雅鲁藏布江加拉堰塞湖风险评估

栾约生， 朱 萌， 张 亮

(水利部 长江勘测技术研究所，湖北 武汉 430011)

中国是堰塞湖高发地区，堰塞湖灾害具有突发、灾害链长、灾损大等特点[1-2]。堰塞湖发生后，需要对堰塞湖风险进行快速评估[3-7]。由于堰塞湖风险评估涉及的问题较复杂且不确定性大，国内外学者通过研究建立了不同的评价体系和方法[8-12]。Casagli et al.[8]、Ermini et al.[9]分别在1999年和2003年对意大利亚平宁北部山区的70座堰塞体进行分析，提出了考虑流域面积和堰塞体体积的堆积指标法(BI)和加入堰塞体高度的改进堆积指标法(DBI)来判断堰塞体稳定性，但这两种方法都只是堰塞体的危险性判断方法。《堰塞湖风险等级划分标准》(SL450—2009)[10]于2009年颁布，提出了考虑堰塞湖规模、堰塞体物质组成、堰塞体高度的堰塞体危险性三指标分级标准，并结合堰塞湖灾损(风险人口、重要城镇、公共或重要设施)分级来查表确定堰塞湖风险等级。此后，Dong et al.[11]、Stefanelli et al.[12]、单熠博等[13]在2011—2020年期间利用逻辑回归方法，建立了不同的堰塞体稳定性判别方法。最近，蔡耀军等[14-15]基于大量堰塞湖历史案例和典型堰塞湖现场观察成果，提出了基于堰塞湖形成和溃决机理的堰塞湖八指标风险指标体系和多种判别方法(综合评估查表法、风险矩阵法、模糊数学评判法等)，该指标体系首次将上游来水量和灾损的生态环境影响纳入堰塞湖风险评估，为堰塞湖风险评估提供了快捷科学的评判方法，其中的综合评估查表法和模糊数学评判法被《堰塞湖风险等级划分与应急处置技术规范》(SL/T 450—2021)[16]采纳。其他学者也还在不断研究和优化堰塞湖风险评估方法体系，并拓展至应急处置等方面[17-21]，为开展堰塞湖快速评估和应急处置提供了合理的方法。

2018年雅鲁藏布江加拉堰塞湖发生后，需要准确判断堰塞湖风险等级。在对该堰塞湖的堰塞体进行现场考察并取样的基础上，收集整理了堰塞湖的基本资料，采用不同的风险判断方法对该堰塞湖进行了风险评估。综合分析后推荐了加拉堰塞湖的风险等级，可以为类似堰塞湖的快速评估和应急处置提供参考。

1 堰塞湖形成过程

2018年10月，西藏自治区米林县派镇加拉村北东5.7 km的色东浦沟(雅鲁藏布江左岸)发生多次泥石流活动，堵塞雅鲁藏布江河道并形成堰塞湖。泥石流主要是由受气候变暖影响发生崩塌的冰川崩塌物撞击沟道堆积物而形成的。加拉堰塞湖形成过程如下：

(1) 10月16日发生第一次泥石流。泥石流形成于当日23：00—24：00，堰塞体顺江长约2 km，估算入江体积约4 000万～6 000万m3，库容约6.0亿m3。

(2) 10月18日发生第二次泥石流。当日下午色东浦沟发生第二次泥石流活动，泥石流主要堆积在“10·16”泥石流堰塞体的上部及上游侧，堆积后顺江长约2.3 km，估算入江体积约2 000万m3，其中约1 000万m3直接进入上游堰塞湖。

(3) 10月29日发生第三次泥石流。当日约9：30，色东浦沟泥石流再次活动(照片1),泥石流主要堆积在沟口附近及下游侧，堰顶地面加高约1～5 m，刚刚形成的流道被堵塞至2 819 m高程，估算入江体积约1 000万m3，库容约3.2亿m3。

照片1 加拉堰塞体(影像源自央视新闻网)

(4) 10月31日堰塞湖溃决。堰塞湖溃决后，湖水位稳定在2 757 m高程，较泥石流发生前雍高15～17 m，较堰塞湖第一次溃决(10月19日)后的水位抬升约5～7 m。

2 堰塞体物质结构

加拉堰塞体位于东喜马拉雅构造带，区内断层密布，地震构造活动强烈，出露岩石以片麻岩为主。堰塞体北侧(左岸)出露中—新元古界念青唐古拉群(Pt2-3N)灰黑色斜长角闪片麻岩、二云斜长片麻岩等；堰塞体南侧(右岸)出露中—新元古界南迦巴瓦群(Pt2-3Nj)灰白—灰黑色黑云钾长片麻岩、眼球状二长片麻岩等。堰塞体处的枯水期水面高程约2 756 m，河谷呈不对称的“V”形。堰塞体表部高程约2 819～2 840 m，表部松软，含水量高，可见大量冰块融化后形成的不规则空洞。堰塞体经过多次堵江活动，其物质结构可见较明显的分层现象(图1)。

图1 加拉堰塞体地质结构图

根据加拉堰塞体的物质结构特点，将其分为5个物质分区(图2)。Ⅰ区主要为“10·18”泥石流超覆于“10·16”泥石流形成的堵江物质分布区，主体呈灰白色夹灰黄色，物源为原色东普沟内的冰碛物和沟侧坡表堆积物，块径多为0.1～0.4 m(图3)，偶见块径>1.5 m；在堰塞体上游段局部覆盖含砾中粗砂，物源为原河床沉积物。Ⅱ区为“10·29”泥石流堵江物质分布区，呈褐色夹灰黑色，物源主要为色东普沟内的前期泥石流残留物，由粉质壤土、角砾和碎块石组成，块(粒)径多<0.1 m(图4)。Ⅲ区为泥石流流通区，物质主体为色东普沟内冰碛物及少量崩坡积碎石土，以含块石的碎石土为主。Ⅳ区为堰塞体铲刮坍塌回落区，块砾石含量较高。Ⅴ区为气蚀浪蚀区，以基岩边坡为主，覆盖少量残坡积碎石土。

图2 加拉堰塞体物质分区

图3 加拉堰塞体Ⅰ区物质颗分曲线

图4 加拉堰塞体Ⅱ区物质颗分曲线

3 堰塞体危险性评估

堰塞体危险性影响因素主要为堰塞湖库容、上游来水量、堰塞体物质组成和几何形态4个指标，采用《堰塞湖风险等级划分与应急处置技术规范》(SL/T 450—2021)[16]规定的堰塞湖危险性分级指标(表1)进行堰塞体危险性评估，其综合判别公式如下：

表1 堰塞体危险性分级指标

A=a1A1+a2A2+a3A3+a4A4

(1)

式中：A为综合判别的分值；a1、a2、a3、a4为4个指标对应权重值，可全部取为0.25，也可根据4个指标的影响程度作适当调整，但其和为1；A1、A2、A3、A4为4个指标的危险性级别对应的分值，极高危险、高危险、中危险、低危险分别赋值为4、3、2、1。当A≥3.0时，堰塞体为极高危险；当2.25≤A<3.0时，堰塞体为高危险；当1.5≤A<2.25时，堰塞体为中危险；当A<1.5时，堰塞体为低危险。

“10·29”加拉堰塞湖库容约3.2亿m3,上游来水量约1 600 m3/s,主要堰塞体物质组成d50为10～80 mm(平均约35 mm)，堰塞体垭口最大高度约60 m，堰塞体顺河向长度约2 200 m，堰塞湖库容、上游来水量、堰塞体物质组成d50、堰塞体几何形态的危险性级别分别为极高危险、极高危险、中危险、中危险。考虑该堰塞体为泥石流成因，堰塞湖库容和上游来水量都较大且堰塞体长高比>33，而其物质组成相对其他3个指标对堰塞体危险性影响更敏感，故将该指标的权重取值增大，最终将4个指标权重分别赋值为0.24、0.24、0.28、0.24，由式(1)计算出堰塞体危险性综合判别分值为3.0，属极高危险。

4 堰塞湖损失严重性分级

加拉堰塞湖损失严重性分级指标采用《堰塞湖风险等级划分与应急处置技术规范》(SL/T 450—2021)[16]推荐的方法(表2)，以单项分级指标中损失严重性最高的一级作为该堰塞湖损失严重性的级别，分别确定堰塞湖淹没损失和溃决损失，按两者较高的损失级别作为判定等级。

加拉堰塞湖回水长度约26 km，造成库区的加拉悬索桥、加拉对外公路和土地淹没，浪涌还损毁了达林桥和大量树木。2018年10月31日上午堰塞湖溃决后，下游德兴水文站于当日17：00流量起涨，于18：30出现最大流量12 500 m3/s；下游墨脱县城于11月1日大约9：00水位回落至正常，堰塞湖险情缓解。加拉堰塞湖险情发生后，西藏自治区党委及人民政府第一时间组织抢险救灾工作，共疏散撤离人员6 600余人。

采用表2对加拉堰塞湖的淹没和溃决损失严重性进行判定，风险人口为较严重，受影响的城镇、公共或基础设施、生态环境都为一般严重，所以将加拉堰塞湖淹没和溃决损失的严重性级别定为较严重。

表2 堰塞湖淹没和溃决损失严重性分级指标

5 堰塞湖风险评估

堰塞湖风险评估涉及堰塞体危险性、堰塞湖淹没和溃决损失严重性两方面，常用的有规范查表法、风险矩阵法、模糊数值法等[14]。

(1) 规范查表法。加拉堰塞体危险性级别为极高危险，堰塞湖损失严重性级别为较严重，根据《堰塞湖风险等级划分与应急处置技术规范》(SL/T 450—2021)[16]的表4.3.3可知堰塞湖风险等级为高风险(Ⅱ级)。

(2) 风险矩阵法。堰塞湖风险矩阵法考虑堰塞体危险性和堰塞湖损失严重性，根据堰塞体危险性分级分别赋值D1=[1,4]，根据堰塞湖损失严重性分级分别赋值D2=[1,4]，堰塞湖风险值则按F=D1×D2计算。当12≤F≤16时，堰塞湖为极高风险(Ⅰ级)；当8≤F<12时，堰塞湖为高风险(Ⅱ级)；当4≤F<8时，堰塞湖为中风险(Ⅲ级)；当1≤F<4时，堰塞湖为低风险(Ⅳ级)。

由于加拉堰塞体为极高危险，D1赋值为4；堰塞湖损失严重性为较严重，D2赋值为2；计算得出堰塞湖风险值F=8，因此判定堰塞湖风险等级为高风险(Ⅱ级)。

(3) 模糊数值法。在调查分析加拉堰塞湖危险性影响因素的基础上，确定堰塞湖各分级指标的重要性系数和数值(表3)。然后采用模糊数值法计算加拉堰塞湖风险分级的综合决策向量B为：

表3 堰塞湖风险评估指标的重要性系数和数值

[B1,B2,B3,B4]=[0.25,0.23,0.32,0.20]

可以看出，加拉堰塞湖各分级风险隶属度相近，这是由堰塞湖库容和上游来水量为极高危险、堰塞体物质组成和几何形态为中危险、风险人口为较严重、其他灾害损失为一般严重而决定的，说明该堰塞湖对各种风险级别的隶属性不显著，但中风险隶属度相对最大，因此判定堰塞湖风险等级为中风险(Ⅲ级)。

综合规范查表法、风险矩阵法和模糊数值法，并考虑“以人为本，生命至上”原则和堰塞湖事件社会影响等因素，将加拉堰塞湖风险等级推荐为Ⅱ-Ⅲ级较为适宜。

6 结论

(1) 加拉堰塞体是由冰川崩塌物撞击沟内堆积物形成的泥石流堆积而成，其表部松软、含水量高、抗冲性较差，可见很多冰块融化后形成的不规则空洞，印证了加拉堰塞体是冰川崩塌泥石流成因。

(2) 加拉堰塞体为多期次形成，堰塞体物质分区明显，Ⅰ区主要为“10·16”和“10·18”泥石流堵江物质分布区，其颜色稍浅，颗粒较粗；Ⅱ区为“10·29”泥石流堵江物质分布区，颜色深，颗粒较细。

(3) 加拉堰塞体危险性为极高危险，加拉堰塞湖淹没和溃决损失严重性为较严重。

(4) 采用规范查表法、风险矩阵法判定加拉堰塞湖风险等级为Ⅱ级，采用模糊数值法判定其风险等级为Ⅲ级，综合考虑“以人为本、生命至上”原则和堰塞湖事件社会影响等因素，推荐加拉堰塞湖风险等级为Ⅱ-Ⅲ级。