堰塞湖:横空出世的湖泊

时间:2022-10-23 07:49:38

灾区头顶上的悬湖

从直升飞机上看下去,湔江如一条飘带逶迤在险峻的峡谷中。飘带一侧的山崖,像被一把巨斧从高空劈过,劈落的山石和泥土将原本顺流而下的飘带横空斩断。堆积的山石和泥土,像个巨大的塞子,桀骜不驯地堵在湔江上游距北川县城六公里处――唐家山。

站在唐家山堰塞湖坝顶,坝体犹如一座小山耸立在湔江中。右边山上,巨石哗啦啦地仍在滑落,原本覆盖着茂密植被的两岸山体在地震中如刀劈斧砍般被齐齐削掉,成了光秃秃的切面。坝体拦截的水体已经形成巨大的库容,并且水位仍在不断提升,犹如一只被不断吹气不知何时会爆裂的气球。

令人担心的是,这只危险的气球却没有结实的“封口”,当内部的压力超过承受的阈值,巨大的水体将会裹挟着落差的势能“爆裂”溢出,后果堪忧。唐家山堰塞湖有大型水库的库容,却没有大型水库坚固安全的坝体。水利专家勘测结果表明,唐家山堰塞体最高点和最低点垂直高度相差41米多。这是一般大型水库坝体所没有的。而堰塞体构成物质复杂,由两岸岩体解体形成的碎裂岩、坡积碎石土等组成。虽然暂时具有一定的稳定性,但是堰塞体右侧垭口沟槽主要由碎石土和碎裂岩构成,随着堰塞体内水位的持续上涨,水流首先会从右侧垭口沟槽过流,逐步淘蚀并可能导致溃决。

另一大危险则来自不断上涨的水位。监测数据表明,唐家山堰塞湖上游来水较多,一天时间水位可涨高2米左右。截至6月4日,唐家山堰塞湖蓄水量已达2.094亿立方米,库容几乎相当于两个西湖。水利专家估算,在不考虑上游发生强降雨的前提下,预计10多天后水位可达到堰塞体垭口低槽处,开始发生溢流。更加不容乐观的是,随着主汛期的到来。天气不确定性因素增加,降雨的概率进一步加大,唐家山堰塞湖上游来水将面临猛涨的可能,溃坝的风险会越来越大。

在北川县城附近,湔江河段堰塞湖呈串珠状分布,一个堰塞湖溃决,很可能在巨大洪水冲击下,形成一连串的溃决。除了洪水本身,高落差产生的势能将让洪水的破坏力升级。一连串溃决之后就有物质和能量的放大效应,越到后面越危险,甚至危及江油和绵阳的安全。

唐家山堰塞湖上游的禹里乡,相传是大禹降生之处。远古时代,大禹治水,战天斗地,惠民无数:现在,人们又在这里摆下战场,为治水而殚精竭虑。

高难度的“外科手术”

面对积聚庞大能量的库容、吹弹即破的脆弱坝体,如何让灾害的损失减小到最低,是摆在抢险人员面前的难题。

“堰塞湖的处理现在有办法,但难度很大。”中国水利水电科学研究院副院长贾金生说,“堰塞湖的溃坝分为瞬时全溃、瞬时部分溃、逐步溃决三种,相对来说逐步溃决危险性最小。而瞬时全溃危险性最大”。

贾金生认为,准确判断堰塞湖的性质非常重要,主要根据流域的特征、蓄水的状况、堆积体的结构以及下游沿岸情况,如果堆积体以灰岩为主则相对比较稳定,而以松散土为主相对容易溃决。

拥有多年防汛抢险经验并且亲赴地震灾区组织抢险的河南黄河河务局副局长王德智认为,如果堰塞湖较小,可以尝试采用炸坝的方式小心疏导河水:如果堰塞湖体积较大,一旦处理不当炸坝可能诱发洪水,比较危险。那些体积大的堰塞湖,只能挖透水通道,尽量避免湖水体积的进步增大。就好比给充满气的气球撒气,一味地挤压导致爆裂的破坏力最强,而一个微创的小孔慢慢释放压力会让气球自然干瘪下去,破坏的力道减小大半。

汶川地震发生后,青川县青竹江石板沟一带形成蓄水1200多万立方米水的堰塞湖,威胁着下游数万人安危,其中蓄水超过800万立方米的石板沟堰塞湖被水利专家定为高危湖。随着雨季来临,高70多米的堤坝随时都可能出现险情。为防止意外发生,6月4日18时24分,武警水电三总队对石板沟堰塞湖大坝成功实施了泄洪破。大坝泄洪口拓宽了15米,堰塞湖危情得到缓解。

但是对于唐家山大型堰塞湖而言,地质条件复杂,两岸滑坡不断,经过高速移动的土石结构坝体有很多的不确定因素,而且坝体巨大,很难一炸了之。如果强行用较大当量的爆破炸药,弄不好,爆破的巨大冲击波在恶劣的地质条件下,会形成“人工地震”,继而引发泥石流山体滑坡等意想不到的问题。所以以爆破为主的方案被放弃。

开掘应急疏导泄流槽让洪水有节制地奔向下游成了最佳选择。但是道路损毁,大型挖掘设备无法进入施工现场,施工人员、设备、材料、给养等只能采用空运。在大型堰塞湖的坝体,实施如此高难度、高风险的“外科手术”更是难上加难。

贾金生表示,大的堰塞湖,库容量往往达到百万立方米以上,再大的还有上千万方,甚至上亿方,短期处理难度非常大。这种情况下就一定要做好风险预案,一边进行监测,随时观察变化情况,一边预估下游危险,避免一旦发生溃决造成太大损失。

经过抢险人员的努力,唐家山堰塞湖被堵塞近一个月的洪流,顺着人们为它抢挖出的泄洪槽滚滚而下,6月10日,最大洪峰以7100立方米每秒的速度平稳通过绵阳城,湖水并未溢出涪江河道,未到达三分之一溃坝淹没线,唐家山堰塞湖泄流槽高程已介于720米至721米之间。灾区头顶悬湖20余天后,唐家山堰塞湖抢险取得决定性胜利。整个泄洪过程,没有一人伤亡。

为彻底端掉“这盆悬在绵阳头上的水”,专家们有三种设想。一是继续采取工程措施(不排除爆破手段),把泄流槽底的高程降到710米;二是如果工程措施难度较大,坝体结构经勘测比较牢固,对下游没有太大威胁,可以考虑在汛期中对坝体采取加固措施:三是可以考虑在堰塞湖的基础上修建一个水库。所有这些设想,都要等水流稳定后,对坝体做地质勘测,取得详实资料后,经过多方研判后再确定方案。

多面堰塞湖

提起四川九寨沟大小海子、叠溪海子,恐怕没有人会将这些风景如画如诗的地方和杀人的堰塞湖联系起来。其实,这些美丽的海子都是在地震后形成的堰塞湖。大自然的造化总是有神奇的另一面。

如果你赴九寨沟旅游,在松潘到茂县的路上,会经过一处景色迷人的高山湖泊,名为“叠溪海子”,这就是1933年2月25日7.5级“叠溪大地震”形成的堰塞湖。当时,地震造成方圆20多个羌寨覆灭,近7000人遇难。震后形成3个大型堰塞湖,导致岷江断流40多天,江水逆流20多公里,随后雨量增加,库容不堪重负。45天后溃坝,形成的百多米高的水龙倾泻直下,冲毁下游的茂县、汶川、灌县(今都江堰市)沿江大半村镇,洪峰一直冲到了260公里外的乐山,都江堰水利工程的鱼嘴也因此受损。这场浩劫使两万人丧生,仅在都江堰就捞起尸体4000多具,造成中国与世界历史上罕见的地震水灾。 浩劫之后,总面积达4平方公里、最深处90余米的堰塞湖与高50~100余米的天然倒石坝构成了独特的地震湖景观群。

“大的、危险的堰塞湖的形成要有三个条件。” 贾金生介绍说,一是原有水系;二是原有水系被堵塞物堵住,堵塞物可能是火山熔岩流,可能是地震活动等原因引起的山崩滑坡体,也可能是山洪泥石流等:三是河谷、河床被堵塞后,有一定的汇流面积,能产生足够的水量。

由火山熔岩流堵截而形成的湖泊又称为熔岩堰塞湖。我国东北的五大连池就是由老黑山和火烧山两座火山喷溢的玄武岩熔岩流堵塞了白河,使水流受阻形成彼此相连呈串珠状的5个小湖得名。

黑龙江省的镜泊湖是由第四纪玄武岩流在吊水楼附近拦截了牡丹江出口,形成典型熔岩堰塞湖。镜泊湖四周为群山环抱,森林茂密,风光秀丽,不仅有火山口森林。溶岩洞与唐代渤海的遗址,还有湖中的大弧山、小弧山、珍珠门、吊水楼瀑布与镜泊山庄等“名景”,从而成为我国著名的旅游湖泊。

由山崩滑坡所形成的堰塞湖则多见于藏东南峡谷地区,且年代都很新近,如1819年在西姆拉西北,因山崩形成了长24~80公里,深122米的湖泊。藏东南波密县的易贡错是在1990年由于地震影响暴发了特大泥石流堵截了乍龙湫河道而形成的。

最近形成的我国最大的堰塞湖是2000年4月发生的易贡藏布大滑坡引起的。滑坡前的易贡湖盆地流淌着易贡河,它并不完全充满湖水,而是多条漫流呈网状分布,总面积只有26平方公里,堵断易贡河后形成的易贡湖成为一个覆盖面积约33平方公里的大湖。

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