場取得了良好應用效果，但總體而言當前堰塞湖應急處置針對性機械裝備仍然偏少，機械設備投送能力仍然偏弱，以至于在窗口期短暫的應急處置現(xiàn)場顯得力不從心，裝配式、輕量化工程機械設備（吊車、推土機、挖掘機、鑿碎機等）仍有待進一步開發(fā)研究。

4結(jié)論與展望

堰塞湖作為高山峽谷地區(qū)一種常見自然災害，極易在短時間內(nèi)漫頂潰決，形成非常態(tài)潰決洪水，嚴重威脅沿岸人民群眾生命財產(chǎn)及重要設施安全。本文結(jié)合國內(nèi)外堰塞湖案例及唐家山和白格等大型高風險堰塞湖實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)總結(jié)堰塞湖成因、蓄水庫容、生命周期等基本特征，分析了堰塞湖危險性定性、定量評估方法，闡釋了堰塞湖潰決機理、引流槽除險和疏通開挖機械設備現(xiàn)狀，可為后續(xù)堰塞湖風險處置提供技術指導。受堰塞湖潰決復雜水沙耦合過程影響，盡管現(xiàn)階段學者取得了一系列的成果，潰決機理認知水平有所提升，但堰塞湖風險處置技術研究仍存在如下科學難題：

（1） 堰塞體堆積形態(tài)分區(qū)機制。堰塞體堆積形態(tài)及物質(zhì)結(jié)構分區(qū)是堰塞湖潰決過程模擬和預報的先決基本參數(shù)，但堰塞湖應急處置窗口期短暫、水域環(huán)境惡劣、堰塞體幾何規(guī)模龐大，常規(guī)物探設備難以快速獲取堰塞體物質(zhì)結(jié)構組成及分區(qū)。堰塞體砂石料堆積形態(tài)分區(qū)機制是滑源體失穩(wěn)-啟動-運動-停歇-堆積過程的能量耗散和轉(zhuǎn)換機制，是堰塞體物質(zhì)結(jié)構組成和滑源體堆積過程的內(nèi)在聯(lián)系，現(xiàn)階段亟需建立快速判別堰塞體物質(zhì)結(jié)構組成的方法。

（2） 強非恒定流輸沙理論。現(xiàn)有泥沙輸移理論普遍是在恒定均勻流條件下建立的砂石料沖刷搬運規(guī)律。堰塞湖潰決水流及潰口形態(tài)均隨潰決發(fā)展過程呈強非恒定流、非均勻流特征，泥沙輸移理論普遍未考慮與潰決形態(tài)變形相關的砂石料起動流速、推移質(zhì)運動和懸移質(zhì)運動規(guī)律。堰塞體松散堆積體無輸移搬運歷史觀測資料，現(xiàn)階段的泥沙輸移理論外延應用難免存在誤差。

（3） 大尺度堰塞湖潰決模型試驗。當前堰塞湖潰決數(shù)值模擬人為假定因素過多，難以真實反映潰口展寬及下切非線性變形過程，而堰塞湖潰決物理模型尺度有限，蓄水庫容及潰決水流流速不足，堰塞體幾何形態(tài)與砂石料顆粒級配相似性（幾何相似、重力相似等）難以兼容。因此極有必要開展符合模型相似律的大尺度物理模型試驗，分析研究潰決水流沖刷搬運機制及潰口展寬下切變化過程。

（4） 堰塞湖應急處置專用機械設備研制。堰塞湖事發(fā)突然、水域環(huán)境惡劣、交通險阻，應急處置窗口期短暫，常規(guī)堰塞體疏通開挖等重型機械設備因尺寸或重量等原因難以快速進場。因此極有必要開展堰塞湖應急處置保通進場及疏通開挖等裝配式、輕量化機械設備研制，便于以水陸空等方式快速進場，及時疏通開挖堰塞體，有效提升作業(yè)效率。

（5） 堰塞湖潰決洪峰動態(tài)追蹤。堰塞湖潰決洪水瞬息萬變，破壞能力強，常規(guī)水文站極易因水位變化跨度大、頻率快而難以實時監(jiān)測潰決洪峰，甚至出現(xiàn)水文站淹沒損毀的情況。因此極有必要研發(fā)適應能力強、響應時間短的非接觸式潰決洪峰動態(tài)追蹤技術，以便快速評估堰塞湖傳播影響范圍。

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（編輯：郭甜甜）