堰塞湖(Landslide Dam)---大型泥石流滑坡(7.21湖北恩施)

1 引言

2020年7月21日,由于受连日暴雨的影响,湖北省恩施市马者村沙子坝发生大面积泥石流滑坡,泥石流流入马者村村南的清江河,形成所谓的堰塞湖。本文概念性地介绍了堰塞湖的形成原因及其后果,同时也展示了目前马者村堰塞湖的状况。

2 什么是堰塞湖

堰塞湖是指某种泥石流、岩崩等滑坡或火山喷发对河流的自然阻隔,如果阻隔滑坡是由地震引起的,也可称为地震湖(quake lake)。堰塞湖的英文可以翻译成Lake formed by landslides, 或者更简洁地翻译成Landslide Dam或者Barrier Lake。形象一点来说,称作Landslide Dam更符合其特征。

根据统计,堰塞湖形成的主要原因有:过量降雨引起的滑坡和地震引起的滑坡,这两个占总数的84%;火山爆发引发的滑坡堰塞湖占7%,其他原因造成的滑坡堰塞湖占剩余的9%。

3 堰塞湖产生的后果

堰塞湖蓄水后可快速形成坝库,特别是在降雨季节。例如马者村的堰塞湖形成后,清江河上游的水位在短短几个小时内上涨了5m左右。历史上,堰塞湖有的只保持了很短一段时间,有的保持了相当长的时间,有的则永久地矗立在那里。这取决于滑坡规模,滑坡材料以及采取的措施。

由于堰塞湖滑坡体材料比较松散,因此结构不稳定,且没有控制性的溢洪道,堰塞湖处理不好会导致灾难性的后果,溃坝会让下游洪水泛滥。常见的失效情况是溢流,随后坝体破裂以及溢流侵蚀。

理论上来说,堰塞湖会对上游和下游都会造成危害。对上游可能倒灌,如果蓄水太多,尽管逆流的速度比较小,但会淹没上游周围的地区;对下游造成的危害更大,一旦发生溃坝,下游地区将造成不可预估的损失。

当滑坡泥石流灌入河道后,水位上升;一旦坝体破坏,水位的急剧下降会引起更多的滑坡。这是由水产生的超空隙压力引起的,在岩土工程中称作rapid drawdown。落入坝库的材料可能会导致进一步灾难性溢出。此外,产生的洪水可能会使河谷两侧下沉,从而产生下游的滑坡。

溃坝后下游的水位变化

历史上最高的堰塞湖大坝是1911年2月18日由地震引发的山体滑坡,在现代塔吉克斯坦形成的Usoi大坝。它将Murghab河筑坝至570米高,淹没了505米深的Sarez湖。

新西兰的怀卡雷莫阿纳湖是由一座250米高的堰塞湖坝形成的,已有2,200年的历史。在1935年至1950年期间,在该滑坡坝体内开凿了隧道进行了内部加固,然后用于水力发电。这是世界上首例把天然滑坡大坝改造成发电站的例子。中国汲取了国外的成功经验,也建造了这样一座水电站。

中国最近一次发生的堰塞湖事件是2018年10月11日在四川与西藏边界地方发生的大型滑坡,滑坡体切断了金沙江的河道,形成堰塞湖,蓄水量很快超过1亿立方米。所幸那次灾害没有造成人员伤亡。

4 恩施马者村堰塞湖的形成

2020年7月21日5时30分,由于受持续降雨的影响,湖北恩施马者村出现大面积的山体滑坡,大量的泥石流进入到村南的清江河,造成清江河阻塞,形成堰塞湖,上游水位在短短几小时上涨5m左右。滑坡面积初步估计约为1.8平方公里,滑坡量也可以根据地形图计算出来(我懒得作了)。截止目前为止,滑坡的变形范围和影响范围还在进一步扩大。

清江河上游下来的水再加上云龙河水库的下泄流量,已漫过堰塞湖顶,水流量达200立方米/秒,目前当地正在采取措施避免堰塞湖瞬间溃坝。一方面加大上游云龙河水库的泄流,目的是为了冲刷坝体,尽量降低坝体的自然高程;另一方面,对下游大龙潭水库泄洪清库,目的是作应急管理准备,一旦堰塞湖失效溃坝,让水流到大龙潭水库。这里有一个问题,泥石流是水和砂,砾石,卵石的混合物,在运动过程中逐渐沉积,慢慢地会把河床抬高。

滑坡导致的公路路面开裂以及附近房屋墙壁开裂。

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