堰塞湖及其处理

堰塞湖及其处理

1.什么是堰塞湖

堰塞湖（barrier lake）是由山体滑坡堵塞河道后蓄水而形成的湖泊。堵塞河道的滑坡体, 称“堰塞体”, 实际上是一座天然水坝, 堰塞湖实际上是一座水库。

在堰塞湖形成的当时, 如果它对上下游构成威胁, 就要采取紧急措施进行处理。对于那些对上下游不构成威胁, 或者经处理后, 堰塞体还可加以利用, 那么, 还可将这些堰塞体或堰塞湖永久保留, 并改造成永久性的水坝和水库, 将害转化为利。

造成山体滑坡的原因主要有以下三种：

（1）地震

由地震造成的滑坡体形成的堰塞体也称“地震坝”。我国重庆黔江上的小南海，就是在清代（1856年）因地震形成的一座堰塞湖, 坝长约100m, 坝高约30m。由于后来又人为开设了溢洪道，因此它能与人工水坝工程比美, 现已成为旅游胜地, 并享有“深山明珠”等美誉。对其成因，李四光曾有“冰窖”之说。世界上有众多的这类堰塞湖。

（2）火山熔岩流

由火山熔岩流形成的堰塞湖, 特称“熔岩堰塞湖”。

我国有多座著名的熔岩堰塞湖, 如：

①黑龙江省东南部的镜泊湖。是一座经5次火山爆发由熔岩流堵塞河道形成的。

②黑龙江省的五大连池。由14座火山爆发形成, 在河道上形成了5个一串相邻的堰塞湖, 故名。

③新疆的天山天池。天山天池距乌鲁木齐110km, 湖面呈半月形, 长3400m, 最宽处1500m, 最深105m, 有“天山明珠”的盛誉。

（3）特殊的地质构造

由特殊的地质构造造成的山体滑坡形成的堰塞体也称“山崩坝”。

我国陕西的天池就是由特殊的地质构造产生山体滑坡堵塞了太乙河形成的堰塞湖。天池也称太乙池。

诚如上述, 滑坡体可以堵塞河流形成水库；然而, 世界上还有完全相反的、也许是绝无仅有的一个史实：滑坡体竟然会使已有的水库消失——这就是意大利的瓦依昂（Vajont）坝库区的一次特大山体滑坡, 滑坡体将该水库填满, 原有水库不复存在, 该坝成了一座不蓄水的被废弃的坝。该滑坡体方量竟达2.4亿m3, 而当时的库容仅1.2亿m3。

还要指出的是, 就堵塞河道形成天然水坝来说, 除了上述的堰塞体外, 还有“冰坝”。由冰坝形成的水库称“冰坝湖”。

现在的研究发现, 在远古时期, 俄罗斯就存在有大型冰坝湖。

我国黄河每值冬春季节, 在多湾多滩的河段, 易发生冰凌插塞堆积现象, 严重时便形成了冰坝, 对上下游形成威胁。

2. 堰塞湖的处理措施

在发生山体滑坡形成堰塞湖的初期, 如果堰塞湖对上下游的人民生命财产构成威胁时, 就要进行紧急处理。处理措施主要有：

（1）开挖溢洪道。

在堰塞湖岸开挖溢洪道（或明渠）是处理堰塞湖的常用方法, 如图1所示。溢洪道通常都是将湖水排泄到堰塞体下游的原河道, 也可考虑排泄到相邻河道或相邻河道的水库中（要具有这种地形条件, 同时在所泄湖水对相邻河道或相邻河道的水库不带来危害的情况下才予考虑）。

图1 开挖溢洪道排泄湖水示意图

汶川大地震中形成的唐家山堰塞湖, 就采用了开挖明渠的措施泄流, 并取得了成功。

在采用溢洪道（明渠）排泄堰塞湖水时, 在选线时要注意选在垭口处, 以节省开挖量, 同时还要注意土质问题, 如果是土料, 开挖较容易, 但防冲刷措施就较困难。如果是岩石, 开挖较难, 但能防冲刷。

（2）在堰塞体上开挖泄水槽。

为控制堰塞湖水以解除堰塞湖对下游的威胁, 也可堰塞体上开挖泄水槽, 待以后水位上升后排泄湖水。

如果堰体是碎石土料, 很松散, 在湖水经泄水槽下泄时, 极易遭受冲淘, 严重时甚至可使堰体溃决。为增强泄水槽的抗冲刷能力, 确保排泄的顺利进行, 建议：

1.泄水槽的橫断面开挖成梯形, 槽的纵断面呈流线形；

2.开挖后, 泄水槽要压实；

3.在槽内铺以加筋型土工膜, 并延伸至堰体下游脚；

4. 土工膜的搭接处采用粘接或焊接；

5. 土工膜的上游端采用埋入式锚固, 并用土工合成材料石笼加固, 见图2。其余各部分均采用带帽的锚固桩固定, 锚固桩呈梅花形布置；

6. 在下游坝脚处设置土工合成材料石笼对土工膜起压重作用, 和防冲消能作用。

图2 泄水槽纵剖面图

（3）用虹吸管袋排泄湖水。

土工合成材料（geosynthetic）在近二三十年来, 已在水利工程中发挥了革命性的作用, 在不少方面取代了传统的方法, 改变了传统的观念, 如在防汛抢险中早已不用草袋而用土工编织袋, 用无纺土工布可有效处理堤坝管涌，三峡围堰工程中采用复合土工膜防渗等等。在处理堰塞湖险情时, 如果也采用这种先进科技土工材料, 会节省大量人力、物力, 处理会更有效、更快。

这里建议的是用加筋型土工膜虹吸管袋的排泄方法。

虹吸管袋用加筋型土工膜与螺旋钢丝做成, 如图3所示。管内用螺旋钢丝起支撑作用, 并承受泄水时管内的负压。管袋首、尾端封闭并设简易的拉链式开口（也可设蝴蝶阀式开口）。中间一定部位亦设拉链式开口, 用于注水。放置于堰塞体上的情况如图4所示。

图3 虹吸管袋的结构

图4 虹吸管袋在堰塞体上的布置

使用程序是：

1. 如图将管袋置于堰体上, 首、尾部拉链式开口关闭；

2.用人工或水泵从中部开口处向管内注水, 至充满为止，并关闭该开口；

3. 打开首、尾开口, 形成虹吸式排泄；

4. 将湖水水面降至计划高程（但须注意水位降得太低, 即h值太大时, 虹吸现象就破坏了, 一般要求管内真空值不宜超过8m水柱高）；

5. 此后的河道来水仍然可以通过管袋排泄；

6. 经以上排泄后, 如所剩湖水不致对下游产生威胁, 也可用爆破法将堰塞体开出通道宣泄

河道来水。

按图1所拟水头，粗估管袋能排泄的流量如表1。

表1

管袋直径（cm）100 90 80 70 60 50 排泄流量（m3/s）18 14 10 7 5 3 1天泄量（万m3）155 121 86 60 43 26

对某一堰塞湖可同时使用多条管袋。从上表可知, 比如对直径70cm的管袋, 用1条, 10天可

排泄600万m3。同时用5条, 2天就可排泄600万m3。

管袋可重复使用。管袋加工、运输都很方便。

3. 对保留堰塞湖的处理

堰塞体是一个山体滑坡的自然堆积体, 其组成部分可能是尺寸很大的石块, 也可能是碎屑土石, 但都是松散的。对于这样的松散体要保留下来成为永久性的坝体, 就要进行处理。处理包括两

方面：一是处理堰塞体；二是设置溢洪道。

（1）处理堰塞体。包括堰塞体加固与防渗处理：

①堰塞体加固：对不满足稳定要求的断面, 要补填。对特别松散的部位, 加以压实。

②防渗处理：最简单易行的措施, 就是在上游面铺设土工薄膜防渗。如果坝体稳定无问题, 河道泥砂含量又大, 甚至可以考虑不作人工防渗处理。作这种考虑, 可以借鉴于河狸坝（beaver dam）。河狸坝是由河狸筑成的坝。河狸筑坝只是在要筑坝的位置紧密地铺设树枝即可, 之后, 河道中的泥砂与杂物会自然地填塞树枝间的空隙, 达到坝体防渗效果。如果对堰塞体不作人为防渗处理（满足上述条件时）, 也可以说是从仿生学得到的启示。

（2）设置溢洪道。常用的措施是在库岸开挖溢洪道, 有条件也可在坝体上设溢洪道。

4. 结语

（1）对可能对上下游造成威胁的堰塞湖, 只要及时、科学地予以处理, 就可转危为安, 将损失减少到最低程度。

（2）对可以保留、有使用价值的堰塞湖, 只要对堰体进行加固与防渗处理, 并考虑泄洪措施,就可变害为利, 为人类服务。

（3）对保留堰塞湖的溢洪道设置, 建议采用加筋型土工膜虹吸管袋。特别是对小型堰塞湖, 这种措施具有许多优越性。

（4）在由地震形成的堰塞湖, 要特别注意在库区是否还存在有可能的山体滑坡。因为在余震的影响下, 该山体一旦塌滑, 就会产生涌浪, 导致堰塞体溃决。水库中因山体塌滑产生的涌浪（包括在战争中由炸弹在水库中产生的涌浪）具有巨大的破坏力, 即使是重力坝都可能遭受失事。

（5）迄今, 世界上保留下来的堰塞湖, 似乎都因其独特的景观而成为旅游胜地。堰塞湖能否像人工水库发挥发电等其他效益？值得思考。

武汉大学水利水电学院朱诗鳌 2008.6.11.