堰塞湖科普知识

第一篇：堰塞湖科普知识

1）堰塞湖及相关知识

王琳 简略版：

堰塞湖，是指地震、火山爆发、泥石流发生后，河道被堵塞，积水形成的湖。堰塞湖不仅会造成堰塞体上游水位上升，淹没两岸的房屋、道路、农田等；更大的危险在于，堰塞体是快速堆积形成，坝体结构一般较为松散，基本没有胶结，可能在渗透水压力作用下溃决，造成大量水流突然冲击下游。

复杂版：

堰塞湖是一种自然界经常发生的自然现象，主要是在一定的地质和地貌条件下，由于河谷岸坡在动力地质作用下迅速产生崩塌、滑坡、泥石流，以及冰川、溶雪活动所产生的堆积物，火山喷发物等形成的自然堤坝横向阻塞山谷、河谷或河床导致上游段雍水而形成的湖泊，而具备一定挡水能力的堵塞河道的堆积体称之为堰塞体。从 地质时代起，堰塞湖就是自然界存在的一种客体。堰塞体因其在瞬间堵塞河道，导致河流短时间内断流，此后，堰塞体雍水，随着上游不断来水，堰塞湖水位迅速上涨并漫坝或导致坝体溃决，对下游造成洪灾。对于坝体短时间内不溃决的堰塞湖，随着水体携带物的沉积会形成湖相沉积物，其地质特征与河流沉积物有所不同，正是基于这一点，人们辨别出很多河流在地质历史时期曾发生过堵江事件形成堰塞湖，如金沙江、澜沧江、怒江、岷江等，而当坝体溃决时，因巨大水体突然下泄，又会对下游河道产生强烈冲刷，有时甚至会导致河道改道。自人类社会以来，堰塞湖因其灾害的严重性，而与人们的生命生活息息相关。

堰塞坝形成主要模式

（1 河床、2 破坏坡体及运动方向、3 两岸斜坡、4 河流）

2）红石岩堰塞湖的成因

王琳 复杂版：

2014年8月3日16时30分，云南省鲁甸县发生6.5级地震，地震造成重大的人员伤亡，对人民生命财产和基础设施造成巨大的破坏。8月3日17点40分，昭通市防办接到昭阳区水利局情况报告，在鲁甸县火德红乡李家山村和巧家县包谷垴乡红石岩村交界的牛栏江干流上，因地震造成两岸山体塌方形成堰塞湖。

堰塞体位于原红石岩水电站取水坝下游600m处，红石岩左岸滑坡体在历史上曾发生堵江事件，地震发生后，滑坡表面物质被震松，大孤石及局部失稳碎石土滑移进入牛栏江，但滑坡体整体没有滑动，处于稳定状态。右岸滑坡体滑向河床形成泥石流向下游运动，加剧了中上部边坡岩体的变形破坏，高速倾倒崩滑，迅速向河床堆积而形成了堰塞体。右岸崩塌沿河流方向山体崩塌的长度约890m，后缘岩壁高度约600m，最大坡顶高程约1843.7m，属特大型崩塌。

堰塞体以碎块石为主。碎块石成份均主要为弱、微风化、新鲜白云质灰岩、白云岩。根据岩性组合初步估测，最大粒径大于5m。堰塞体堆积物中块径50cm以上的约占50%，块径2cm～50cm以上的约占35%，块径2cm以下的约占15%。

根据中华人民共和国水利行业标准《堰塞湖风险等级划分标准》（SL450-2009），红石岩堰塞湖属大型堰塞湖，危险级别为极高危险，溃决损失严重性为严重。根据危险性级别和溃决损失严重性确定堰塞湖风险等级为I级(最高级别)。

简略版：

2014年8月3日云南昭通鲁甸地震引发正在建设的红石岩水电站上游河段一处山体滑坡(位于鲁甸县火德红乡红石岩村)。滑坡体滚落进下方的牛栏江，造成牛栏江堵塞形成的堰塞湖。堰塞体位于红石岩水电站取水坝下游600米，堰塞湖库容2.6亿立方米，堰塞体方量约1200万立方米。牛栏江形成堰塞湖。一夜之间，堰塞湖水位上涨10多米，截止至5日12时经估算堰塞湖实际库容已经达到4500万立方米，超过正常库容的60倍。目前堰塞湖自然漏水量非常小，估计还有40米高的距离，水位就会翻过堰塞湖的坝埂，喷涌而出。根据当地气象条件，由于天气转晴，每一秒钟堰塞湖的库容增加500到600立方米减少到300-390立方米，红石岩堰塞体下游有多处村落，且有天花板、黄角树等多个水电站，如若溃决，将有极严重极高危险。

3）堰塞湖处置的阶段及相关任务

王琳 简略版：

堰塞湖应急处置的基本原则安全科学快速 工程排险与人员避险相结合 用先进监测技术及时预警预报 尽可能减少财产损失尽快使群众生活安定。堰塞湖应急处置的主要方式：

1）漫顶溃决不采取工程措施等待湖水上涨漫顶将堰塞体冲溃。

2）爆破泄流采用钻孔爆破的方式把部分堰体炸掉使湖水通过炸开的缺口下泄这种方式。

3）固堰成坝 采取护坡防渗等手段加固堰塞体 保留上游堰塞湖等待汛期过后具备条件时再进行处理。4）开渠引流。

5）自然留存不采取任何工程措施等待湖水上涨漫顶过水。复杂版：

工程措施及非工程措施：

1堰塞体开渠泄流、引流冲刷、拆除，上游垭口疏通排洪、湖水机械抽排、虹吸管抽排、新建泄洪洞等湖水排泄措施。2下游建透水坝壅水防冲。

3下游河道与影响区内设施防护和拆除。

4堰塞湖内水位变化和下游河道洪水冲刷可能引起的地质灾害体的防护。非工程措施：

1）在堰塞湖应急处置期，应分析上游来水量大小及对应堰塞湖的规模等级，结合上游河道地形条件、城镇、厂矿企业、居民区、重要设施及滑坡分布情况综合考虑上游避险范围。2）应急避险技术方案

对于Ⅲ级、Ⅳ级的堰塞湖根据其具体情况确定是否需制定应急避险预案。水、雨情预测及应急响应等级均由应急避险指挥部发布，根据堰塞湖规模及相应的洪水标准，一般在洪水来I临前1～2h发布预警警报，并结合堰塞体的现状确定直急响应等级(黄色、橙色、红色)。

3）避险路径的标识、路牌要清楚，便于识别，道路的通行能力应满足疏散人群的流量要求，做到快速、安全。安置地点的选择要充分考虑地形地质条件，不能出现新的次生灾害，尽量按照分片、分区、就近、便捷的原则落实安置点。生活物质的保障应充分、充足，要配置足够的医疗卫生设施，做好相关防疫工作。4）随着工程排险的实施，或堰塞体溃决后洪水的逐渐消退，根据险情的变化，应将应急响应等级做动态的调整，以最大限度地节约社会资源。红色警报适时地可降为橙色、黄色直至解除警报，橙色可降为黄色直至解除警报。根据具体情况，确定人员回迁的条件和时机。5）应急避险保障措施

5.1在灾害处置过程中，宣传工作非常重要，正确的宣传引导可以安抚和稳定灾区群众的情绪，获取社会公众的支持和帮助，为应急处置工作创造有利条件。5.2堰塞体阻断河流，堰塞湖水位将不断上涨，随着淹没范围的扩大，有可能形成湖区内的面源污染。堰塞湖水经处置后引导下泄或堰塞体自然溃决，受污染的水体泄向下游，将造成下游的水体污染。在堰塞湖应急处置的同时，应加强水体水质监测，进行水污染防治，必要时采取消毒措施。在堰塞体下游河道断流或受污染的湖水下泄过程中，应及时启用其他水库或地下水等备用水源，保障人民群众的饮水安全。

5.3堰塞湖形成后，切断河流，随着来水不断增加，湖水位不断上涨，淹没范围不断扩大，原两岸陆地上的物质浸入水中，形成水面漂浮物；或由于持续降雨或融雪等引发泥石流、滑坡和地震余震等使两岸物质滑人堰塞湖，形成水面漂浮物。一些大型漂浮物，如长大树干、木板等流入施工后形成的泄流渠或引流槽时，将形成阻塞，影响湖水下泄，再次抬高堰塞湖水位，严重威胁堰塞体的稳定。因此，一旦堰塞湖水面形成漂浮物，应采取打捞或驱散等措施进行处理，避免漂浮物阻塞泄流渠或引流槽。

5.4应急处置过程中，除实施工程措施外，下游受湖水下泄可能影响范围的人员应提前转移至安全处。但在湖水下泄时，为防转移人员意外落水，还应安排和实施临时水上救生措施。

第二篇：谢樵青春在强渡堰塞湖时定格优美诗歌

谢樵——青春在强渡堰塞湖时定格

一块山石，夺去的，不仅仅是一场最美的年华，还有一个好兵未竟的梦想和

一个家的脊梁。

一湖浑水，没有多宽，隔着的却是生与死的距离。

多少焦灼的心？多少祈愿？

多少无助的眼神？多少波澜？

一个水壶，你留下的，风霜历练涂抹的斑驳，记载你多年的路途。

还有你说自己上前时，回眸中的坚毅。

因为你知道，前方等你的，是更多无助的生命。

而你的年轻的生命，就此驻足……

时光从不会因灾难而定格，而人们

却选择在此时，放下所有灾祸与不安，默默地擦着眼里滚烫的泪珠，为你送行……

古时樵夫活于林木，而谢天下烟水。

如今一个名叫谢樵的年轻人，选择用自己年轻的生命，作为通往希望的木桥。

就那么生生的横亘，在湍流的浊浪中。

我们对他，又该致以

怎样的谢意？

第三篇：遂宁市抗震救灾指挥部应对绵阳市北川县唐家山堰塞湖防洪抢险应急工作预案

遂宁市抗震救灾指挥部

应对绵阳市北川县唐家山堰塞湖防洪

抢险应急工作预案

“5〃12”汶川大地震后，绵阳市北川县唐家山形成堰塞湖，集雨面积3550平方公里，总库容约3.1亿立方米。溃坝预测对我市市城区、三园区和五个区县、34个乡镇、174360名群众的生命财产安全构成严重威胁，为确保人民生命财产安全，特制定唐家山堰塞湖防洪抢险应急工作预案。

一、指导思想和原则

各级党委、政府、各部门要以对人民群众生命财产安全高度负责的精神，搞好唐家山堰塞湖防洪抢险应急工作。切实增强责任感，尽心尽责，加强领导，条块结合，层层包干，做到全面动员，科学周密，有组织、有秩序，扎实高效做好各项工作。千方百计确保撤离过程中不死人、不伤人，确保饮用水安全，确保减少国家、集体、群众的经济损失。

二、组织领导和实施主体

全市唐家山堰塞湖防洪抢险应急工作由市抗震救灾指挥部统一领导，由市委副书记、市长胡昌升任指挥长，8个工作机构和县区、市城区、三园区具体负责组织实施。

（一）值班与通讯联络组，由市委常委、市委秘书长、市总工会主席余海元负责。负责文件收发、信息编辑、领导 讲话和文件起草；负责落实和协调防洪抢险工作的有关事宜；负责落实和督办指挥部交办事宜;以公安为基础建5个应急基站指挥部；保持领导成员与各级部门通信畅通；负责防洪抢险通讯，协调移动、联通、网通、铁通等单位做好信息传递顺畅。

（二）水利监测组，由市委常委何大海负责。负责水利抗震、救灾、抢险的协调和组织实施；负责涪江雨情、水情监测及上报；负责应急水源方案，经市抗震救灾指挥部审查后，做好实施准备，在接到报警后,市抗震救灾指挥部立即通知在涪江取水的各供水企业及其他企业暂停取用涪江的地表水，改用地下水或其它备用水源，同时下令实施应急水源方案；负责审查区县、园区指挥部上报需加高涪江堤防的堤段的抢修加固方案；负责涪江遂宁段内的4座水电站泄洪调度（目前，要求金电、螺电、三星电站满负荷运行，降低库水位。螺电前池水位控制在射洪县城自来水厂水泵允许最低吸水位337.4米。在接到预警后，金湖在3小时内、螺湖在4小时内腾空库容，同时，过军渡、三星电站开闸泄水，泄水流量控制在1000—1200m3/s，确保6小时内腾空库容）。

（三）群众转移与社会稳定组，由市委常委、政法委书记魏福友、市政府副市长、市公安局长王明华负责。组织各区县、三园区按指挥部的指令和转移疏散预案，安全地将群众撤离到指定地点；负责群众转移、疏散、撤离的安全保卫 及治安秩序维护工作；严密防范和严厉打击各种违法犯罪，维护社会治安秩序；维护道路交通秩序，确保境内交通安全畅通；收集掌握社会舆情，协助宣传组做好舆情引导工作，灵通情报信息，牢牢把握工作的主动权；制定处突预案，依法及时果断处置事件。

（四）防洪抢险组，由遂宁军分区政委卫晋负责。负责组织指挥驻军、武警部队、消防、民兵预备役人员和专（兼）职应急救援人员队伍，参加防洪救援和工程抢险。

（五）交通保障组，由市政府副市长赵洪武负责。保障抢险救灾公路、铁路和桥梁畅通;负责组织应急抢险救灾人员、物资 运输；必要时启动交通战备国防动员机制，征用交通运输车辆、船舶及机械;实行交通管制，维护应急交通运输秩序；负责河道内所有船只（含采砂船）的安全工作（涪江所有船只停靠安全码头），在接到通知后，按预案指派专人负责河道、渡口和河心洲坝码头的安全；重要交通桥梁和危桥要派专人巡守，一有险情立即采取措施。

（六）救灾物资保障组，由市政府副市长刘云负责。负责防汛抢险物资储备、调度、紧急征用；负责城镇供水、供电、供气、供油，撤离群众的生活物资保障；组织商场超市在开发区管委会办公楼广场、吉祥大厦广场、船山体育馆广场、文化广场、遂宁中学、遂宁师范学校、四川职业技术学院等地设置食品、水等日常用品的销售点，保证疏散撤离期 间的供应；负责保障紧急情况下生活物资（包括瓶装水和方便食品）的储备、调拨、分配；负责组织市内工业企业生产救灾物资，保障工业企业生产生活必需的原材料；负责救灾药品组织、供应工作；负责帐篷调拨和供应工作;负责监管市场及物价，打击哄抬物价、假冒伪劣和囤积居奇行为。

（七）学校、医疗与卫生防疫组，由市政府副市长胡家正负责。负责涪江沿线学校学生疏散撤离及安置工作；承担抗震救灾医疗救护与卫生防疫的综合协调和督导工作;承担伤员的 医疗救治工作，按上级安排组织协调医疗救治组赴灾区开展救援工作，负责外来医疗队的工作安排、接待;承担灾后传染病疫情的预警及防控工作、卫生监督工作;承担抗震救灾所需医疗设备、药品、器材等物资的采购、分配、协调、运输和接受社会捐赠、救灾后勤保障等工作；负责抗震救灾医疗救护与卫生防疫及工作动态的收集上报。

（八）宣传报道组，由市委常委、市委宣传部长邓学建负责。把握正确的舆论导向，做好救灾和抢险工作的宣传报道；组织有关部门发动社会各界和广大群众踊跃捐款捐物，管理调拨好捐赠资金和物资;组织召开新闻发布会，通报防洪抢险应急工作，宣传先进。

射洪县、大英县、船山区、蓬溪县、安居区由县区政府县区长任指挥长；市城区由城建局长、三园区主任任指挥长，负责辖区内的防洪抢险工作，按市抗震救灾指挥部提出的三 条淹没线制定撤离预案，并负责组织实施。

三、溃坝水情分析预测和人员疏散

（一）水情分析预测

经水利部组织的水利专家、绵阳水文局、省水利水电设计规划分院认真研究分析，计算得到的唐家山溃坝洪水成果见下表。

唐家山堰塞湖遂宁市境内溃坝洪水控制断面数据

三分之一溃坝时洪水演算表（方案一）

主要断面 集水面积 距离 最大流量 最高水位 传播时间 备注

（Km2）（km）（m3/s）（黄海：m）（h）

涪江桥 11903 0 12860 467.5 0 洪水从绵阳涪江桥进入我市境内香山的时间为6.3小时

潼川 14827 85 12200 376.91 5

金华

12200 350.7 7.4螺丝池

12000 336 8.8

射洪 23547 138 11600 327.35 9.5

柳树

11300 305.92 11.8

南北堰 26684 193 11000 289.31 14

遂宁（犀牛堤）

11000 276.6 15.6

过军渡

11000 274.1 16.3白禅寺

11000 264 18.2

二分之一溃坝时洪水演算表（方案二）

主要断面 集水面积 距离 最大流量 最高水位 传播时间 备注

（km2）（km）（m3/s）（黄海：m）（h）

涪江桥 11903 0 22031 469.99 0 洪水从绵阳涪江桥进入我市境内香山的时间为5小时

潼川 14827 85 18500 380.61 4

金华

18000 353.4 5.9

螺丝池

17500 337.8 7.0

射洪 23547 138 17100 329.24 7.5

柳树

16700 307.98 9.3

南北堰 26684 193 16300 290.13 11

遂宁（犀牛堤）

16300 278.5 12.2过军渡

16300 275.95 12.8

白禅寺

16300 266.23 14.3

全溃坝时洪水演算表（方案三）

主要断面 集水面积 距离 最大流量 最高水位 传播时间 备注

（Km2）（km）（m3/s）（黄海：m）（h）

涪江桥 11903 0 34330 472.44 0 洪水从绵阳涪江桥进入我市境内香山的时间为4.3小时

潼川 14827 85 23800 383.51 3.5

金华

22500 355.6 5.1

螺丝池

21200 338.9 6.4

射洪 23547 138 19800 330.13 6.5

柳树

19300 309 8.0

南北堰 26684 193 18800 290.96 9.5

遂宁（犀牛堤）

18800 279.2 10.5过军渡

18800 276.5 11.0

白禅寺

18800 266.83 12.3

（二）撤离范围及人员

1、方案一（三分之一溃坝）：全市涉及17个乡镇，共需撤离常住人口25320人；

2、方案二（二分之一溃坝）：全市涉及28个乡镇，共需撤离常住人口93624人；

3、方案三（全溃坝）：全市涉及34个乡镇，共需撤离常住人口174360人；

4、为确保群众安全，河心洲坝特别是射洪县金湖洲坝，船山区猫儿洲、小河洲，市经济技术开发区袁家坝住户要全部转移。

需要撤离人员的情况见下表

县别 淹没人口

（人）淹没房屋

（万平方米）涉及乡镇

（个）

1/3溃 半溃 全溃 1/3溃 半溃 全溃 1/3溃 半溃 全溃

射洪 2483 12063 32098 7 11 11

大英 940 3762 12112 1 2 2

蓬溪 1169 24282 25583 1 5 5

船山 18945 40217 59425 5 5 6

安居区 210 508 806

开发区 798 1298 1298 0 0 3

老城区 0 0 1500 1

河东新区 15 4100 28910 1 3 4

工业园 760 7394 12628 2 2 2

合计 25320 93624 174360 17 28 34

（三）撤离疏散组织形式

1、县区撤离疏散。撤离疏散工作以县区包干，以镇、乡（办事处、居委会）包干，党员、干部、干警、部队等各种力量要有机整合，统一调度使用。撤离区域范围内人员，撤离至安全地带的任务落实到具体责任人，具体撤离疏散方案由各县区委、县区政府制定和实施。由书记、县长包干乡镇；乡镇书记、乡镇长包干到村；村包干到组，组包干到人头。各县区制定到村到组的具体方案，按要求报市抗震救灾指挥部。

2、三园区的撤离疏散。⑴河东新区河东小学、外国语 小学、灵应寺小学，疏散到四川职业技术学院；遂宁八中、仁里小学疏散到灵泉寺。⑵开发区袁家坝人员的撤离由九莲街道办事处负责撤出河心洲；嘉禾街至北固街沿线由嘉禾街道办事处负责转移，北固街至先锋桥由九莲街道办事处负责转移；渠河沿线向渠河边山坡转移。⑶创新工业园富园路办事处段家店社区，马鬃岭社区、二郎庙社区、金鱼社区、金梅社区、桐子垭社区转移至桃花山；龙坪办事处张飞梁社区、定觉院社区、清净寺社区、涪江村、大转弯村、机场村转移至机场村八组。⑷开发区、工业园、河东新区对可能回淹的涵洞要落实专门人员采取临时封堵措施，同时按预案抽干辖区内下水道污水，避免洪水回淹。

3、市城区的撤离疏散。⑴三分之一溃坝、二分之一溃坝时主城区安全。⑵全溃坝时，老城区天宫庙低洼片居民转移至渠河路万金山一带。⑶市建设局对市城区可能回淹的涵洞要落实专门人员采取临时封堵措施，同时按预案抽干辖区内下水道污水，避免洪水回淹。

四、预警机制和撤离疏散演习

（一）前线险情预报：由市政府副秘书长、市农办主任赖坤明、市防汛办副主任韩万林到绵阳市唐家山堰塞湖抢险指挥部作为前线工作组，第一时间了解掌握上游雨情、水情和堰塞湖溃坝险情，及时准确向市抗震救灾指挥部和市防汛指挥部报告。

（二）警报的启动：根据省唐家山堰塞湖抢险指挥部、省防汛指挥部、绵阳水文局、射洪水文站、前线工作组的预报和警报，经市抗震救灾指挥部有关领导会商确认有重大险情需启动应急预案时，市抗震救灾指挥部指挥长下达启动三分之一溃坝方案、二分之一溃坝、全溃坝预案警报。

（三）警报的传递

1、市抗震救灾指挥部指挥长决定发出警报后，由市抗震救灾指挥部负责通知到县区，县区抗震救灾指挥部负责通知到镇乡、街道办事处。镇乡、街道办事处负责通知到村、居委会、组。村、居委会、组负责通知到各家各户。市和县区级抗震救灾指挥部同时要通知电视台、电台、人防办。

2、警报发出的方式：市城区以防空警报方式发出，在拉响警报的同时，指挥部以专用电话通知射洪县、大英县、船山区、蓬溪县、安居区，开发区、工业园、河东新区抗震指挥部，县区抗震救灾指挥部专用电话通知沿江乡镇，各乡、镇、村、组按自己所制定的疏散撤离预案中约定的如鸣锣、高音喇叭等方式发出。要保证在第一时间通知到每一位撤离疏散区内人员。

3、警报传递的通讯保障：各单位要设置双备份的专用电话，并安排专人24小时值班。真正构建起及时、准确高效、协调有力、运行流畅的险情观察和信息传递系统，为撤离工作提供强有力的信息保障。

（四）撤离疏散演练：2008年5月30日，各区县园区选择一个乡镇或街道办事处进行撤离疏散演习。在演习过程中要向周边群众做好宣传工作，避免周边非演习群众的恐慌。当地公安干警在参加演习过程中，要确保参演群众的生命财产安全，派人留守被疏散区域，做好防盗等治安工作。

（五）警报的解除：警报解除由市抗震救灾指挥部指挥长发布，射洪县、大英县、船山区、蓬溪县、安居区，开发区、工业园、河东新区以及市人防办、市建设局、市交通局（市海事局）、市公安局，电视台、电台在得到解除警报后要立即告诉广大人民群众。

五、后勤保障和防汛抢险纪律

（一）后勤保障。安置群众，要以分散与集中相结合。对集中安置的群众，要准备好帐篷或其它方式临时安置篷，备足食品、水、药品、手电等生活必需品，并做好卫生防疫工作。三分之一溃坝时，涉及集中安置的群众由当地乡镇党委、政府在事先划定的转移地点设置帐篷、临时篷等临时住宿，确保群众安全。二分之一溃坝和全溃坝时，撤离群众要携带短期内的食品、水等生活必需品。救灾物资保障组和当地党委、政府要在撤离安置完成后，为撤离群众提供必要的生活用品。撤离人员的生活补助标准：为每人每天10元，1斤粮食（也可折资2元人民币）。要派医疗卫生人员协助基层党委、政府和村、组检查指导撤离群众的生活，定期做好 集中安置群众地点的消毒工作，汛后做好行洪区、滞洪区等涉水区域消毒防疫工作，为涉及群众提供必要的医疗保障。

（二）防汛抢险纪律。防汛抢险工作实行行政首长责任制，必须服从统一指挥，每一个公民都有防洪抢险的责任和义务，任何单位和个人都要无条件服从于防洪抢险工作，不得以任何借口拒绝抢险工作，任何人不得违抗防汛抢险命令，对玩忽职守，阻碍防洪抢险工作，在紧急关头临阵脱逃和拒不执行抢险命令造成后果者，视其情节轻重追究党纪、政纪、法律责任。

二〇〇八年五月二十八日

第四篇：简谈堰塞坝及其溃决模拟研究评述论文

1引言

堰塞坝是一类自然作用下产生的堆积物，由地震、台风强降雨和冰碛物融化等诱发山体崩塌、滑坡以及泥石流堵塞河道所形成。在堰塞坝的壅堵作用下，往往会汇集水流形成堰塞湖，对周边区域及下游群众的生命财产安全带来极大的威胁。在极端自然条件下，堰塞坝的形成愈加频繁，如2000年4月9日，西藏易贡滑坡完全堵塞易贡藏布江，形成了长2.5km、宽2.5km、最厚100m、平均厚60m的堰塞体。2008年“5·12”汶川8.0级特大地震发生后，共引发了10000多处崩塌、滑坡、泥石流，形成了256处堰塞湖，其中唐家山堰塞湖库容约为3.14亿m3，既淹没了上游村落，又对下游北川、绵阳等地上百万人口构成了巨大威胁，是地震诱发形成的极高危堰塞湖的典型代表之一。

2堰塞坝的形成与基本特征

堰塞坝的形成涉及土石体从坡面上失稳起动到河道堆积停歇的全过程，决定了堰塞体的物质组成和形态结构特征，与坝址所在区域的地层岩性、地质构造以及发生地震、台风强降雨或冰碛物融化等诱发事件的发生概率关系密切。在一定地质条件下，崩塌、滑坡和泥石流中的土石体具有自身的物质结构，在地震或降雨等外界条件的激励作用下，在坡面上失稳起动直至堵河停歇的过程中，通过复杂的动力学作用塑造出特定的堰塞体组成结构。滑坡是堰塞坝形成的最主要的形式，岸坡向河床方向高速滑动，受到对面岸坡的阻挡后堆积至河床上，形成堰塞坝，随着水流的不断汇集，堰塞湖逐步形成。在常见的地震诱发堰塞坝形成机理方面，研究者从形态、物质组成、分布规律和稳定性等多个角度进行了详细的分析和探讨。该类型堰塞坝的形成条件，主要是位置处于高山峡谷河段，河道两岸或者其中一侧存在较为破碎的基岩或松散堆积体，同时地震需达到6级以上。同时，通过历史资料统计分析，地震震级大于6级后，堰塞湖的数量、规模与烈度值呈正相关。一般情况下，堰塞坝将河道堵死，且坝体由堆积物组成，结构松散，在水量增加后会在短时间内发生漫顶溃决;若堰塞坝未能将河道完全堵死，或存在其他泄流通道，堰塞湖入流与泄流平衡且坝体稳定，则堰塞坝可长期存在。针对堰塞坝的存在时间，国内外学者也进行了充分探讨，认为堰塞坝寿命从几分钟到几千年不等，80%的堰塞坝会在1a内发生溃决，并认为100a以内溃决的堰塞坝均为高危型堰塞坝。

3堰塞坝溃决的模拟

受入湖流量、库容大小、被堵河道几何特征、堰塞体几何形状、堰塞体物质组成和岩土结构等的影响，堰塞湖的溃决过程十分复杂，溃决机理、溃决模式、溃决过程参数呈多样化特征。从已溃决的堰塞坝破坏方式来看，主要有坝顶溢流、渗漏、管涌、余震或人为因素造成的坝体滑坡、失稳等。据统计，堰塞坝溃坝以漫顶溃坝为主，所占比例约为71.6%，如四川省叠溪地震形成的堰塞坝、雅砻江右岸唐古栋滑坡形成的堰塞坝等。研究堰塞坝溃决可采用天然观测资料分析、水槽试验、实体模型试验和数值模拟等方法，但是，由于获取天然观测资料通常需要耗费大量的人力和财力，且堰塞坝的溃决具有较强的不确定性和突发性，现场观测的危险性极大，因此目前大多数情况下采用试验分析和数值模拟的方法开展可冲蚀坝漫顶溃决过程研究。

3.1堰塞坝溃决试验模拟

3.1.1溃坝水槽试验

由于溃坝造成了巨大的人员伤亡及经济损失，因此早在20世纪中期国外一些学者便对漫顶溃坝展开了水槽试验研究。大量学者通过预设溃口以及不同的坝体材料，对溃口的发展变化过程及下泄洪水进行了研究分析，得出了坝体坡面的冲刷以泥沙输移过程为基础、溃口的展宽变化包括侧向侵蚀和垂向侵蚀等结论。

3.1.2溃坝模型试验

(1)漫顶溃坝模型试验。20世纪中期，美国开展了规模较大的模型溃坝试验，得到了不同坝体材料情况下的冲刷速率;奥地利针对堆石坝溃决过程也进行了大量的室内试验研究，最大坝高5.5m，其溃决时间比尺与美国的基本一致，还得出了相同护坡条件下不同坝体坡度与临界水头之间的关系。

(2)管涌溃坝模型试验。管涌是导致堰塞坝溃决的原因之一。堰塞坝坝体管涌发生在坝体内部，较难被及时发现，且难以观测获得相关数据。因此，不断有学者开展关于管涌发展过程的模型试验研究，尝试通过可视化试验来研究管涌形成、发展过程及物理机制。可视化试验多是模拟堤基管涌，该类管涌一般发生在透水性较强的砂土层，砂土层上面是透水性较弱的黏土堤身或黏土层。试验采用透明有机玻璃板代替堤身或黏土层覆盖在砂槽土体表面，可在试验过程中透过有机玻璃板观察砂土层中的管涌现象，通常在上覆有机玻璃板开孔来模拟黏土层表面的薄弱点或直接在土槽下游断面上设置管涌出口。但是，实际管涌发生位置是随机的，与地质情况有关，一般发生在表面薄弱处。国内外相关学者通过大量的试验得到了丰富的成果:管涌侵蚀由管涌口逐渐向上游发展，深度在其向上游发展的过程中基本保持不变，截面为宽浅型的倒梯形，边壁的明显冲刷扩张发生在管涌通道贯穿上下游之后;通过多种土样的管涌试验还发现，虽然管涌通道的宽度随着通道的延伸而增大，但是通道尖端的尺寸始终保持不变。

3.2堰塞坝溃决数值模拟

坝体的溃决过程受入库流量、库容、坝体形状和坝体材料特性等多方面因素的影响，按照溃决物理机制来划分，堰塞坝溃决模型有统计模型、参数模型和物理机理模型。本文主要介绍基于参数的数值模拟和基于物理过程的数值模拟。基于参数的模型是建立在统计分析溃坝历史资料基础上得到的统计模型，已有的相关模型中主要采用坝体高度、库容总量、溃决时库内水位与溃口高差、溃决时库内水量等作为特征参数，建立最终溃口宽度、溃决时间和洪峰流量的模型表达式。但是，由于堰塞坝溃决案例的历史实测资料稀少且通常难以获得，因此统计资料的选用具有较强的主观性，导致该类统计模型的计算结果往往存在极大的不准确性。同时，该类模型只能计算出洪峰流量、溃口最终宽度和峰现时间等离散值，无法得到这些主要参数的时变连续变化值。基于物理过程的数值模拟模型是依据堰塞坝形成与发展机理，从理论角度考虑了水流运动、泥沙输移、边坡稳定性等因素而建立的能预测堰塞坝溃坝过程及下泄洪水过程的模型。CristofanoE.A.最早提出了模拟土石坝漫顶溃决时变过程的数值模型，HarrisG.W.等又在此基础上建立了HW模型。随后，FreadD.L.开发了BREACH模型，该模型采用两种模式计算溃口展宽及形状变化过程:一种模式是假设溃口形状为矩形，发展变化形式同DAMBRK模型;另一种模式是通过坝体材料的特性确定临界滑裂面，当溃口深度超过临界深度时边岸以临界角度发生崩塌。由于这类模型结构简单并且考虑了溃口发展过程，因此被广泛应用于行业软件中。

3.3堰塞坝溃决的三维视景模拟

随着计算机图形学、地理信息系统(GIS)、遥感等技术的快速发展，结合数值模拟的三维视景可视化研究受到越来越多水利专家、学者的青睐。三维视景模拟是虚拟现实的一种表现形式，是结合研究对象通过实时三维图形技术展现出的逼真的虚拟现实场景，相对实体模型来说更精确、更易实现。堰塞坝溃决洪水三维视景仿真主要通过三维图形实时展示堰塞体溃决后下游河道的洪水运动状态，包括瞬时流量、水位、到达时间以及影响范围等动态因素，可对溃决洪水进行实时预测和分析，从而为决策者制定防洪方案提供准确信息，降低堰塞坝溃决洪水造成的损失。冶运涛等开发了汶川地震灾区堰塞湖溃决洪水淹没过程的三维可视化系统，直观展示了堰塞湖的蓄水过程和洪水演进的三维效果;陈伟利结合唐家山堰塞湖区域航空遥感影像数据及DEM高程数据，验证了该区域的地形构建原理及工作流程，发布后通过仿真引擎VegaPrime初步实现了该区域三维地形仿真系统的构建;钟登华等采用三维溃堤洪水演进数学模型对长距离调水工程进行了溃决洪水演进模拟，在虚拟现实平台上开发了溃决洪水淹没演进的三维情景仿真系统。相关溃决的三维视景模拟可对堤防管理，下游防洪和应急决策提供虚拟可视化情景分析与展示。

3.4堰塞湖除险减灾

按照存在的时间长短，堰塞湖可分为高危型堰塞湖、稳态型堰塞湖和即生即消型堰塞湖三种类型，其中高危型堰塞湖威胁最大，是需要实施除险减灾措施的主要对象。在除险减灾过程中，首先进行堰塞湖溃决致灾风险评价，然后对除险减灾措施进行优化决策。由于溃决机理的复杂性，因此目前对堰塞湖的溃决预报还不成熟，而溃坝洪水的下游演进和淹没范围计算已有较成熟的方法和多种模型。相应地，溃口洪水过程预报的不准确、应急分析时下游河道水沙资料的不完整，大大降低了洪水演进模型的预报精度，导致了洪水淹没分析结果及风险评价结果的显著不确定性。在高危堰塞湖的除险处理方面，主动开挖泄流明渠、降低溃决时坝前水位是控制溃决洪水的一种有效方法，成功应用于西藏易贡堰塞湖和“5·12”汶川特大地震形成的唐家山堰塞湖、肖家桥堰塞湖的工程除险。但是，泄流明渠的开挖时机、开挖程度、开挖位置等都与除险目标(控制后的溃决洪水过程)直接相关，目前尚缺少优化方法的研究。

4需要重点研究的若干关键问题

(1)堰塞体形成过程中的土石料堆积分选机制。堰塞体结构和物质组成是堰塞体破坏溃决过程模拟和预报的基本岩土参数。但是，由于堰塞湖形成突然、进入现场难度大、难以及时直接获知堰塞体内部结构和物质组成，因此需要研究建立快速判别堰塞体结构和物质组成的方法。土石料堆积分选机制作为松散土石体运动过程中的内在力学机制，将是堰塞体物质结构和组成与源区失稳土石体的物质结构和组成之间的内在联系。可以通过土石料堆积分选机制的研究，将堰塞体结构和物质组成的判别与源区失稳土石体的特征识别联系起来。

(2)强非恒定流、非均匀流下的输沙理论。现有泥沙输移理论基本上是在恒定均匀流条件下建立的，且强烈依赖于理论检验的输沙资料。堰塞体溃决过程中水流和边界发生复杂变化，具有强非恒定、非均匀特点，与溃口变形直接相关的泥沙输移还没有相应条件下的理论模型(包括启动、推移质运动、悬移质运动等不同内容)。同时，堰塞体松散土石料的输移资料基本无历史观测资料，现有输沙理论外延应用的误差大。因此，亟需研究松散土石料的泥沙输移特征并建立溃决水流条件下的输沙理论模型。

(3)多机理耦合的溃口发展模型。堰塞体溃决过程中包含复杂的水土耦合作用。除了典型的水力冲刷和重力坍塌以外，还存在沿流向的冲决破坏(滑动、倾覆或挠曲破坏)。只有合理考虑这些力学机理的作用，才可能建立起可靠的溃决模型。现有机理模型由于在机理描述上存在不足，因此尚不能模拟从初始破坏至溃口稳定的溃决全过程，如初始渗透变形所致的坝顶坍塌、溃口发展的溃决过程。另一方面，天然堰塞体通常显著厚于人工土石坝，溃口发展在时间上和沿程上都极不均匀，现有经验模型和参数模型都难以应用。

(4)大尺度堰塞坝溃决实体模型试验。目前专门针对堰塞坝的溃决过程实体模型试验或大尺度试验研究较少，尤其是在符合模型相似律的实体模型试验研究方面。已有的水槽试验研究中只局限于少数影响因素的分析，缺乏对漫顶溃决过程影响因素的系统性试验分析研究。因此，有必要开展符合模型相似律的实体模型试验，分析研究可冲蚀坝漫顶溃决机制及下泄流量变化过程。

(5)如何降低除险减灾策略制定中的不确定性。堰塞湖的处置通常具有显著的应急特征，堰塞湖、堰塞体及下游易受灾地区的信息一般并不完整。为了提高除险减灾措施的可靠性，通常需要通过不同方法进行对比决策。相应地，在堰塞湖入流预报、溃决过程预报和下游洪水演进、淹没预报等环节中，基础资料的误差、预报方法的差异和误差等都具有强烈的不确定性，从而对除险减灾策略的制定及实际实施效果产生重要影响。在这种不确定性的实际条件下，需要估计不同环节的不确定性大小和环节之间的传递过程，从而寻求降低不确定性的有效方法，提高除险减灾决策的可靠性、科学性。

第五篇：浅论堰塞坝溃坝过程分析及影响因素研究论文

1前言

堰塞湖是在一定地质地貌条件下，由于地震、降雨或火山喷发等原因引起山崩、滑坡或泥石流等自然现象堵截山谷、河谷，造成上游段壅水形成的湖泊。阻塞山谷、河谷的堆积体为堰塞坝。据统计资料显示，在形成后10d便发生溃决的堰塞湖百分比超过50%，2个月内溃决的百分比超过60%，1年内发生溃决者超过90%。堰塞坝拥有如此高的溃坝率，一旦发生溃坝，后果将十分严重。在1933年8月25日，四川叠溪发生7.4级大地震，强烈的地震使岷江两岸山体崩塌形成3座高达100余m的堰塞坝，14d后最下游的1个堰塞坝发生溃决，形成高40m左右的洪水倾斜而下，将河流下游两岸的村庄摧毁。对于堰塞坝溃坝过程的研究主要有3种途径:原型观测、数值模拟和模型试验。数值模拟已经发展了许多成熟的模型，其中模拟溃坝的主要模型有:DAMBRK模型，BEED模型，BREACH模型，LOU模型，HW模型，Cristofano模型，Nogueira模型等。一般堰塞湖溃坝主要由漫顶或渗透管涌引起。漫顶溃坝情况是由于坝体本身没有导流或泄洪设施，水位最终发生漫顶，而坝体内部发生渗流，使坝体本身的强度降低，最终发生溃坝。该种溃坝情况水位高，溃坝洪峰流量大，破坏力极大。因此漫顶溃坝更应该得到重视与研究。

2堰塞坝漫顶模拟实验

2.1实验布置及材料

该实验旨在模拟土石坝漫顶时发生溃坝的情况，收集实验数据用以概括溃口形成过程，分析不同坝高、不同坝后坡度对漫顶溃坝过程的影响。该实验在一矩形水泥河道中进行，实验装置分为供水箱、水槽、泥沙收集池3个部分。供水箱长宽高均为1.0m，通过水泵供水，实验过程中水箱中一直保持满水，水箱下游侧安置最大流量为0.17L/s的LZB-25玻璃转子流量计。水槽段宽高均为0.5m，坡降为5°，水槽下游连接泥沙收集池，上游库区安置水位仪(E1)，在坝下游区安装摄像机(C1)，拍摄溃口变化过程。此次实验取无黏性沙作为填坝材料，其级配曲线。

2.2实验方案

此次实验设置坝高分别为13cm和15cm，顶长分别为20cm与25cm，上游坝坡1∶1.5，下游坝坡1∶1.5，上游来水量为0.17L/s，实验分为3组，如右侧表所示。

该实验先在水槽内按设计方案堆设坝体，为引导溃口在坝体中部产生，堆设时坝体中部略低。缓慢向水槽中灌水，快达坝顶时，关水静置1h，使坝体上游面与水充分接触。之后打开流量仪，固定流量0.17L/s放水，直到整个溃坝过程完成。整个实验过程，水位仪实时监测坝体上游水位变化，摄像机拍摄溃口变化过程。

2.3溃口变化过程分析

漫顶破坏的一大特点是溯源冲刷破坏，溃口发展过程可分为3个阶段:初始溃口形成阶段、溃口发展阶段和最终稳定阶段。

阶段Ⅰ初始溃口形成阶段。当上游水位上升时，坝体发生渗流现象。当水位达到坝顶高度时，发生漫顶，水流总是向最低点运动，因此水流在坝顶中部成股水流缓慢向前移动，水流产生剪应力作用于过流界面，产生微小的局部破坏，微小颗粒因被水流包裹，相互之间摩擦力大幅度降低，因此水流很容易将其带走，使坝体顶部强度降低。当水流到达坝顶与下游坡面接触位置时，水流在交接处冲刷出一个小缺口，但由于此时水流流量较小，水流的破坏力有限，因此下游坡面未出现大面积的失稳破坏现象。但此时在坝体下游下切作用较强，缺口以喇叭状不断扩大，横向拓宽速度较为缓慢，纵向下切速度较快，因此溃口下切深度增长较快。随着水流的不断冲刷，由于水体自身的重力及冲蚀作用，水流使下游坡面出现凹槽，形成陡坎冲蚀，流量开始增大。下游坡度越缓，陡坎现象越明显。在水流的持续冲刷作用下，下游坡面的陡坎深度不断增加，同时也在不断拓宽，水流流量逐渐变大，此时下游坡底部分向远端呈扇形扩大。同时，陡坎的上半部分，在纵向深度与横向宽度不断增加的同时，陡坎的轮廓不断扩大，侵蚀向上游扩展，在水流的携带作用下，陡坎靠近上游边缘的边沿细颗粒被冲向下游，一些大粒径颗粒在自身重力作用与水流冲刷作用下掉落，使得陡坎规模进一步扩大。当水流向上冲蚀达到上游坝顶边缘时，坝体顶部形成贯通的凹槽，此时初始溃口形成。

阶段Ⅱ溃口发展阶段。当凹槽贯通时，形成了初始溃口。此时的溃口断面形状大致为矩形。此时溃口流量开始急剧增加，大股水流的涌入也使溃口的下切速度与扩宽速度大幅度增加。由于水流的剪切力作用，溃口横向拓宽的速度明显大于溃口纵向下切的速度，溃口宽度迅速增加。洪峰流量也在该阶段达到最大值。此时，溃口两侧边坡基部的泥沙被大量冲刷带走，使边坡的稳定性进一步降低，为边坡失稳坍塌提供发展空间。根据BREACH模型建立的溃口模型，当溃口的下切深度达到某一临界深度时，边坡大量泥沙被水流带向下游，提供强度保证的大粒径颗粒失去稳定最终使边坡失稳坍塌，溃口形状由矩形转变为梯形。阶段Ⅲ最终稳定阶段。当边坡失稳坍塌后，溃口流量开始减小，当水流减小至一定程度后，不足以维持泥沙的层移运动，泥沙开始贴着底部滚动运动。大粒径颗粒因自身重力过大先停止运动，细颗粒受到阻碍也停止运动。水流与颗粒达到动态平衡。溃口此时稳定最终形状为梯形。

3溃坝流量与影响因素分析

对于溃口的分析，除需确定溃口形状外，溃口流量也是根本任务之一。一般情况下，溃坝的下泄流量可由水库水量动态平衡方程计算:

dV/dt=Qin-Qout(1)

式中

V———库区容量;

Qin———入库流量，包括降雨、径流等;

Qout———出库流量。

在该实验中，不考虑蒸发等因素，水量出库方式主要为渗透和溃口出流，因此可得出:

Qout=Qs+Qb(2)

式中

Qs———渗透出流量;

Qb———溃口出流量。

则式(1)可变为:

Qs+Qb=Qin-dV/dt(3)

在该实验中入库流量Qin概化为恒定的上游来水流量0.17L/s。因水位仪测得上游实时水位变化，因此dV/dt也为已知量。在此，设:

Q*=(Qs+Qb)/Qin(4)

式中Q*为无量纲化的出库流量。

由于在水位达到坝顶高度前，水位持续上升，并未发生异象，因此以水流漫顶后达到坝顶边缘与下游坡面交界处、产生初始溃口时为时间起点，一直到溃口形状稳定，水流与颗粒达到动态平衡时的溃坝流量过程制成图。

通过图3～图5可以看出，3组试验的溃坝流量过程的总体变化趋势是一致的。开始时，流量较小，在很长一段时间内，流量变化不大，之后流量突然增大;达到洪峰流量，该最大流量保持时间较短;之后流量开始减小，最终趋于稳定。在时间起点，溃口还未形成，溃口流量为零，因此Q*在此时应为渗透流量Qs，3组试验渗透流量Qs≈(0.5～0.6)Qin，之后初始溃口形成，并未贯通，流量在一定时间内变化不大，但此时溃口对流量的影响远大于渗流对流量的影响，则Q*≈Qb;溃口贯通后，大量水流涌入溃口，Q*在短时间内达到峰值，为洪峰流量。大量水流在短时间内下泄，流量下降迅速，最终趋于稳定，此时溃口也保持稳定。

通过3组试验流量变化图可以发现:坝体高度与洪峰流量大小成正相关，并且坝体越高，洪峰来临的时间越为延后。因坝体高度越高，上游水位越高，壅水总量越大，因此溃坝后，更多的水量下泄，洪峰流量较大。而坝体的高度越高，水位到达坝顶高度的时间也越长，因此洪峰来临时间相比低坝高工况较为延后;坝体长度越短，洪峰来临的时间越短，持续时间也越短，洪峰流量越大。究其原因，坝体长度越短，漫顶水流到达坝顶边缘与下游坡面交界处的时间越短，能更早地形成陡坎冲刷，形成初始溃口，水流溯源的时间也越短，能更早贯通溃口。相对于坝顶长度较长的坝体，坝顶长度较短的坝体结构强度较低，水流的剪切能力和冲刷能力更强，更容易较快地冲毁坝体。因此，应根据实际情况适当控制坝高，尽可能加大坝长，对上游进行水土保护，尽量减少泥沙入库，保证库区有效库容，防止溃坝发生，尽可能减小溃坝带来的危害。

4结论

堰塞坝具有极高的溃坝几率，溃口的形成与溃口流量是决定溃坝严重程度的重要因素。本文通过模拟溃坝实验得出以下结论:

溃口形成可以概化为3个阶段:K初始溃口形成阶段、L溃口发展阶段和M最终稳定阶段。在初始溃口形成阶段，水流对坝体冲蚀形成初始矩形溃槽，同时，水体的渗流作用也加速了该过程。溃口的纵向加深与横向拓宽同时进行，但纵向下切速度大于横向拓宽速度。水流发生溯源冲蚀，使溃槽贯通;在溃口发展阶段，水流流量快速增大，在短时间内达到洪峰流量，横向拓宽速度更快，此时大量水流不仅冲蚀溃槽底部，也带走大量边坡基部泥沙，当溃口深度超过临界深度，边坡失稳坍塌，溃口形状变为梯形;在最终稳定阶段，水流流量减小，水流与泥沙颗粒达到动态平衡，溃口不再发展。

在其他参数相同的情况下，坝体高度越高，洪峰流量越大，洪峰来临时间越迟;坝体长度越短，洪峰流量越大，持续时间越短，洪峰来临时间越短。因此应根据实际情况控制坝高，对上游进行水土保护，在尽可能降低坝高的情况下保证有效库容，增加坝长，减小溃坝产生的威胁。