堰塞湖(Barrier Lake)是由
火山熔岩流活动堵截河谷,或由
地震活动等原因引起山体崩塌堵塞河床而形成的湖泊。
堰塞湖的形成需要具备四个条件,一是存在原有的水系,二是原有水系被堵塞物堵住,三是河谷、河床被堵后流水聚集并往四周漫溢,四是储水需达到一定程度。堰塞湖可按成因划分为滑坡型堰塞湖、崩塌型堰塞湖、泥石流型堰塞湖,或按诱因划分为降水堰塞湖、
冰川堰塞湖、火山堰塞湖、地震堰塞湖。根据后期影响不同,堰塞湖有高危型、稳态型和即生即消型之分。堰塞湖多分布在高山深谷地带、现代高山
冰川带和火山分布地带,中国的堰塞湖主要位于
中国西南地区的
四川省、
云南省、
西藏自治区等高山峡谷区和西北地区的新疆、
甘肃省、
宁夏回族自治区和
陕西省等
黄土高原地区,代表性的有
镜泊湖、五大连池、
喀纳斯湖等。
堰塞湖的存在对于人类社会有利有弊。一方面,堰塞湖的危害很大,一旦其堵塞物被破坏,湖水便会漫溢而出,倾泻而下,形成洪灾。面对堰塞湖存在的危害和风险,需采取应对措施,包括堰塞湖的识别与监测、稳定性分析、溃决过程及洪水演进分析、风险分级评价、灾害范围预测及避让安置、应急处置等。但另一方面,堰塞湖也可进行开发利用,例如修建水利设施、进行旅游开发等。
定义
堰塞湖是由火山熔岩流活动堵截河谷,或由地震活动等原因引起山体崩塌堵塞河床而形成的湖泊。由山崩、地震、滑坡、冰碛物、
泥石流或火山喷发等因素作用形成的阻水堆积物叫堰塞坝。
成因
诱因
堰塞湖的形成需要内因和外因。内因是具有发生堵江条件的地质、地貌和河床水动力河谷斜坡,外因是具有作用于河谷斜坡上促使滑坡和崩塌发生的诱发因素,既包括
降水(降雨和降雪)、地震、加载、坡脚淘蚀或开挖、水位骤然升降、火山爆发、
冰川崩解等,也包括其他不当人工开采活动导致的山体滑坡和崩塌。资料统计,降雨和地震是形成堰塞湖的两个主要诱发因素,占比达百分之九十。火山因素居第三位。
形成
堰塞湖的形成一般需要具备以下四个条件:一,具备原有的水系。堰塞湖形成区域内有江河流过,且河床宽度不是很大,尤其是山区的V型河谷更有利于堰塞湖的形成。二,原有水系被堵塞物堵住,堵塞物可以是火山熔岩流、地震活动等原因引起的山崩滑坡体、泥石流,也可以是其他物质。三,河谷、河床被堵塞后,流水聚集并往四周漫溢。四,储水需达到一定程度。河道上游必须有充分的水源条件或极强降雨的汇流条件。
分类
按形成原因划分
滑坡型堰塞湖
滑坡型堰塞湖是堰塞湖中最为常见的一种,主要由江河两岸的山体发生滑坡堵塞河道而形成,而导致山体滑坡的原因可能是地震、降雨、融雪、人类工程活动等。
滑坡型堰塞湖通常具备的特征有:一,堰塞区域大,阻塞河段长;二,堰塞坝方量大,坝体高,蓄水量大,回淹面积广溃决危害也更大;三,
堰塞体存留时间长;四,滑坡堰塞体以土石混合型居多,渗漏方式破坏的少,以漫顶导致溃坝的多。
代表性的滑坡形成堰塞湖的实例有:1933年
四川省叠溪地震造成山体滑坡、崩塌,堵塞
岷江,形成堰塞湖。2000年4月9日
西藏自治区易贡发生大规模山体滑坡,滑坡体堆积于藏布江,形成体积达2.8亿~3亿立方米的滑坡堰塞湖。
5·12汶川地震触发大量滑坡阻塞河道形成堰塞湖,灾区总计发现大小堰塞湖200多处,由滑坡堵河形成的占70%左右,其中
唐家山堰塞湖是蓄水量最大、危险程度最高的。
崩塌型堰塞湖
崩塌型堰塞湖是由于地震、降雨、风化及人类工程活动等导致江河两岸的山体发生崩塌,阻断河流形成的。
崩塌型堰塞湖一般是以大块石、块石和碎石堆积为主;
堰塞体结构较为松散,抗渗能力差,易发生坝体渗流;堰塞坝通常规模中等,留存时间长,若大块石较多,则不易开挖
泄流渠;破坏方式除漫顶溃坝外,也易发生渗流破坏。
代表性的崩塌形成堰塞湖的实例有:1959年,藏东察隅河东支桑曲下游八嘎湖因雨季发生巨大山崩,形成长400米、宽400米、高约150米的天然堤堰,使上游积水成湖。
5·12汶川地震形成的堰塞湖中有近三分之一为崩塌型堰塞湖,其中具有代表性的是岷江映秀段老虎嘴壅塞体和马槽滩堰塞湖。
泥石流型堰塞湖
泥石流型堰塞湖通常是由地震、降雨、冰湖溃决、融雪等原因引发泥石流堵塞江河而形成的。
与滑坡型堰塞湖相比,泥石流型堰塞湖通常具有以下特征:一是堰塞坝坝体较小,存留时间短,有时甚至不会形成明显的堰塞坝;二是坝体物质含水量高,流动性强;三是对河道的淤积作用强,溃决风险小。
代表性的由泥石流形成堰塞湖的实例有:1900年前后,藏东地区爆发特大泥石流,堵塞
易贡藏布形成了堰塞湖。2010年8月7日,中国甘肃
舟曲县白龙江左岸三眼峪发生了大型泥石流灾害,泥石流堆积物淤积在三眼峪入江口至瓦厂桥约1000米的河道内,阻断白龙江,形成堰塞湖。
5·12汶川地震后,灾区山体破碎,易受强降雨影响发生泥石流;2010年8月13日,曾是汶川地震的重灾区
映秀镇上游岷江河段发生多处泥石流,阻断岷江形成堰塞湖。
按诱发因素划分
降水堰塞湖
降水堰塞湖是由于长时间降雨、降雪或冰雪融化导致山体饱水失稳,产生滑坡、泥石流等地质灾害体,其堆积物阻塞河道形成堰塞湖。
例如,2007年7月25日,
江坪河水电站左岸梅家台山体因暴雨发生大面积滑坡,约72万立方米
坡积体滑入河床,在河床中形成高30~50米的堵江堰体,堵江堰体顺河床方向底宽约260米,在其上游形成了库容约为1680万立方米的堰塞湖。
冰川堰塞湖
冰川堰塞湖指的是由冰川消退时产生冰凌形成的堰塞湖。
中国的
黄河、
黑龙江省、
松花江易形成冰川堰塞湖,如2004年2月,
阿尼玛卿山发生冰崩,形成了长300米、宽70米、水深5米的堰塞湖。
火山堰塞湖
火山堰塞湖又称熔岩堰塞湖,是指由火山爆发产生熔岩流形成的堰塞湖。
呈粘稠的液态形式在地表流动的熔岩称为熔岩流,熔岩流冷却后形成固体岩石堆积。呈液态流动的熔岩温度常在900~1200
摄氏度之间,如熔岩中气体的含量多,更低的温度也能流动。当熔岩溢到地表后,往往沿地势从高处向低处流动,常流到河流中使河谷堵塞,使河谷上游积水成湖,形成火山堰塞湖。
中国有多座著名的熔岩堰塞湖,如
黑龙江省的
镜泊湖、五大连池,
新疆天山的天池等。
地震堰塞湖
地震堰塞湖是指因地震引发河道两侧山体滑坡、崩塌或泥石流,其堆积体落入河道、河谷迅速形成拦水堤坝,上游河水壅高从而形成堰塞湖。
中国是地震多发区,地震堰塞湖大多分布于
中国西南地区的
四川省、
云南省、
西藏自治区等高山峡谷区和西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西等黄土高原地区,台湾也时有发生。据不完全统计,迄今为止中国有记载的地震堰塞湖有300余处。
按后期影响划分
高危型堰塞湖
高危型堰塞湖是指在几天至100年左右溃决的堰塞湖。此类堰塞湖蓄水量大、落差大,往往在形成后几天至几年或几十年后会被冲垮。
高危型堰塞湖形成后,河道依然保持原下泄路径,造成堰塞湖内持续蓄水,随着蓄水量的增大,逐渐形成
管涌或裂缝。天然坝体特别容易溃决,垮坝时会释放巨大的能量,造成严重的地震次生水灾,必须采用应急处理措施消除或减少其造成的危害。
稳态型堰塞湖
稳态型堰塞湖也叫做“死湖”,存在时间很长,一般超过百年,且湖的积水量很大。
稳态型堰塞湖在形成后并未将河道完全堵死,或者还有其他的
泄流通道致使河流改道,使得堰塞湖内来水和泄水保持平衡。如果坝体结构较为稳定,这种堰塞湖可以保持很长时间。此类堰塞湖可以通过加固成为天然水库,或开发利用为风景区。
即生即消型堰塞湖
即生即消型堰塞湖会在一天或几天内溃决,通常是地震时形成的短时堰塞湖,很快就会被后来累积的水流冲毁,危害一般不大。
分布
全球堰塞湖系统
在中国和全球各地堰塞湖有三大系统:一是在高山深谷地带,如以中国川西山地
汶川县、
北川羌族自治县山区为代表,由崩塌、滑坡和泥石流等地貌过程形成的一系列堰塞湖;二是现代高山
冰川带,如中国
青藏高原南侧和西侧和南、
北美洲高山等地,均有大量
冰碛和冰川堰塞湖。它们的产生与冰川有关,而它们的溃决则与冰体消融、湖岸冰体崩塌和来自山体上部的基岩崩塌、冰崩而引起对冰湖稳定性的破坏,以及地震的触发有关。第三是在火山分布地带,火山喷发的火山熔岩、火山碎屑岩以及火山泥流等造成的堰塞湖,但有溃决现象的很少。
中国堰塞湖分布
中国是一个多山的国家,国土中有超过三分之二的面积为山地,地质构造复杂,地震活动频发,容易因降水或地质活动诱发地质灾害产生堆积物,从而形成堰塞湖。
从分布上来看,中国的堰塞湖大多分布在西南地区的
四川省、
云南省、
西藏自治区等高山峡谷区和西北地区的新疆、
甘肃省、
宁夏回族自治区和
陕西省等
黄土高原地区。其频发范围同崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的频发范围基本一致。中国西南地区的高山峡谷区地质构造运动强烈,地震活动频繁,河流下切强烈,河谷狭窄,成为大型崩塌滑坡堵江形成堰塞湖的高发地区,其中西部高山峡谷区的岷江流域、怒江流域、雅鲁藏布江流域以及黄河中上游流域等地区是滑坡堰塞湖多发区。
易贡湖
易贡湖位于中国西藏波密县
易贡乡境内,海拔2600米,湖面面积约为20平方千米。20世纪初,扎木弄沟发生了体积达数亿立方米的巨型滑坡,形成了易贡湖。
2000年4月9日晚,
西藏自治区林芝市波密县易贡藏布下游左岸扎木弄沟发生特大规模山体滑坡,滑坡堆积体截断了易贡藏布,使原先呈网状的易贡湖面积迅速扩大。当时正值融雪季节,上游地区来水量较大,滑坡前后该地区又持续降雨,易贡湖的水位快速上涨,淹没了两岸大量农田、道路和村庄。
然乌湖
然乌湖位于西藏昌都
八宿县境内,面积为22平方千米,湖面
平均海拔3850米。
然乌湖是
雅鲁藏布江重要支流
帕隆藏布的源头之一。该湖位于
喜马拉雅山脉、念青唐古拉山和
横断山脉的对撞处,由山体滑坡或泥石流堵塞帕隆藏布而形成。
唐家山堰塞湖
2008年“
5·12汶川地震”过后,地震的影响区产生大量崩塌、滑坡地质灾害,形成了许多堰塞湖。这些堰塞湖中,堵塞规模最大、潜在危害最高、最容易再次诱发次生灾害的为
北川羌族自治县通口河的唐家山大型滑坡堵江堰塞湖。
唐家山堰塞湖的滑坡堰塞坝长803.4米,宽611.8米,相对高82.6~124.6米,体积约为2037×10000立方米,最大蓄水量为3.2×100000000立方米。
2008年6月10日,
唐家山堰塞湖通过开挖泄流槽逐渐塌后成功泄洪,堰塞坝未发生整体溃坝,整体稳定。由于堰塞坝下部地质结构相对较好,
泄流后泄洪槽入口下切缓慢,仍保持高程710米,库内还储集了约8000×10000立方米的水量。
风险与危害
风险分级评价
堰塞湖存在溃决风险。堰塞湖的堵塞物并不是固定不变的,它们也会受冲刷、侵蚀、溶解、崩塌等。一旦堵塞物被破坏,湖水便漫溢而出,倾泻而下,形成洪灾,极其危险。根据堰塞湖存活时间的统计数据,大多数堰塞湖在形成一段时间后会溃决。研究人员通过对中国及国外63个已溃决堰塞湖的统计,得出:堰塞湖天然堆石坝中的21%在形成1天后就发生溃决,41%在1周内溃决,50%在10天内溃决,80%在6个月内溃决,85%在1年内溃决。也有一些堰塞湖因
堰塞体结构稳定,或湖水上涨后另寻出路,或来水量小,得以长期保留。
要应对堰塞湖风险,首先要对堰塞湖进行风险评价,评价包括堰塞体危险性分级及评估、堰塞体溃决损失严重性评估、风险综合评估三个方面。进行堰塞湖风险评价有助于有针对性地采取应急处置措施。
堰塞体危险性分级及评估即根据堰塞湖规模、堰塞体物质组成和堰塞体高度,将堰塞体危险级别分为四类,分别是:一,极高危险级,为大型堰塞湖,堰塞体物质组成以土质为主,堰塞体高度大于等于70米。二,高危险级,为中型堰塞湖,
堰塞体物质组成为土含大块石,堰塞体高度为30~70米。三,中危险级,为小型堰塞湖,堰塞体物质组成为大块石含土,堰塞体高度为15~30米。四,低危险级,为小型堰塞湖,堰塞体物质组成以大块石为主,堰塞体高度小于15米。
堰塞体溃决损失严重性分级评估即根据堰塞湖影响区的风险人口、重要城镇、公共或者重要设施等情况,将堰塞体溃决损失严重性级别划分为四个等级,分别为:一,极严重级别,风险人口大于等于100万人,受影响的重要城镇包括地级市政府所在地,公共或重要设施包括国家重要交通、输电、油气干线及厂矿企业和基础设施,大型水利工程或大规模化工厂、农药厂和剧毒化工厂。二,严重级别,风险人口为10万~100万人,受影响的重要城镇包括县级市政府所在地,公共或重要设施包括省级重要交通、输电、油气干线及厂矿企业或一般化工厂和农药厂。三,较严重级别,风险人口为1万~10万人,受影响的重要城镇包括乡镇政府所在地,公共或重要设施包括市级重要交通、输电、油气干线及厂矿企业或一般化工厂和农药厂。四,一般级别,风险人口小于1万人,影响城镇包括乡村以下居民点,另有一般重要设施受影响。
堰塞湖溃决风险综合评估即根据
堰塞体危险性、溃决损失大小、溃决方式等进行风险评价,将堰塞湖风险等级分为四级。从一级至四级,堰塞体危险性级别及溃决损失严重性级别逐渐降低。
风险类型
已存在/残留堰塞湖风险
那些短时间内没有溃决、稳定存留下来的堰塞湖并非一成不变,其长期演变过程中仍有可能受气候变迁、水文条件改变甚至地震等极端自然灾害影响而溃决。例如1911年塔吉克斯坦地震后形成的萨列兹湖,堰塞体高达600米,为全世界最高的堰塞体,库容达170×108立方米。该堰塞湖形成已有百余年,但
堰塞体溃决的威胁仍然存在,受影响范围涉及4个国家、数百万人口,长期以来一直在进行水文监测预警。
中国西部高原地区存在大量高山堰塞湖,其中部分属于
冰碛堰塞湖,多位于
喜马拉雅山脉和
昆仑山脉海拔3000~5000米的
冰川前缘。当发生
冰川消融、冰崩、冰湖溃决时,会引发
山洪泥石流灾害链,构成巨大的潜在堰塞湖隐患。地质历史时期形成的冰堰塞湖存活时间可达数百、数千、数万年。但在全球变暖的背景下,冰川消融、跃动、崩塌,冰湖快速扩张,冰湖溃决的灾害风险持续增加。
潜在地质隐患点形成堰塞湖风险
中国是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一,潜在地质隐患点存在形成堰塞湖的风险。
最为常见的是河谷崩塌堵江导致堰塞湖形成的风险。
中原地区西南山区构造地质背景复杂,河谷岸坡高陡,大型崩塌滑坡堵江地质灾害频发,具备形成大型堰塞湖条件。中国
金沙江、
大渡河、
岷江、
雅砻江、
嘉陵江、
澜沧江、
怒江、
雅鲁藏布江历史上曾经多次发生大规模堵江事件和次生超标准溃决洪水,目前仍分布大量规模巨大的不稳定地质体隐患点,同时该地区地震、暴雨频发,具有诱发崩塌滑坡外部因素,未来发生潜在地质隐患点崩塌滑坡堵江的可能性大,对流域水利水电工程、沿江居民和基础设施构成重大威胁。
另外,中国西部山区临河城镇多建于狭窄河道的两侧,如甘肃舟曲、云南
德钦县、
盐津县,人口密集,且属
山洪地质灾害多发区,泥石流入江造成洪水阻塞,产生极大的次生危害。
流域梯级水电开发背景下的堰塞湖风险
随着
中原地区对
金沙江上游、
雅鲁藏布江下游水电开发加快,梯级水库群逐渐形成,可能因蓄水引发不良地质体失稳堵江风险。通过流域梯级水库群的联合调度,对堰塞湖灾损风险处置时可以发挥上游拦洪减灾、下游腾库纳洪两方面的积极作用,但同时由于梯级水库群连锁反应,一旦发生滑坡涌浪漫顶或溃决洪水漫坝,堰塞湖的影响效应及灾损风险将会显著放大,需要高度关注。此外,大型水库区一旦发生巨型滑坡或泥石流快速入库,还可能引发破坏力惊人的湖啸现象,长距离快速传播后对上下游水库大坝造成致命伤害。
危害实例
堰塞湖一旦溃决,产生的直接危害包括产生涌浪、堵塞河道、淹没损失等。其中,滑坡入江会引发大规模涌浪,易对沿岸造成巨大人员伤亡和财产损失。此外,堰塞湖溃决还会带来间接危害,包括:一,溃决后产生区域性超标准洪水,且具有洪量小、洪峰大、历时短、破坏性强的特点。二,溃决洪水对水库、梯级水库产生安全影响,造成漫顶、冲刷破坏、连溃等破坏性后果。三,溃决洪水对沿岸居民构成重大威胁,对基础设施造成严重破坏。四,溃决洪水对生态的影响,包括河道淤积、河岸冲刷、河势改变、岸坡失稳、耕地砂化,以及高含砂率、高速水流对水生生物带来的灭顶之灾。
在中国历史上,堰塞湖造成危害的实例众多。1786年,四川
康定市发生7.5级大地震,滑坡、崩塌导致大渡河断流,10天后堰塞坝溃决,洪水顺流而下直到湖北宜昌,两岸的村镇、城市受到巨大影响,伤亡数十万人。1933年,四川
茂县发生7.5级大地震,地震引发的滑坡堵断岷江干流及支流形成了十几处堰塞湖,其中最大的有3处,叠溪至两河口的岷江干流断流达45天之久,堰塞坝溃决后的洪水扫荡了叠溪以下的岷江峡谷和
成都平原,毁坏了不计其数的民房、农田、桥梁,导致2万多人死亡。2009年,
台湾省受台风“莫拉克”影响强降雨,台南因此发生10余处泥石流堰塞湖,造成巨大损失。2018年10月10日和11月3日,金沙江上游白格地区分别发生了两次大规模山体滑坡,形成白格堰塞湖,溃决后对下游造成了重大的经济损失。
危害应对
识别及监测
遥感监测
遥感监测主要利用
卫星、航空、
无人机等高
分辨率遥感数据,根据其图像特征结合相关资料确定堰塞湖及其
空间位置。通过
多时相、多源遥感数据可以实现堰塞湖的动态遥感监测,为堰塞湖的处置提供科学依据。尤其是在偏远山区和地面交通被严重破坏的地区,遥感是不可替代的手段。
堰塞湖水体在坝体的阻隔下,流动缓慢,泥沙沉积,水体较为清澈,水面存在大量漂浮物,通过遥感图像,可以显著判别并掌握水位的上升情况及周边建筑物、道路等设施被淹没的情况,也可以判别堰塞湖水位高于坝体时顶部的溢流现象。
此外,除堰塞湖本身外,还要对堰塞湖上、下游及周边进行监测,包括加强堰塞湖上游下游的水情与变形监测、加强对
堰塞体物质来源的变形监测等,及时掌握灾害体后续变形发展趋势及可能产生的危害,为堰塞湖应急处置方案提供参数依据。通常上下游流域大范围的地形需要通过光学卫星或者固定翼大飞机进行数据采集,需要时间较长,而局部高精度地形和影像则利用
多旋翼无人机、三维激光扫描仪、多波束测深仪或者机载LiDAR进行快速测量,
数据结构形式主要是地理栅格图像和点云数据。
传感器监测
传感器监测主要是采用压力、位移、水位、温度、雨量等单一传感器监测相关数据,传感器数据监测以全天候、实时性和准确性为目标。
传感器监测重点利用传感器自身的测值和物联网技术达到测量和数据传输的目的。针对固定安装的自动或半自动的测量传感器进行的实时值监测,可以充分利用现有的物联网技术,将堰塞湖现场与流域上下游部署固定传感器并组建物联网实时监测相关的信息
变量值,实现信息的感知。其中物联网的组建通常借助于3G或4G网络、
gprs网络和
北斗星通的短报文通讯系统,以保证
传感器与数据中心之间形成通讯网络,实时回传数据和传感器控制。应用的传感器主要是指GNSS位移传感器、水位传感器、雨量传感器、裂缝计、压力计、
温度传感器和流速仪等,可以全天候、自动化、实时回传监测数据。在堰塞湖多源信息感知中,传感器监测主要用于水文、气象、滑坡、
堰塞体等信息获取。
视频监测
对堰塞湖采用视频监测的方法时,要尽可能选用
高清摄像机,同时考虑防雨性和防尘性。另外,如需开展夜间监测,还要设置照明设备及
发电机、
油料,如果在冬季进行监测,则需考虑设备的抗寒性。检测到的堰塞湖视频图像可采用卫星便携站(Ku-SAT)实现远距离实时传送,也可使用手机、卫星电话等通信手段传送静态照片。如需要长期监测,则需安装固定摄像头,使用市用电源。
稳定性分析
对堰塞体需进行稳定性分析,包括对堰塞体的堆积规模、物质组成、颗粒特征、透水性能等的分析、试验,并结合上游水量等参数,通过渗流分析、土力学稳定计算等对堰塞坝的稳定性进行研判,分析堰塞坝抵御溃坝破坏的能力,确定坝体稳定的时间,预测可能的破坏形式和破坏程度。
溃决过程及洪水演进分析
对于存在溃决风险的堰塞湖,要对堰塞坝体的溃决事件、决口宽度、洪峰流量、流速、下游地洪峰流量及洪水到达历时等进行分析计算,从而确定溃坝洪水对下游造成危害的到达时间及影响范围。
危害范围预测及避让安置
通过监测、预测及分析评价,及时对堰塞湖上游最高水位影响范围、下游溃坝最大流量、最高水位影响范围、下游溃坝最大流量、最高水位、沿程危及范围做出预测,并提前做好相关设施的防护和居民安置工作。
应急处置
堰塞湖从开始蓄水到溃坝通常要经过一段时间,如果在这段时间内采取有效的应急措施,完全可以避免或减轻灾害损失。堰塞湖应急处置的原则是根据具体的地质环境条件,迅速制定一套操作简单但又快速有效的措施,目标是:尽最大可能减少堰塞湖蓄水,确保施工人员和下游群众生命安全;减轻对
堰塞体上游地区的淹没损失;防治溃决洪水对下游河道和河岸的破坏。根据堰塞湖的不同性状,常用的处置方式主要有漫顶溃决方式、爆破
泄流方式、固堰成坝方式、开渠引流方式、自然留存方式等。
爆破处置法主要是通过爆破将堰塞体破开,使堰塞湖水能够下泄,消除湖水的威胁。疏泄水流处置法主要通过挖除堰塞体,降低堰塞坝高度,减少拦蓄水量,或通过挖泄水槽(渠)等,降低堰塞湖水位,让洪水通过排水槽冲(掏)刷逐步形成通畅的泄洪通道,减轻或避免灾害。加固成坝处置法主要用于堰塞坝的组成物质不易被冲蚀、潜蚀、坝体较为稳定的情况下,通过采取钢筋石笼网、抛石(砌石)、碾压等护坡工程措施以及防渗等技术手段进行综合治理,堰塞坝被改造为稳定坝体,使堰塞湖水体漫流过坝不会冲垮坝体。自然过流处置法即不采取工程措施,让堰塞湖水上涨自然漫流过坝,过流后堰塞坝体可能被流水自然冲溃,也有可能自然保留下来,成为永远的堰塞湖。
对于滑坡型堰塞湖,要在应急处置之前进行全面调查评估,评估内容包括堰塞坝坝体的构成和稳定性、上游来水情况、一旦溃决对下游的破坏程度等。不同的滑坡型堰塞湖采取不同的处置方法。对于堰塞坝体积较大、不能自然过流的堰塞湖,一般采用开挖
泄流渠的方法,在此过程中要充分考虑泄流渠的过流能力,选取适合的泄流渠横断面形状,在泄流渠的进出口进行适当防护以控制流量的过快增长。对于规模中等、已经自然过流的滑坡型堰塞湖,可在对进出口进行适当防护的情况下加大过流断面,增强过流能力,降低水位,减少溃决风险,同时加强监测预警。对于规模较小、即便溃决也不会给下游造成多大影响的滑坡型堰塞湖,可任其自然留存,但需加强监测预警。
对于崩塌型堰塞湖,应急处置之前除了需要全面调查评估外,还要对堰塞坝的渗流情况进行详细监控。这是因为此类堰塞湖的坝体是由岩石崩塌形成的,其中的细颗粒物质较少,岩块与岩块之间容易形成空隙,所以水更容易透过坝体发生渗流。崩塌型堰塞湖一般用爆破方式进行
泄流的较多,爆破前需组织好下游群众转移避险。对于规模较大的崩塌型堰塞湖,在坝体结构比较稳定、上游来水不多时,也可采取固堰成坝的处理方式,用护坡、防渗等手段加固
堰塞体,同时通过抽水、
倒虹吸等方法降低坝前水位。
对于泥石流型堰塞湖,如果坝体的方量较小,通常难以将河道长时间堵塞,可能很快就转化为高含砂水流被冲走,这样的堰塞湖一般不用处理。如果坝体的方量较大,可以采用开挖泄流渠或加大过流断面的方式进行处置,同时要对泄流渠进行适当防护,并加强监测预警,以防治在泄流过程中发生堰塞坝溃决。
开发利用
科学评估
对堰塞湖进行开发与利用之前,要对其进行科学的评估,包括环境影响评价、社会效益评估和经济效益评估。环境影响评价包括对堰塞湖区水环境、水文情势、土地资源、移民生活、下游水资源利用等问题进行预测评价,并提出对应的缓解措施和建议。社会效益评价包括堰塞湖的开发利用对湖区及其影响范围内居民健康的影响,对生态与自然环境的影响,对居民文化生活、人口素质的影响,对地区经济发展的影响等。经济效益评估包括项目实施所需的环境影响代价、移民及安置代价、湖区及其影响范围内公路交通及其他基础设施的搬迁和建设代价、开发利用项目建设代价,堰塞湖加固开发利用后在灌溉、发电、供水、养殖、建立旅游区和度假村等方面对国民经济的贡献及社会效益。
水利设施
堰塞湖多形成于河流的狭长地带,本身具备修筑水利设施的地理条件,因地震形成的堰塞湖更是在地震过程中形成了天然大坝和导流渠,使得后期修建发电设施的工作变得相对容易。
小南海水库
小南海水库位于中国
重庆市黔江区,该水库是在1856年6月10日因地震导致山崩堵塞溪流而形成的地震堰塞水库。经人工改造,水库高程658.5米处修建了一取水口,并修建了26千米的引水灌溉渠,形成了以灌溉、城市供水为主,兼具发电、养殖的综合水利工程。2001年,
中国地震局同意将小南海建设成
国家级典型地震遗址保护区和全国防震减灾科普宣传教育基地。
红石岩堰塞湖
红石岩堰塞湖位于中国
云南省昭通市鲁甸县。2014年8月3日,云南鲁甸发生6.5级地震,导致鲁甸、巧家两县交界处发生山体垮塌,崩塌滑落的泥沙石块阻塞了
牛栏江干流河道,形成库容2.6亿立方米的堰塞湖,威胁到了下游沿江10个乡(镇)3万余居民的生命财产安全和牛栏江干流上天花板、黄角树等水电站的安全。为此,科研人员采取了开挖泄流槽等应急抢险技术,完成了红石岩堰塞湖的应急抢险处置。
为实现变废为宝,多方科研力量利用
堰塞体改造挡水坝,将红石岩堰塞湖改造成了集防洪、供水、灌溉、发电等功能于一体的大型综合水利枢纽工程,并于2019年12月顺利下闸蓄水。2020年6月,鲁甸红石岩堰塞坝综合水利工程首台机组正式投产发电。该项目总库容1.85亿立方米,供水8.08万人,灌溉6.62万亩,装机20.1万千瓦,年发电量达8亿度。
旅游开发
一些堰塞湖处于较为平坦的地势处,短期内不会对人类造成危害,可以作为一种旅游资源。
镜泊湖
镜泊湖为
新生代第三纪中期时所形成的断陷谷地。
第四纪晚期(约1万年前),湖盆北部发生断裂,断块陷落部分奠定了湖盆基础。同时,在现今镜泊湖电站大坝附近和沿石头甸子河断裂谷,约在第四纪的中晚期发生火山爆发,玄武岩浆堵塞牡丹江而形成了火山
熔岩堰塞湖。熔岩流与来自西北部火山群喷发物和熔岩汇集,在“吊水楼”附近形成一道
玄武岩堤坝,堵塞了牡丹江及其支流,形成
镜泊湖。
镜泊湖共四个湖区,分别是北湖、中湖、南湖和上湖,湖形狭长,为西南——东北走向,呈“S”形,蜿蜒曲折。湖水南浅北深,南北长45千米,东西最宽处6千米,面积约91.5平方千米,贮水量约11.8亿立方米。镜泊湖的湖面海拔为350米,是中国最大、世界第二大的高山堰塞湖,被誉为“北方的西湖”。镜泊湖现为镜泊湖风景名胜区的重要组成部分,该风景名胜区是中国第一批国家级重点风景名胜区,且以其独特的火山地质景观成为黑龙江省级自然保护区。
五大连池
五大连池位于中国黑龙江省
五大连池市德都县,占地面积为720平方千米,是中国仅次于镜泊湖的第二大火山堰塞湖。
五大连池处于14座火山群的中心,这14座火山爆发的时间跨度达200万年以上,最近一次爆发是在1719年。1719年,
黑龙江省五大连池市境内的老黑山、火烧山爆发,
岩浆堵塞了白河,分割成大小不一、形状各异的五个堰塞湖,即五大连池。
五大连池由头池、二池、三池、四池和五池组成,五池相连,长5250米。其中三池最大,面积为8.4平方千米;头池最小,面积仅0.18平方千米。二池最深,达12米;头池最浅,水深2米。
五大连池风景区池水清澈,由丰富的矿泉水资源,由“神泉”的美誉。
五大连池现为五大连池风景区的重要组成部分,该风景区是中国
国家级风景名胜区,也是
黑龙江省开发建设最早的旅游风景区之一,是接待旅游和疗养人的重要景区。
喀纳斯湖
喀纳斯湖位于中国新疆维吾尔自治区
布尔津县,湖面海拔1374米,面积达44.78平方千米,是中国第二深水湖和最深的冰碛堰塞湖。
喀纳斯湖的形态和面貌是
断层活动与
冰川运动共同作用的结果。
第四纪古冰川冰川时期,阿尔泰山的冰川向下扩展,喀纳斯湖所在的河谷也被冰川占据。后气候变暖,冰川退缩,冰川携带的大量泥沙石块停积于河谷中,形成垄岗,并壅堵河水形成堰塞湖。至今在喀纳斯两岸仍能看到两百年前冰川经过时磨蚀和刻画岩石所留下的
羊背石、
冰溜面、冰川凹槽及冰川飘砾、终碛堤等堆积物。
喀纳斯湖的形成同时还受断层的影响。断层活动使湖西岸的喀拉开特山抬升而湖盆下沉,喀纳斯湖便是在早期断陷形成的湖盆基础上经后期
冰川堰塞而成。这种特殊成因使喀纳斯湖具有188.5米的最大湖深。
喀纳斯湖现为中国国家AAAAA级旅游景区、国家森林公园、国家级自然保护区、
国家地质公园。该湖的湖面会随着季节气候和天气的变化而时时变换颜色,是有名的“变色湖”。湖呈弯豆荚形,湖东岸为弯月的内侧,沿岸有6道向湖心凸出的平台,使湖形成井然有序的6道湾。
相关文化
2013年以来,“堰塞湖”这个词在财经领域非常流行,主要用来形容中国经济的货币超发和中国股市的IPO积压问题。
“堰塞湖”应用于
经济学有如下内涵:一是危机伴生现象,主要指经济危机和金融危机;二是存在“进易出难”的积聚效应,主要指金融资本或
经济资源的积聚;三是内含临时性的阻塞机制,经济学上的阻塞物是限制性政策等;四是具有超出本源的外溢性影响,指经济金融效应的跨境辐射和跨区域传染;五是暗藏漫溢倾泄的崩溃风险,经济学上风险的引爆器可能是政策变化或突发经济事件。