堰塞湖风险处置研究现状与展望

周招 杨启贵 蔡耀军 卢建华 陈朝旭 张文传

摘要：科学认知堰塞湖基本特征、高效评估堰塞湖风险以及提升堰塞湖应急处置技术是缓和堰塞湖威胁和降低堰塞湖灾损的关键。从堰塞湖分布、成因、蓄水庫容、生命周期以及堰塞湖灾害特点等方面系统分析了堰塞湖基本特征，从定性、定量以及灾害链角度系统总结了堰塞湖危险性评估方法，并结合堰塞湖溃决机理系统分析当前堰塞湖溃决应急监测困境、引流槽除险技术水平和疏通开挖机械设备现状。基于当前研究的局限性，凝炼堰塞湖应急处置研究未来应重点关注的5个问题：① 堰塞体堆积形态分区机制;② 强非恒定流输沙理论;③ 大尺度堰塞湖溃决模型试验;④ 堰塞湖应急处置专用机械设备研制;⑤ 堰塞湖溃决洪峰动态追踪。研究成果可为高风险堰塞湖风险评估、应急处置及区域防灾减灾规划提供有益参考。

关键词：堰塞湖； 溃决洪峰； 风险评估； 应急处置； 实时监测

中图法分类号： TV143

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.04.002

0引 言

堰塞湖是高山峡谷地区因降雨、地震以及火山喷发等动力地质作用造成山体滑坡、坍塌或泥石流堵塞天然河道形成的天然湖泊，堵塞天然河道的固体堆积体则称为堰塞体。早些年间堰塞湖科学研究较少，部分学者根据堵江成因将堰塞湖命名为地震湖、淤地坝以及滑坡堵江等。鲁成公五年“梁山崩，雍河三日不流”便是《春秋》记载的中国早期堰塞湖事件［1-3］。近些年随着认知水平提升，学者将堵塞河道形成的天然湖泊统一命名为堰塞湖［4-5］。

堰塞体堵塞天然河道，致使堰塞湖出入库流量极不平衡，引起库水位持续壅高。尤其是高山峡谷地区大流量河道，极易在短时间内造成堰塞体漫顶溃决，形成破坏威力强悍、灾害链长远的非常态溃决洪峰，严重威胁下游沿岸地区人民群众生命财产安全和基础设施安全，局部地区甚至对生态环境造成不可逆转损毁［6-8］。1786年四川磨西7.7级地震引发形成摩岗岭滑坡堰塞湖，漫顶溃决洪水造成沿江大量居民溺毙，死亡人数近10万［9］。2000年西藏易贡堰塞湖溃决洪峰流量达到12.4万m3/s，为雅鲁藏布江年平均流量的28倍，严重损毁沿线公路、光缆以及桥梁等重要基础设施［10-11］。

近些年受极端气候影响，堰塞湖总体呈多发、频发态势，局部地区甚至反复发生，尤其是长江上游西藏、云南、四川等地区，堰塞湖溃决事件尤为频繁［12-14］。2008年汶川地震引发多处崩塌、滑坡，形成257处堰塞湖，其中唐家山堰塞湖险情最为严重，直接威胁下游江油、绵阳等地130万人民群众的生命财产安全［15］。2018年长江上游发生加拉、白格等4次大规模堰塞湖溃决事件，其中“11·3”白格堰塞湖溃决洪峰在下游380 km范围内均达到超万年一遇洪水标准，造成沿岸迪庆、丽江及大理等地直接经济损失高达74亿元［16-17］。堰塞湖蓄水能力强、破坏威力大、波及范围广，且堰塞湖地处高山峡谷深处，恶劣的水域地理环境及交通通信条件和短暂的应急处置窗口期给堰塞湖防灾减灾造成极大困难，堰塞湖险情一直是极难控制和防御的自然灾害［18-19］。

鉴于高风险堰塞湖潜在的巨大威胁，堰塞湖应急处置及风险防控是当前中国乃至全世界范围内堰塞湖防灾减灾领域的重要研究课题。堰塞湖应急处置技术研究能为揭示堰塞湖漫顶溃决机理、人工调控堰塞湖溃决发展过程提供重要理论技术方法，对更大程度避免库区淹没损失和溃决洪水损毁具有重要的科学价值和社会意义［20］。因此，本文将结合当前堰塞湖风险处置研究现状，对堰塞湖基本特征、风险评估和应急处置技术等研究现状进行评述。

1堰塞湖基本特征

1.1堰塞湖分布

堰塞湖在世界范围内广泛分布在高山峡谷地区，尤其是板块地壳运动剧烈、深切地貌、河流陡降等区域［21-23］。中国的堰塞湖主要集中在青藏高原及周边秦巴山区地带，这种特殊的堰塞湖分布主要与中国典型的三大阶梯地势紧密相关，局部地区小规模滑坡或泥石流便能在阶梯结合地带引起大范围山体崩塌、滑坡，堵塞天然河道形成高风险堰塞湖。

1.2堰塞湖成因

堰塞湖成因主要是由坍塌诱发形成堰塞体的动力地质作用而定。Schuster等［21］对135座堰塞湖动力地质成因进行调查分析，指出降雨、融雪、地震及火山喷发等是诱发形成堰塞湖的主要因素，其中地震是堰塞湖形成的第二大诱发因素，约占总数的37%。石振明等［22］搜集国内外1 298座堰塞湖案例，如图1所示，指出国外因地震、降雨诱发形成堰塞湖占比分别为23%和35%，相应国内因地震、降雨诱发形成堰塞

湖的比例分别高达53%及38%。国内外堰塞湖成因占比差异主要原因为中国是地震频发且阶梯地势明显的国家，单次地震或强降雨便能在阶梯地势结合带诱发形成多处堰塞湖［23］。总体而言，降雨及地震是堰塞湖形成的主要诱发因素。

1.3堰塞湖蓄水库容

堰塞湖蓄水库容随机性较强，从几百m3到上百亿m3广泛分布，其主要与堰塞体垂直高度、崩塌滑坡等地质灾害规模、河沟河谷形态以及河道天然流量紧密相关，其中堰塞体作为堵塞天然河道的固体堆积物，其垂直高度直接影响堰塞湖蓄水库容［24-25］。国内外堰塞湖蓄水库容分布如图2所示，堰塞湖蓄水库容普遍集中在1×105～1×108 m3，部分高风险堰塞湖因堰塞体垂直高度较大及天然河道流量较高，蓄水库容普遍达到大型水库规模，甚至达到上百亿m3。世界范围内当前蓄水库容规模最大的堰塞湖是位于塔吉克斯坦东部帕米尔高原上的萨雷兹堰塞湖，其堰塞体高度达567 m，最大水深505 m，蓄水库容达170亿m3。

1.4堰塞湖生命周期

堰塞湖生命周期是指坍塌滑源体沿滑槽滚落至河道、堵塞河道蓄水成湖直至漫顶溃决的全部过程。受堰塞体物质结构组成、几何形态以及天然河道下泄流量等诸多因素影响，堰塞湖生命周期长短不一，跨度悬

殊。部分堰塞湖即生即消，即滑源体滚落至河道尚来不及形成堰塞湖便直接垮塌冲走；部分堰塞湖的堰塞体垂直高度大、堆积方量高，局部夹杂大孤石形成稳定支撑框架结构，造成堰塞湖渗漏流量长期出入库平衡，致使堰塞湖屹立数百年甚至千年依旧稳定［25］。

堰塞湖生命周期直接影响堰塞湖应急处置窗口期，短生命周期堰塞湖将严重压缩应急处置窗口期［26］。柴贺军等［27］指出堰塞湖在1 d、10 d、6个月及1 a之内自然漫顶溃决的比例依次为20%，50%，80%及90%；石振明等［28］指出堰塞湖在1 h、1 d、1周、1个月、1 a之内自然溃决比例依次为9%，34%，50%，67%，86%。由此可见堰塞湖生命周期普遍较短，超过50%以上的堰塞湖将在1个月之内漫顶溃决，因此堰塞湖应急处置窗口期极为短暂，由于堰塞湖所处恶劣的水域环境及交通通讯障碍等自然环境因素，人工处置堰塞湖险情难度极大［29-31］。

1.5堰塞湖灾害特点

堰塞湖库水位持续壅高回水，在上游库区造成大量淹没损失，而一旦漫顶溃决，非常态溃决洪峰势必肆虐下游沿岸基础设施。堰塞湖危害主要体现在以下4个方面［3］：

（1） 上游库区淹没损失。堰塞体堵塞天然河道致使库水位持续壅高、回溯，回水长度和淹没面积持续增大，库区沿岸农田、道路、工农业基础设施及城镇等被严重淹没损毁（“11·3”白格堰塞湖上游库区淹没如图3所示）。

（2） 溃决洪水损毁。堰塞湖非常态溃决洪峰以“刮地三尺、摧枯拉朽”态势在数百千米范围内严重肆虐沿岸堤防、乡镇、农田、生态环境及基础设施。

（3） 溃决洪水对下游河道的影响。溃决水流流速大、携沙浓度高、破坏威力强，极易冲毁沿岸河道堤防、造成决口，甚至改道，此外溃决水流裹挟大量泥沙，拥堵河道抬高河床，影响行洪能力。

（4） 残存堰塞体威胁。残存堰塞体两侧边坡陡峭、松散，在强降雨或水流持续冲刷扰动下，极易坍塌、堵塞河道，再次形成堰塞湖。

2堰塞湖风险评估

早期堰塞湖风险评估无明确参考因子，堰塞湖风险等级难以划分，堰塞湖应急决策难免失准，致使过高或过低评估堰塞湖风险。自2008年唐家山堰塞湖形成以来，国内外众多学者结合堰塞体危险性和溃决洪水损毁，在堰塞湖风险评估理论和实践方面均进行了积极探索。随着不断深入认识堰塞湖形成-溃决机理，堰塞湖灾害系统和灾害链认知不断完善，堰塞湖风险评估开始向复杂环境下多致灾因子的动态评估方向发展，并逐渐从定性、定量以及灾害链等方面动态评估堰塞湖风险［32-35］。

2.1定性评估

堰塞湖风险定性评价主要结合堰塞体形成机制、物质组成及几何形态，判断堰塞体物质结构抗冲蚀性能，综合评估堰塞体危险性。定性评估主要特点是依托卫星遥感、无人机航拍以及物探等检测技术手段，结合同类堰塞湖历史溃决案例，评估堰塞体危险性［35］。

胡卸文［36］、李勇［37］等利用堰塞体结构特征及堰塞湖蓄水库容针对汶川地震所引发的堰塞湖进行初步风险分析。何秉顺等［38］结合无人机航拍快速生成三维地形技术，短时间内对“5·12”汶川地震所引发的堰塞湖做了初步稳定分析。部分学者［39-40］根据宏观监控现象及地表位移监测技术对堰塞湖进行风险评估。Graham［41］根据溃决洪水破坏威力、预警信息以及生命损失等因素评估堰塞湖风险。早期堰塞湖定性评估风险因子普遍考虑不周，随着对堰塞湖认知不断完善，2021年SL/T 450-2021《堰塞湖风险等级划分与应急处置技术规范》补充考虑堰塞体结构形态、抗冲蚀特性以及湖区次生灾害影响，尤其是生态环境影响，根据堰塞湖库容、上游来水量、堰塞体物质组成及几何形态、风险人口、影响城镇、公共或基础设施、生态环境等，将堰塞体危险性划分为极高危险、高危险、中危险和低危险4个等级，有效提升了堰塞湖风险认知水平。

尽管堰塞湖定性评估结果并非完全精确，但在堰塞湖应急处置现场可初步分析堰塞湖风险。现阶段单纯的堰塞湖定性风险评估相对甚少，定性评估普遍是定量评价的基础，是迅速获取堰塞湖地形信息及水文地理数据评估堰塞湖溃决风险和灾损的基础。

2.2定量评估

定量评估方法是运用大量堰塞湖历史案例，分析漫顶溃决规律、拟合数学表达式或判别准则，评判堰塞湖风险。定量评估作为堰塞湖风险评估主流方法，根据计算方法特点可分为数理统计法、物理模型试验法和数值分析法。

（1） 数理统计法。

数理统计法即是根据堰塞湖基础资料，考虑堰塞湖水动力学指标、地貌学指标以及物质结构组成等要素，采用逻辑回归方法，提出数学表达式或判别准则。1999年Casagli等［42］选用堰塞体体积和堰塞湖流域面积等2个参数提出堆积指标法（DBI）评估堰塞体稳定性；Ermini［43］、Dong［44］等根据堰塞体体积、流域面积、堰塞体高度、河道坡度、堰塞体物质结构组成以及回水长度等因子，提出堰塞湖风险评估模块化方法。但数理统计法依赖堰塞湖历史案例样本以及风险因子合理性，不同样本及不同风险因子堰塞湖风险定量评估稍有差异。

（2） 物理模型试验法。

部分国内学者基于不同致灾因子利用水槽物理模型试验还原堰塞体溃决失稳过程，评价堰塞體稳定性［45-48］。尽管水槽物理模型能直观地反映堰塞湖溃决发展过程、评估堰塞体稳定性，但当前堰塞湖水槽物理模型普遍是参照人工土石坝，堰塞体宽缓、矮胖等几何特征以及宽级配物质组成等特性普遍被忽略［49］。蔡耀军［20］、杨启贵［50］等结合唐家山、白格等高风险堰塞湖指出堰塞湖堰塞体物质组成相差显著，颗粒粒径从毫米级砂石料跨越至数米乃至数十米孤石，同等高度堰塞体顺水向长度远大于垂直高度，呈宽缓断面结构形态。而常规堰塞湖物理模型几何垂直高度有限，漫顶水流极易引起堰塞体坍塌瞬溃，致使难以出现溯源陡坎现象，或因蓄水库容不足造成难以持续冲刷堰塞体，致使残留堰塞体过高，引发水力失真现象。蔡耀军等［20］指出为尽可能避免缩尺效应影响，堰塞体顶部纵向长度需达到2～3倍垂直高度，垂直高度至少需要达到1 m以上规模。

（3） 数值分析法。

数值分析法是通过堰塞体物质结构组成、几何形态及力学特性判断分析堰塞体稳定性，分析堰塞体坍塌变形过程中应力应变关系。堰塞体稳定性数值分析法主要有极限分析法、有限差分法、有限单元法、离散单元法和非连续变形分析法等确定性分析方法［24］，其中离散单元法和非连续变形分析法在堰塞体稳定性评估中应用较少。Mizuyama等［51］利用简化毕肖普法考虑堰塞体形状、物质结构组成及渗漏量等因素分析堰塞体稳定性；Hu等［52］利用瑞典条分法考虑不同水位及地震荷载等因素分析堰塞体稳定性。近些年学者尝试利用模糊层次分析法、熵值法、模糊综合分析法等不确定分析法开展堰塞体危险性评估研究，但数学模型理论与工程实际结合还存在较大差距［53-56］。总体而言，堰塞体数值分析方法普遍选用人工土石坝模拟方法评估自身稳定性，但较少考虑堰塞体宽级配及宽缓几何形态特点。

2.3灾害链评价方法

持续壅高库水位致使河道两岸山体孔隙水压力上升，极易诱发二次滑坡、形成大落差涌浪；漫顶溃决洪水严重肆虐沿岸堤防、生态环境及基础设施，尤其是下游地区存在梯级堰塞湖，漫顶水流极易如“多米诺效骨牌”呈放大效应形成非常态溃决洪水，更进一步增大溃决洪水损毁。

当前堰塞湖风险评估风险因子有限，普遍局限于堰塞体自身稳定性及溃决洪水损毁，对堰塞湖灾害系统及灾害链普遍缺乏有效认知［57］。Niu等［58］首次研究梯级堰塞湖溃决机制，提出上游堰塞湖漫顶溃决时漫顶溃决洪峰直接影响下游堰塞湖溃决模式：低溃决洪峰逐渐冲蚀堰塞体，引起渐进式漫顶溃决，高溃决洪峰则快速冲刷掏蚀堰塞体，引发堰塞体坍塌瞬溃。Zhou等［59］研究了梯级堰塞湖动态溃决演化过程，指出梯形堰塞湖溃决洪峰呈叠加放大效应，溃决洪峰远超单座堰塞湖最大溃决洪峰。Shi等［60］指出梯级堰塞湖溃决显著改变河道汇水速率。当前梯级堰塞湖溃决研究尚处于初步阶段，小尺度物理模型中溃决洪水放大效应难以体现，未来可考虑利用大中型水库建模，更易于揭示溃决洪峰扩大效应。

3堰塞湖应急处置技术

针对堰塞湖险情，科研学者采用堰塞湖水文及地理信息应急监测和堰塞体快速疏通开挖等人工应急处置技术，快速识别堰塞湖水文、水情、库区地形等相关信息，监测堰塞湖库水位及溃决洪峰变化，评估堰塞湖风险，划定堰塞湖上下游影响区域，转移人民群众。其中引流槽除险技术是当前应用最为广泛、效果最为明显的堰塞体快速疏通开挖应急处置技术。但堰塞湖应急处置技术普遍需根据堰塞湖基本特征及结合堰塞湖溃决发展过程特点，采取相应人工措施干预堰塞湖溃决发展过程，缓和堰塞湖险情［61-64］。

3.1堰塞湖溃决机理研究

非恒定携沙水流动态冲刷掏蚀堰塞体，致使溃口呈间歇性非线性坍塌变形，溃决机理极为复杂，洞悉查明堰塞湖溃决机理是堰塞湖应急处置的基础和先决条件。国内外学者在堰塞湖参数模型、物理模型及数值模拟等方面开展了大量堰塞湖溃决试验研究，但因堰塞湖溃决过程涉及学科理论过多、影响因子复杂，当前溃决机理仍然不明，给堰塞湖应急处置造成巨大困境［65］。

部分学者［66-67］利用堰塞湖历史案例推导溃口深度、溃口宽度及峰值流量等参数模型，但参数模型需要大量堰塞湖实测资料率定，有限的原型观测案例降低了参数模型的可靠性。Zhong［48］、Begam［67］等采用数值模拟分析溃决过程参数敏感性以及溃决洪峰关键影响因子，但数值模型普遍假定溃口最终形态并利用宽顶堰公式计算溃口流量，而溃口形态呈非线性变化特征，与宽顶堰相距甚远，且最终形态普遍难以假定。此外数值模拟溃口侵蚀率、扩展系数等参数受物质结构组成影响显著，与实际溃决过程亦存在偏差。

周招等［68-69］开展室内物理模型试验（图4），将堰塞湖溃决发展过程依次划分为尾部下切阶段、陡坎溯源阶段、全断面下切阶段以及冲淤平衡-恢复稳定阶段。蔡耀军等［20］认为堰塞体坍塌溃决主要集中在陡坎溯源阶段及全断面下切阶段。杨兴国［70］、张倩［71］、杨阳［72］等指出堰塞体漫顶溃决主要由溃决水流横向展宽及纵向下切冲刷堰塞体引起坍塌失稳所致，但二者主导作用目前仍存在争议：部分科研学者认为堰塞体坍塌主要是高速溃决水流剪切冲刷所致，部分学者则认为堰塞体坍塌是高速溃决水流掏蚀溃口底坡，致使溃口边坡失稳所致，更有学者认为堰塞体坍塌是二者联合相互作用所致［20］。

尽管物理模型试验能有效模拟堰塞湖溃决发展过程，但当前几乎所有物理模型普遍并未完全遵循重力相似准则选取宽级配颗粒材料堆筑堰塞体，部分细颗粒砂石料被统一概化，造成模型材料抗冲蚀性能与原型材料相差明显。此外局部物理模型几何尺度有限，垂直高度及蓄水库容规模不足，致使漫顶水流积蓄势能及持续冲刷能力不足，引起溃决发展过程失真等现象［73-75］。

3.2堰塞湖应急监测

堰塞湖通常地处交通险阻、人迹罕至之处，恶劣水域环境及水文、地质和物质组成等基礎资料的匮乏给人工监测堰塞湖险情提出了巨大挑战，尤其是在有限应急处置窗口期内。

自2008年唐家山堰塞湖形成之后，学者广泛开展堰塞湖技术研究。全球定位系统和非接触式监测技术发展迅速，堰塞湖信息获取逐步向快速感知、三维可视化以及溃口动态监测等方向发展［76-78］。

唐家山堰塞湖应急处置采用航空摄影测量和卫星遥感测量获得堰塞湖周边地理和地形地质资料；白格堰塞湖抢险中采取星载InSAR监测、无人机航拍等技术手段对堰塞体周边不稳定体进行跟踪监测。尽管星载InSAR技术具有全天候、全天时、覆盖范围广等优点，但其观测结果为地表真实形变在雷达视线上的投影，难以反映地物的真实变形特征及其演化规律［78-80］。

堰塞体三维可视化普遍利用高密度电法物理探测设备感知获取堰塞体物质结构信息，并利用搭载集双目相机、可见光相机、激光测距机、红外热像仪于一体的五目协同无人机快速查看堰塞体几何形态，划分堰塞体表观颗粒粒径并监测堰塞体边坡变形［81-82］。陆二男等［83］在唐家山堰塞湖应急处置过程中采用高密度电法对引流槽进行了物探测试解译；吴学明等［84］在红石岩堰塞湖应急处置中采用被动源面波法、瞬变电磁法对堰塞体和古滑坡区开展探测。但堰塞湖三维可视化技术难以准确获取堰塞体散粒料堆积分区，其对堰塞体内部物质结构探测深度及精度有限，且堰塞体变形及物质结构探测解译速度有待提高。

针对堰塞湖溃口快速动态演变及现场恶劣的环境，至今全球范围内均无人工或自动化野外监测堰塞湖溃口形态变化的实例。现阶段仅有的免棱镜全站仪和手持激光测距仪等非接触式监测设备仅适用于常规堤防溃口；常规声呐探测技术因溃决水流携沙浓度较高及冲刷掏蚀能力较强，难以固定于堰塞湖引流槽内监测溃口变形［85］。现阶段主要是利用无人机航拍监测溃口展宽，但溃口纵向下切监测目前尚处于空白领域。近些年蔡耀军等［20］提出堰塞湖引流槽冲刷变形自动化动态监测设备，如图5所示，一定程度上可以动态监测引流槽横向展宽及纵向下切变形，但动态监测设备依然面临被溃决水流冲走而漂浮或悬浮于溃决水流中的技术挑战。

3.3堰塞湖引流槽除险技术

堰塞湖引流槽除险技术基本原理是在堰塞体顶部纵向开挖引流槽，引导漫顶水流渐进式冲刷掏蚀堰塞体，平稳下泄堰塞湖囤蓄洪水。为提升引流槽泄流效率，周招等［86］在传统梯形断面引流槽基础上优化引流槽横、纵断面结构型式，提出复式及陡坎式引流槽，并利用野外模型试验证实复式及陡坎式引流槽能有效提升引流槽泄流效率，降低堰塞湖最大壅高水位及溃决洪峰流量。

尽管引流槽除险技术能一定程度降低堰塞体过水高程、削减溃决洪峰，但部分高风险堰塞湖蓄水库容规模庞大，堰塞体物质结构疏松，持续壅高漫顶水流极易引起引流槽迅速变形，致使堰塞体坍塌失控，甚至瞬溃，形成难以控制的溃决洪峰［88］。

针对当前堰塞湖溃决发展过程难以控制的工程难题，现阶段的钢筋防护网、巨石锁口和人工结构体等引流槽防护措施［87］能在尾部下切阶段减缓溃决水流冲刷掏蚀引流槽，但在全断面下切阶段普遍因自身柔韧性不足而难以随引流槽坍塌变形，调整自身结构型式，护坡固壁持续能力不足，调控堰塞湖溃决发展过程作用有限，甚至拦阻引流槽正常泄流，壅高库水位，激起反噬作用。周招［86］、蔡耀军［20］等提出引流槽控溃削峰设想，即提升尾部下切阶段引流槽泄流效率，减缓全断面下切阶段堰塞体坍塌，并利用室外模型试验证实挂壁式引流槽柔性防护措施能随引流槽边坡坍塌持续调整自身结构型式，减缓溃决水流横向展宽及纵向下切掏蚀引流槽，延缓堰塞体坍塌，实现降低堰塞湖最大壅高水位及削减溃决洪峰（图6）。但引流槽柔性防护措施布置形式极易影响削峰效果，铺设不当甚至会拦阻引流槽泄流，激起反噬作用。

引流槽除险技术能有效降低堰塞湖最大壅高水位，削减溃决洪峰，但受堰塞湖溃决机理不明等诸多因素限制，当前堰塞湖引流槽除险技术更多依靠科研学者工程经验开展。

3.4堰塞体快速疏通用开挖机械设备

近些年众多堰塞湖险情得到成功处置，但当前并无堰塞体快速疏通开挖专用机械设备及应急处置专业队伍。现阶段堰塞湖应急处置主要是依靠中国安能建设集团有限公司（前身武警水电部队）及常规基建施工队伍驾驶挖掘机和自卸式重型卡车等机械设备快速进场，开挖输运堰塞体。但堰塞湖水陆交通环境恶劣，常规大型机械设备因尺寸及重量等原因难以快速进场，如2008年唐家山堰塞湖应急部门不得已临时开辟空中通道、租用米26直升机（最大载重20 t、主旋翼直径32 m）吊运重型挖掘机进场施工作业。

武警消防部门常用橡皮艇（载重1 t，最多可乘载7人）临时搭载科研设备及人员登顶堰塞体，实地调查堰塞湖第一手资料［88］。中国安能建设集团有限公司研制动力浮桥（容许通行荷载80 t）、HZQL26应急机械化桥（容许通行荷载60 t、跨度26.6 m）和临时硬质路面机动铺设系统（容许通行荷载60 t），开辟堰塞湖水上通道，有效解决软质地面常规重型机械设备难以快速进场难题［89-91］。北京中瀚环球真空流体科技有限责任公司利用真空虹吸原理研发大管径、大流量虹吸泄流装备（最大流量5 m3/s），可有效解决大流量虹吸装备脱流问题。但其跨越宽度有限，仅有8 m，仅适用于中小型堰塞湖应急排水，面对高风险堰塞湖（库容普遍达到亿m3量级）作用甚微，只能缓和壅水速度［92］。中国葛洲坝集团勘测设计有限公司研制了装配式模块化土方连续开挖输运机械设备（模块单元最大重12 t），如图7所示，满足常规直升飞机吊运要求，取得堰塞体开挖转运一体化突破，显著提升了堰塞体疏通开挖施工效率［2］。

上述堰塞湖应急处置机械设备在部分堰塞湖应急处置现场取得了良好应用效果，但总体而言当前堰塞湖应急处置针对性机械装备仍然偏少，机械设备投送能力仍然偏弱，以至于在窗口期短暂的应急处置现场显得力不从心，装配式、轻量化工程机械设备（吊车、推土机、挖掘机、凿碎机等）仍有待进一步开发研究。

4结论与展望

堰塞湖作为高山峡谷地区一种常见自然灾害，极易在短时间内漫顶溃决，形成非常态溃决洪水，严重威胁沿岸人民群众生命财产及重要设施安全。本文结合国内外堰塞湖案例及唐家山和白格等大型高风险堰塞湖实践经验，系统总结堰塞湖成因、蓄水库容、生命周期等基本特征，分析了堰塞湖危险性定性、定量评估方法，阐释了堰塞湖溃决机理、引流槽除险和疏通开挖机械设备现状，可为后续堰塞湖风险处置提供技术指导。受堰塞湖溃决复杂水沙耦合过程影响，尽管现阶段学者取得了一系列的成果，溃决机理认知水平有所提升，但堰塞湖风险处置技术研究仍存在如下科学难题：

（1） 堰塞体堆积形态分区机制。堰塞体堆积形态及物质结构分区是堰塞湖溃决过程模拟和预报的先决基本参数，但堰塞湖应急处置窗口期短暂、水域环境恶劣、堰塞体几何规模庞大，常规物探设备难以快速获取堰塞体物质结构组成及分区。堰塞体砂石料堆积形态分区机制是滑源体失稳-启动-运动-停歇-堆积过程的能量耗散和转换机制，是堰塞体物质结构组成和滑源体堆积过程的内在联系，现阶段亟需建立快速判别堰塞体物质结构组成的方法。

（2） 强非恒定流输沙理论。现有泥沙输移理论普遍是在恒定均匀流条件下建立的砂石料冲刷搬运规律。堰塞湖溃决水流及溃口形态均随溃决发展过程呈强非恒定流、非均匀流特征，泥沙输移理论普遍未考虑与潰决形态变形相关的砂石料起动流速、推移质运动和悬移质运动规律。堰塞体松散堆积体无输移搬运历史观测资料，现阶段的泥沙输移理论外延应用难免存在误差。

（3） 大尺度堰塞湖溃决模型试验。当前堰塞湖溃决数值模拟人为假定因素过多，难以真实反映溃口展宽及下切非线性变形过程，而堰塞湖溃决物理模型尺度有限，蓄水库容及溃决水流流速不足，堰塞体几何形态与砂石料颗粒级配相似性（几何相似、重力相似等）难以兼容。因此极有必要开展符合模型相似律的大尺度物理模型试验，分析研究溃决水流冲刷搬运机制及溃口展宽下切变化过程。

（4） 堰塞湖应急处置专用机械设备研制。堰塞湖事发突然、水域环境恶劣、交通险阻，应急处置窗口期短暂，常规堰塞体疏通开挖等重型机械设备因尺寸或重量等原因难以快速进场。因此极有必要开展堰塞湖应急处置保通进场及疏通开挖等装配式、轻量化机械设备研制，便于以水陆空等方式快速进场，及时疏通开挖堰塞体，有效提升作业效率。

（5） 堰塞湖溃决洪峰动态追踪。堰塞湖溃决洪水瞬息万变，破坏能力强，常规水文站极易因水位变化跨度大、频率快而难以实时监测溃决洪峰，甚至出现水文站淹没损毁的情况。因此极有必要研发适应能力强、响应时间短的非接触式溃决洪峰动态追踪技术，以便快速评估堰塞湖传播影响范围。

参考文献：

［1］刘宁，杨启贵，陈祖煜.堰塞湖风险处置［M］.武汉：长江出版社，2016.

［2］蔡耀军，李建清，彭文祥，等.堰塞湖应急处置［M］.武汉：长江出版社，2021.

［3］刘宁，陈尊兰，崔鹏.堰塞湖及其风险处置［M］.北京：科学出版社，2013.

［4］蔡耀军，金新平，杨启贵，等.金沙江白格堰塞湖风险统合管理与应急处置［M］.武汉：长江出版社，2020.

［5］蔡耀军，栾约生，彭文祥，等.堰塞湖典型案例分析成因、致灾、应急处置［M］.武汉：长江出版社，2023.

［6］JOHANNES T W.Case history and hazard analysis of two lake-damming landslides in the Himalayas［J］.Journal of Asian Earth Sciences，1998，16（2）：323-331.

［7］LI M H，HSU M H，HSIEH L S，et al.Inundation potentials analysis for Tsao-Ling landslide lake formed by Chi-Chi earthquake in Taiwan［J］.Natural Hazards，2002，25：289-303.

［8］SHANG Y Y，YANG Z F，LI L H，et al.A super-large landslide in Tibet in 2000：background，occurrence，disaster，and origin［J］.Geomorphology，2003，54：225-243.

［9］周洪福，韋玉婷，王运生，等.1786年磨西地震触发的摩岗岭滑坡演化过程与成因机理［J］.成都理工大学学报（自然科学版），2017，44（6）：649-658.

［10］邢爱国，徐娜娜，宋新远.易贡滑坡堰塞湖溃坝洪水分析［J］.工程地质学报，2010，18（1）：78-83.

［11］DELANEY K B，EVANS S G.The 2000 Yigong landslide （Tibetan Plateau），rockslide dammed lake and outburst flood：review，remote sensing analysis，and process modelling［J］.Geomorphology，2015，246：377-393.

［12］LIU N，ZHANG J X，LIN W，et al.Draining Tangjiashan Barrier Lake after Wenchuan Earthquake and the flood propagation after dam break［J］.Science China Series E：Technological Sciences，2009，52（4）：801-809

［13］LI J，CAO Z X，CUI Y F，et al.Hydro-sediment-morphodynamic processes of the baige landslide-induced barrier Lake，Jinsha River，China［J］.Journal of Hydrology，2021，596：126134.

［14］ZHANG Z，HE S，LIU W，et al.Source characteristics and dynamics of the October 2018 Baige landslide revealed by broadband seismograms［J］.Landslides，2019，16（4）：777-785.

［15］崔鹏，韩用顺，陈晓清.汶川地震堰塞湖分布规律与风险评估［J］.四川大学学报（工程科学版），2009，41（3）：35-42.

［16］ZHANG L M，XIAO T，HE J，et al.Erosion-based analysis of breaching of Baige landslide dams on the Jinsha River，China，in 2018［J］.Landslides，2019，16（10）：1965-1979.

［17］CHEN C，ZHANG L，XIAO T，et al.Barrier lake bursting and flood routing in the Yarlung Tsangpo Grand Canyon in October 2018［J］.Journal of Hydrology，2020，583：124603.

［18］蔡耀軍，周招，杨兴国，等.堰塞湖风险评估快速检测与应急抢险技术和装备研发［J］.岩土工程学报，2022，44（7）：1266-1280.

［19］周兴波，周建平，杜效鹄，等.白格堰塞湖抢险处置应急管理与经验启示［J］.水利学报，2021，52（10）：1229-1239.

［20］蔡耀军，杨兴国，周招，等.基于物理模拟的堰塞湖溢流溃决机理［J］.工程科学与技术，2023，55（1）：150-160.

［21］SCHUSTER R L，COSTA J E.The formation and failure of natural dams［J］.Geological Scoeity of America Bulletin，1988，100（7）：1054-1068.

［22］石振明，马小龙，彭铭，等.基于大型数据库的堰塞坝特征统计分析与溃决参数快速评估模型［J］.岩石力学与工程学报，2014，33（9）：1780-1790.

［23］孔纪名，阿发友，邓宏艳，等.基于滑坡成因的汶川地震堰塞湖分类及典型实例分析［J］.四川大学学报（工程科学版），2010，42（5）：44-51.

［24］年廷凯，吴昊，陈光齐，等.堰塞坝稳定性评价方法及灾害链效应研究进展［J］.岩石力学与工程学报，2018，37（8）：1796-1812.

［25］单熠博，陈生水，钟启明.堰塞体稳定性快速评价方法研究［J］.岩石力学与工程学报，2020，39（9）：1847-1859.

［26］刘宁.堰塞湖应急处置实践与认识［J］.水科学进展，2010，21（4）：541-549.

［27］柴贺军，刘汉超，张倬元.中国滑坡堵江的类型及其特点［J］.成都理工学院学报，1998（3）：60-65.

［28］石振明，周明俊，彭铭，等.崩滑型堰塞坝漫顶溃决机制及溃坝洪水研究进展［J］.岩石力学与工程学报，2021，40（11）：2173-2188.

［29］ALICE T，AGNES H，JEAN-PHILIPPE M，et al.Seismic monitoring of soft-rock landslides：the Super-Sauze and Valoria case studies［J］.Geophysical Journal International，2013，3：1-22.

［30］LIU Z P，GUO X L，ZHOU X B，et al.Cascading dam breach process simulation using a coupled modeling platform［J］.Science China（Technological Sciences），2019，62（8）：1455-1466.

［31］STUMPF A，MALET J P，DELACOURT C.Correlation of satellite image time-series for the detection and monitoring of slow-moving landslides［J］.Remote Sensing of Environment，2017，189：40-55.

［32］崔鹏，郭剑.沟谷灾害链演化模式与风险防控对策［J］.工程科学与技术，2021，53（3）：5-18.

［33］杜镇瀚，钟启明，董海洲，等.堰塞湖风险评估研究综述［J］.河海大学学报（自然科学版），2022，50（4）：13-25.

［34］石振明，熊永峰，彭铭，等.堰塞湖溃坝快速定量风险评估方法：以2014年鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖为例［J］.水利学报，2016，47（6）：742-751.

［35］钟启明，陈小康，梅胜尧，等.滑坡堰塞湖溃决风险与过程研究进展［J］.水科学进展，2022，33（4）：659-670.

［36］胡卸文，韩玫，梁敬轩，等.汶川地震灾区泥石流若干关键问题［J］.西南交通大学学报，2016，51（2）：331-340.

［37］李勇，黄润秋，DENSMORE A，等.汶川8.0级地震的基本特征及其研究进展［J］.四川大学学报（工程科学版），2009，41（3）：7-25.

［38］何秉顺，丁留谦，王玉杰，等.四川安县肖家桥堰塞湖稳定性初步评估［J］.岩石力学与工程学报，2009，28（增2）：3626-3631.

［39］孙黎明.高山峡谷区滑坡堰塞体快速感知与模拟计算方法研究：以白格堰塞湖为例［J］.水利水电技术（中英文），2021，52（7）：44-52.

［40］WANG W，YIN K，CHEN G，et al.Practical application of the coupled DDA-SPH method in dynamic modeling for the formation of landslide dam［J］.Landslides，2019，16（5）：1021-1032.

［41］GRAHAM W J.A procedure for estimating loss of life caused by dam failure［J］．Sedimentation ＆ Ｒiver Hydraulics，1999，6（5）：1-43．

［42］CASAGLI N，ERMINI L.Geomorphic analysis of landslide dams in the Northern Apennine［J］.Chikei，1999，20（3）：219-249.

［43］ERMINI L，CASAGLI N.Prediction of the behaviour of landslide dams using a geomorphological dimensionless index［J］.Earth Surface Processes & Landforms，2003，28（1）：31-47.

［44］DONG J J，LI Y S，KUO C Y，et al.The formation and breach of a short-lived landslide dam at Hsiaolin village，Taiwan—Part I：post-event reconstruction of dam geometry［J］.Engineering Geology，2011，123（1/2）：40-59.

［45］OUYANG C Y，AN H C，ZHOU S，et al.Insights from the failure and dynamic characteristics of two sequential landslides at Baige village along the Jinsha River，China［J］.Landslides，2019，16（3）：1397-1414.

［46］PENG M，ZHANG L M.Analysis of human risks due to dam break floods-part 1：a new model based on Bayesian networks［J］.Natural Hazards，2012，64（1）：903-933.

［47］DANKA J，ZHANG L M.Dike failure mechanisms and breaching parameters［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2015，141（9）：04015039.

［48］ZHONG Q M，CHEN S S，WANG L，et al.Back analysis of breaching process of Baige landslide dam［J］.Landslides，2020，17：1681-1692.

［49］PENG M，ZHANG L M.Breaching parameters of landslide dams［J］.Landslides，2012，9（1）：13-31.

［50］杨启贵，杨文俊.5·12唐家山堰塞湖应急处置［M］.武汉：长江出版社，2020.

［51］MIZUYAMA T，SATOHUKA Y，OGAWA K，et al． Estimating the outflow discharge rate from landslide dam outbursts［M］∥Disaster Mitigation of Debris Flows Slope Failures and Landslides.Tokyo：UniversalAcademic Press，2006（1）：365-377．

［52］HU X W，LUO G，LU X P，et al.Analysis on dam-breaking mode of Tangjiashan barrier dam in Beichuan County ［J］.Journal of Mountain Science，2011，8（2）：354-362.

［53］BAYER B，SIMONI A，MULAS M，et al.Deformation responses of slow moving landslides to seasonal rainfall in the Northern Apennines，measured by InSAR［J］.Geomorphology，2018，308：293-306.

［54］FAN X，XU Q，ALONSO-RODRIGUEZ A，et al.Successive landsliding and damming of the Jinsha River in eastern Tibet，China：prime investigation，early warning，and emergency response［J］.Landslides，2019，16（5）：1003-1020.

［55］PENG M，ZHANG L M.Dynamic decision making for dam-break emergency management-part 1：theoretical framework［J］.Natural Hazards and Earth System Science，2013，13：425-437.

［56］SHI Z M，XIONG X，PENG M，et al.Risk assessment and mitigation for the Hongshiyan landslide dam triggered by the 2014 Ludian earthquake in Yunnan，China［J］.Landslides，2017，14（1）：269-285.

［57］程尊蘭，崔鹏，李泳，等.滑坡、泥石流堰塞湖灾害主要的成灾特点与减灾对策［J］.山地学报，2008（6）：733-738.

［58］NIU Z P，XU W L，LI N W，et al.Experimental investigation of the failure of cascade landslide dams［J］.Journal of Hydrodynamics，Ser B，2012，24（3）：430-441.

［59］ZHOU G D，CUI P，CHEN H Y，et al.Experimental study on cascading landslide dam failures by upstream flows［J］.Landslides，2013，10（5）：633-643.

［60］SHI Z M，GUAN S G，PENG M，et al.Cascading breaching of the Tangjiashan landslide dam and two smaller downstream landslide dams［J］.Engineering Geology，2015，193：445-458.

［61］SHAN T，ZHAO J.A coupled CFD-DEM analysis of granular flow impacting on a water reservoir［J］.Acta Mechanica，2014，225（8）：2449-2470.

［62］LIU W，HE S.Dynamic simulation of a mountain disaster chain：landslides，barrier lakes，and outburst floods［J］.Natural Hazards，2018，90（2）：757-775.

［63］CARRIVICK J L.Dam break-outburst flood propagation and transient hydraulics：a geosciences perspective［J］.Journal of Hydrology，2010，380（3/4）：338-355.

［64］赵天龙，陈生水，王俊杰，等.堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验研究［J］.岩土工程学报，2016，38（11）：1965-1972.

［65］ZHAO T，DAI F，XU N W.Coupled DEM-CFD investigation on the formation of landslide dams in narrow rivers ［J］.Landslides，2017，14（1）：189-201.

［66］CAO Z X，YUE Z Y，PENDER G.Flood hydraulics due to cascade landslide dam failure［J］.Journal of Flood Risk Manage，2011，4（2）：104-114.

［67］BEGAM S，SEN D，DEY S.Moraine dam breach and glacial lake outburst flood generation by physical and numerical models［J］.Journal of Hydrology，2018，563：694-710.

［68］周招，蔡耀军，彭文祥，等.高危堰塞湖引流槽结构形式优化试验研究［J］.人民长江，2023，54（2）：200-205，219.

［69］周招，蔡耀军，李建清，等.堰塞湖溃决过程人工干预试验研究［J］.水电能源科学，2022，40（10）：109-114.

［70］杨兴国，李海波，廖海梅，等.滑坡-堰塞湖应急处理与引流泄水优化技术［J］.工程科学与技术，2018，50（3）：95-104.

［71］张婧，曹叔尤，杨奉广.堰塞坝局部溃决输沙率试验研究［J］.泥沙研究，2011（6）：32-36.

［72］杨阳，曹叔尤.堰塞坝漫顶溃决与演变水槽试验指标初探［J］.四川大学学报（工程科学版），2015，47（2）：1-7.

［73］王光谦，王永强，刘磊，等.堰塞坝及其溃决模拟研究评述［J］.人民黃河，2015，37（9）：1-7.

［74］HU P，CAO Z X，PENDER G，et al.Numerical modelling of riverbed grain size stratigraphic evolution［J］.International Journal of Sediment Research，2014，29：329-343.

［75］XUY，ZHANG L M.Breaching parameters for earth and rockfill dams［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2009，135（12）：1957-1970.

［76］黄艳，马强，吴家阳，等.堰塞湖信息获取与溃坝洪水预测［J］.人民长江，2019，50（4）：12-19，52.

［77］熊莹，周波，邓山.堰塞湖水文应急监测方案研究与实践：以金沙江白格堰塞湖为例［J］.人民长江，2021，52（增1）：73-76，84.

［78］ZHOU W，LI S，ZHOU Z，et al.InSAR observation and numerical modeling of the earth-dam displacement of Shuibuya dam （China）［J］.Remote Sensing，2016，8（10）：877.

［79］GUO R，LI S M，CHEN Y N，et al.Identification and monitoring landslides in Longitudinal Range-Gorge Region with InSAR fusion integrated visibility analysis［J］.Landslides，2021，18：551-568.

［80］LIU B，HE K，HAN M，et al.Application of UAV and GB-SAR in Mechanism Research and Monitoring of Zhonghaicun Landslide in Southwest China［J］.Remote Sensing，2021，13：1653.

［81］陈越，许惠平，陈华根.地理信息系统中矢量数据的三维可视化技术［J］.同济大学學报（自然科学版），2004，32（9）：1197-1201.

［82］李云，范子武，吴时强，等.大型行蓄洪区洪水演进数值模拟与三维可视化技术［J］.水利学报，2005，36（10）：1158-1164.

［83］陆二男，张建清，胡志虎.唐家山堰塞湖导流渠地层结构的地球物理探测［J］.人民长江，2008，39（22）：55-56.

［84］吴学明，高才坤，王俊，等.综合物探方法在红石岩堰塞体探测中的应用研究［J］.物探化探计算技术，2018，40（3）：364-370.

［85］香天元.先进水文仪器在堰塞湖除险中的应用［J］.中国水利，2008（13）：65-67.

［86］周招，蔡耀军，李建清，等.堰塞湖柔性防护措施控溃削峰技术研究［J］.人民长江，2023，54（1）：220-226.

［87］陈晓清，赵万玉，高全，等.堰塞湖溃决人工结构体滞洪效果实验研究［J］.山地学报，2011，29（2）：217-225.

［88］郭钦元.水域救援常用船艇对比研究［J］.中国应急救援，2022（5）：47-52.

［89］周志东，高静，林振奎.堰塞湖应急处置施工技术概述［J］.水利水电快报，2019，40（3）：22-25.

［90］陈伯智.动力舟桥在特大洪涝灾害抢险中的应用研究［J］.四川水利，2022（增1）：16-20.

［91］张金美，张宏建，曾智刚.制式应急桥梁在抢险救援中的应用研究［J］.中国应急救援，2016（5）：19-22.

［92］翁怡萌，蔡耀军，王小波，等.堰塞湖大流量虹吸泄流关键技术与装备研发［J］.中国新技术新产品，2022（10）：99-10.

（编辑：郭甜甜）