四川5·12地震灾区滑坡堰塞坝溃决灾害风险评估

四川5·12地震造成大量山体崩塌和滑坡,在灾区河流上形成了上百个雍塞体和堰塞湖,其中比较大的有34个,这些不同规模的地震堰塞湖的稳定性和溃决风险成为最严重的地震次生灾害,对于这些堰塞坝的处理需要进行科学地评估.对四川地震堰塞湖的比较研究发现,流域面积很大(大于5000平方公里)的河流,堰塞体很难形成完全堵江的堰塞湖,不用担心堵溃风险;流域面积很小(小于300平方公里)的河流,径流量很小,相对库容较大,暂时不存在溃决风险,甚至可以保留下来加以利用;而对那些中等流域的河流,堰塞湖的相对库容较小,在连续暴雨情况下容易发生漫溢溃决,才是应该关注的重点.     

考虑颗粒组成的堰塞体溃口峰值流量快速预测模型

堰塞体的溃决洪水会给下游人民生命财产带来重大的威胁，快速、准确地预测溃口峰值流量，对科学评估堰塞体溃决致灾后果和应急响应具有重要意义.国内外学者基于堰塞体溃决案例调查资料，采用回归分析方法，提出了一系列预测堰塞体溃口峰值流量的参数模型，但已有的模型均未考虑堰塞体颗粒组成对溃口峰值流量的影响.基于国内外86座堰塞体案例的颗粒级配曲线，分析了3种不同类型堰塞体(土质型、混合型、块石型)的颗粒组分特性，并提出了堰塞体类型的定量划分指标.基于国内外已开展的模型试验结果及具有实测数据的堰塞体溃决案例，通过分析不同堰塞体类型、堰塞体形态、堰塞湖体积与溃口峰值流量之间的关系，选择堰塞体高度、宽度、溃决时的堰塞湖体积以及自定义的考虑颗粒组成的冲蚀因子等4个参数，采用多元回归分析方法，建立了堰塞体溃口峰值流量的快速预测模型.选取近年来发生的5座堰塞体溃决案例，对提出的模型进行验证，并与国内外已有的典型参数模型进行对比，计算结果表明，提出的参数模型计算溃口峰值流量的相对误差均在±20%以内，与其他模型相比具有一定的优势，验证了该模型的准确性.     

模糊综合评价法在堰塞湖风险评估中的应用

基于风险理论,利用模糊数学方法,建立堰塞湖风险等级评价模型.该模型考虑堰塞体物质组成、堰塞体高度、库容、已有蓄水量以及风险人口、国民经济等6项风险指标,能够直观、快速地确定单座堰塞湖的风险等级,特别是对未蓄满库的堰塞湖有较好的适用性.以徐家坝堰塞湖为例,通过构造隶属函数确定评判矩阵R,根据改进的层次分析法确定各评价指标的权重集A,再由A和R线性变换得到综合决策向量B,最后根据最大隶属度原则确定堰塞湖的风险等级.     

堰塞湖风险评估研究综述

从堰塞湖的灾害链演化过程出发,基于堰塞湖风险评估概念,围绕堰塞湖危险性评价、溃决过程与洪水演进模拟和溃决损失评估等3个方面,从定性和定量的角度综述了堰塞体稳定性评价方法,对溃坝参数模型、简化数学模型、精细化数学模型以及洪水演进模型进行了对比分析,从生命损失和经济损失两个角度总结了损失计算方法,最后针对堰塞湖风险评估未来在危险性评价中的不确定性问题、溃决洪水模拟的准确性问题、溃决损失评估的定量化方法、风险定量评估体系和风险动态评估体系五个方面进行展望。     

基于模糊层次法和广义熵值法的堰塞坝病险情风险分析

堰塞坝是由地震、降雨等因素诱发的自然灾害而形成的一种坝体结构,其溃坝风险和溃坝后果严重性远高于人工土石坝.为综合评估堰塞坝病险情风险等级,选取堰塞湖规模、堰塞体物质组成、堰塞体高度、集雨面积、降雨量等5个自然属性指标和人口密度、心理恐慌度、经济密度等3个社会属性指标作为堰塞坝病险情评价体系,结合专家意见与实际数据库,通过层次分析法与熵值法对指标进行赋权,并通过组合赋权进行权重校正.对唐家山堰塞坝、红石岩堰塞坝、白格堰塞坝进行风险等级确定,突出了组合赋权的优势.     

金沙江河谷——水系演化的崩滑外动力作用研究

在进一步研究金沙江河谷——水系发育的构造——气候机理基础上,认识到:山区深切河谷中普遍存在着大型堰塞现象:在青藏高原东南边缘地区,由于新构造运动强烈和地震频发及大暴雨等,在山高谷深的金沙江河谷中导致大型滑坡、崩塌或其他形式的外动力作用等,阻塞河谷水流,形成河谷堰塞湖,在堰塞体上游河谷形成静水沉积;在一定时间与条件下,堰塞坝溃决,在其下河谷中形成更大更急水流,加速河谷下切速率与深度,导致更大地形高差;新一轮新构造运动强烈和地震及大暴雨等,导致新一轮大型滑坡、崩塌等,形成新一轮河谷堰塞湖……如此多次重复,逐步加快与促进金沙江河谷——水系向现代形态演化,从而构成了金沙江河谷——水系演化的一种外力动力作用。这一认识对进一步研究山区深切河谷——水系形成与演化、工程建设选址评估和进行灾害防治等有普遍的参考价值与意义。     

堰塞坝溃口及洪峰参数模型评估与优化

由滑坡等失稳地质体快速堆积并堵塞河道形成的堰塞坝溃决后会对下游人民生命财产安全造成极大威胁。建立快速准确的溃决参数预测模型，是制定有效防灾减灾措施的必要条件。本文收集了75例包含坝高、库容、溃口峰值流量、坝体冲蚀系数等参数的堰塞坝案例，基于均方根误差、回归相关系数、百分比偏差三个指标对具有代表性的土石坝和堰塞坝参数模型进行评估。通过回归分析建立新的堰塞坝溃口深度预测模型及溃口峰值流量预测模型，将新建模型与现有模型对比，在实际案例中验证了模型的适用性。研究结果表明：现有模型中单参数、双参数及土石坝模型对于堰塞坝溃决参数预测效果不佳，考虑坝体易蚀性的参数模型具有较高准确性，本文所建新模型预测效果有所提升，使用范围更广，预测结果可为堰塞坝的防灾减灾措施提供参考。     

基于新样本的滑坡坝溃决洪峰流量预测模型修正与对比

受极端天气（强降雨）及高烈度地震的影响，高山峡谷区常发生滑坡堵江事件，形成具有明显“多漫顶，短寿命”特征的堰塞坝。堰塞坝溃决后，将形成具有强大破坏力的溃决洪水。溃决洪峰流量作为一个重要的水力参数，直接决定了下游灾害的影响程度。本文广泛收集了来自全球具有完整资料记载的67例滑坡坝溃决案例，扩充了已有的滑坡坝数据库，增加了数据样本区间，进而基于新数据库对已有滑坡坝溃决洪峰流量的参数预测模型进行了修正，并采用均方根误差(RMSE)和相关系数(R2)两个度量指标对比分析了各模型的预测效果，最后采用2018年在西藏江达县与四川省白玉县交界处发生的两次（10月10日和11月3日各一次）白格滑坡堰塞坝溃决事件对修正后的模型进行应用并对比。结果表明，修正模型的整体计算效果较修正前均有不同程度的提升，适用范围更广，但大部分模型因选取指标单一，未全面考虑水土耦合作用下复杂溃坝问题中的关键影响因子；经对比，Costa (1985)坝高Hd单参数模型（修正后RMSE和R2分别为61231.95 m3/s、0.0746）的计算自效果较差，建议优先选用Peng M模型（修正后RMSE和R2分别为6070.52 m3/s、0.9909）进行滑坡坝的溃决洪峰流量计算，其它模型可作为参考使用；该结论与白格堰塞湖溃决案例应用对比结果一致。研究成果可为滑坡坝的防灾减灾和应急抢险提供重要的理论依据。     

我国堰塞湖溃坝特点及其防治

堰塞坝是一种未经人工碾压夯实的天然土石坝,主要由于降雨、地震等引起山体滑坡、崩塌堵塞河道所致。堰塞坝由于快速堆积形成,其坝体结构一般较为松散,基本没有胶结,在渗透水压力作用下易溃决。堰塞坝一旦溃决,将导致大量的洪水短时间内下泄,溃决产生的洪水或泥石流拥有巨大的能量,能够冲走房屋、牲畜、庄稼,给下游人民的生命财产带来巨大威胁,同时影响下游的自然生态。掌握堰塞坝的溃决机理,提前预测溃坝的发生,对于合理组织堰塞坝的治理和下游人民的转移具有重大意义。     

叠溪古堰塞湖与成都平原

在对四川岷江叠溪古堰塞湖已有研究的基础上,进一步讨论古堰塞湖形成与消亡过程对岷江下游和成都平原演化及古文化发展的影响。以笔者1999年在调查叠溪地震滑坡时发现的形成于30 ka B.P.(即晚更新世末次盛冰期)的巨厚湖相沉积物为基础,并将其命名为"叠溪古堰塞湖",再联系到1933年8月25日发生的7级叠溪强烈地震,其诱发的众多崩滑灾害在岷江流域范围内形成了系列堰塞湖,溃决后洪水一直冲到成都平原,造成严重的灾害这一事件。通过取样测试分析和对比相关考古资料,结果表明叠溪古堰塞湖溃决始于15 ka B.P.;根据岷江河谷上发现的6级河流阶地,说明堰塞湖是经过多次溃决逐步消亡的,可划分为溃决瀑发阶段、溃决中期阶段和消亡阶段,叠溪下游还发现有同时期形成的不同规模的古堰塞湖。岷江上游的古堰塞湖,是古人从西北进入四川盆地的重要水陆通道和文化遗址的聚集地,其溃决消亡的演化过程直接影响了岷江的堵塞与改道,成为这一时期古文化地迁徙的重要因素。     

宗渠沟堰塞体漫溢溃决水文条件及溃坝流量预测

根据宗渠沟泥石流和堰塞体发育特征,在对可能溃坝型式、漫溢溃决临界水头、临界条件溃决流速和溃决临界洪峰流量进行分析计算的基础上,预测了不同暴雨频率下发生溃决的可能性;并依据溃坝流量计算结果对洪水和泥石流规模的放大效应进行了评价。这种预测方法对于堰塞坝的安全评价和防灾预警工作具有重要的指导意义。     

岷江叠溪古堰塞湖的发现

1933年8月25日,四川岷江上游叠溪发生了一次7.5级地震.在叠溪地震引发的较场大滑坡上覆盖有较古老的厚土层,国内学者对其成因有不同解释.作者在开展叠溪地震滑坡调研中,发现并确认这是一套古堰塞湖相沉积物,当时的堰塞坝处在原叠溪古镇至下游马老顶乡一带长达数千米的河段,因此定名为叠溪古堰塞湖.古堰塞湖相沉积物厚度最大可达200余米,为一套层理清晰的粉土-黏土层.由叠溪向上游约30 km河段,沿江断续可见这套沉积物,且有明显的相变.14C测年,湖相沉积物底部形成时代距今22 ka,顶部距今约10 ka,据此判断叠溪古堰塞湖维持了12 ka.此外作者在较场一带还发现了以湖相沉积物为"基座"的五级"阶地",这些"阶地"上保存完好的二元结构河流相沉积物.该文较系统地介绍了叠溪古堰塞湖的基本特征,初步论述了其中包含的地质环境信息.     

干密度及细颗粒含量对滑坡坝溃决影响的试验研究

为研究坝体物质组成对滑坡堰塞坝溃决过程的影响,本文针对不同干密度、细颗粒含量,配制8组不同的坝体材料,开展人工堰塞坝的水槽模型试验,分析模型试验中不同坝体材料的浸润线发展过程、纵向侵蚀过程及溃决破坏特征。结果表明：(1)堰塞坝浸润线发展速率随着干密度减小而增大,随着细颗粒含量减小而增大。(2)干密度较小的坝体其溃决历时明显小于干密度较大的坝体,并且干密度较小的坝体其侵蚀速度明显大于干密度较大的坝体;细颗粒含量较大的坝体侵蚀速度慢,溃决达到稳定时的时间更长。(3)随着干密度减小,堰塞坝抗侵蚀能力减弱,易形成冲沟,冲沟两侧壁越早形成悬空面,溃口处易失稳坍塌,溃决持续时间越短;细颗粒含量越大,砂土堰塞坝面抗侵蚀能力越弱,越易形成冲沟,溃口处易多次失稳坍塌,溃决持续时间越长。研究成果不仅深化对堰塞坝灾害的认识,还为进一步揭示外界诱发因素与堰塞坝的内在响应机制提供依据。     

堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟

根据堰塞坝坝体材料的宽级配特性,建立描述堰塞坝漫顶溃决溃口发展规律与流量过程的数值模型。该模型引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦和遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围和填实作用。基于不同土体陡水槽冲蚀试验结果,针对宽级配堰塞坝材料在高强度水流侵蚀条件下的冲蚀特性,建议采用能反映坝体材料颗粒级配、密实度、强度、坝体坡度、水流速度及摩阻流速对冲蚀量影响的土体冲蚀公式。利用该数值模型对唐家山堰塞坝溃决案例进行计算分析,所得溃坝洪水流量过程与实测结果接近,验证了该模型和计算方法的合理性,表明该模型能准确反映水库库容和上游补给水流量对堰塞坝漫顶溃决发展过程的影响。     

唐家山堰塞湖应急除险技术实践

简要介绍了唐家山堰塞湖应急除险工程概况,归纳了堰塞湖有关地形地质、水情等资料的快速获取与应用技术,从形成条件、形成过程等方面对堰塞坝形成机制进行了分析,对堰塞坝做了安全性分析评估,并对溃坝洪水进行了分析计算;概要论述了唐家山堰塞湖应急除险总体方案、开漕引流方案及除险效果。     

堰塞坝漫顶溃决过程与机理试验研究

为了分析堰塞坝的溃决过程与机理,进行了堰塞坝漫顶溃决试验.结合堰塞坝的溃口扩展和溃决流量过程,将漫顶溃决过程分为最初的缓慢侵蚀阶段和之后的快速侵蚀阶段.在这个过程中,溃口在纵向上的扩展以陡坎侵蚀的方式推进,而横向上的扩展由土体坍滑失稳引起.坝体漫顶破坏属于冲刷破坏.通过分析陡坎后退过程、冲刷过程及其机理,认为冲刷过程包...     

贵州开阳某危岩失稳形成堰塞湖影响范围分析

在峡谷河流区,危岩失稳产生的崩塌堆积体堵塞河道形成堰塞湖,进而甚至出现溃决行成洪水,是崩塌重要的次生灾害链之一。对特定的某一崩塌而言,分析其未来发生时可能形成的堰塞湖规模及其影响范围就显得尤为重要。本文结合贵州开阳某危岩实例,在阐述危岩所处地质环境条件和危岩特征基础上,计算分析了可能形成的堰塞湖高度、水体体积、回水影响范围,以及一旦溃决形成洪水可能影响的范围,取得的成果可直接用于该处地质灾害风险评价中。     

地震诱发山洪形成机理与评估指标初探

地震诱发山洪是危害极大的地震次生灾害之一．国内外大量的野外现场调查与研究表明,地震滑坡堵江形成堰塞湖在山区河流广泛发育．滑坡堵江堰塞湖存在坝体的渗透变形、稳定性、不均匀沉降和砂土液化等工程地质问题的同时,还存在水力学与河床演变的科学技术问题．本文从地震诱发山洪形成机理初步分析出发,对堰塞湖诱发山洪评估指标进行初步探索．包括堰塞湖排险泄洪明渠粗化保护层形成过程及“拟混凝土”形成条件研究;堰塞湖排险泄洪明渠粗化保护层破坏条件：堰塞湖排险泄洪明渠动态平衡水力几何形态：堰塞湖排险泄洪明渠从下游出口开始的溯源冲刷过程及动态平衡纵横剖面．建议进一步的研究目标是：制订确保堰塞湖安全平稳泄洪排险的指标体系：确定堰塞湖排险泄洪明渠粗化保护层形成与破坏条件的定量化方法：确定堰塞湖下游人员安全避险撤离的时机与优化方案;因势利导,对堰塞湖进行分类重建,为制订《地震地质灾害堰塞湖排险技术规范》提供成套技术的科学支撑．     

基于RAMMS的冰湖溃决型泥石流演进模拟及危害性

冰湖溃决型泥石流作为目前西藏境内最主要的地质灾害之一，对下游工程的建设与运营造成潜在威胁。本文以西藏洛隆县冻错曲冰湖为例，基于现场调查、遥感解译、特征值计算和数值模拟方法，对冻错曲冰湖泥石流孕灾条件、动力学特征及溃决演进过程进行研究，分析其对下游工程建设的影响。采用无量纲堵塞指数（DBI）方法对冻错曲冰湖堰塞体稳定性进行评价，结果表明该堰塞体位于非稳定区与稳定区之间，存在发生溃决的风险。基于三维动态模拟软件RAMMS的Voellmy-Salm单相流模型，模拟分析了冻错曲冰湖泥石流在2种溃决模式下的演进过程。模拟结果显示：冻错曲冰湖泥石流溃决演进过程可归纳为初始溃决、加速运动、减速运动、沟口停淤4个阶段；2种溃决模式下冰湖溃决影响范围都经过拟建工程位置，潜在威胁区泥石流平均深度分别为4.87 m、8.26 m；在瞬时全部溃决场景下，冰湖溃决泥石流在拟建工程处最大流速为5.74 m/s，最大流量为2 843.38 m3/s。研究成果有助于评价冰湖溃决型泥石流的危害性，并为工程防治设计提供参考。     

堰塞坝溃口演化研究进展

近年来,随着全球气候变化与人类活动影响,极端天气现象与自然灾害频发.其中,由地震、暴雨、洪水等诱发的山体滑坡、崩塌或泥石流堵塞河道所形成的堰塞坝(湖)时有发生.堰塞坝因坝体材料构成复杂、结构松散,往往会在短时期内发生溃决,溃决洪水会对下游沿途两岸的工矿企业、城镇、农田、道路、建筑物等造成严重威胁与破坏.目前,溃坝洪水研究的重点和难点仍然是溃口的形成与演化问题,虽然通过大量研究已经取得了不少研究成果,但是,溃口演变机理仍然是未被解决的世界性难题.为此,将着重从溃坝原型观测、物理模型试验、溃口经验公式、溃口数值模拟等方面系统梳理了国内外在溃口演化机理研究上取得的进展,并针对研究中存在的不足提出了今后的研究方向和重点,以便为后续的堰塞坝溃口演化研究提供一定的参考或借鉴.