金沙江白格堰塞體結構形態與潰決特征研究

蔡耀軍　欒約生　楊啟貴　徐復興　張勝軍　石?！∫锥澎n子

摘要：四川、西藏交界處的金沙江右岸白格村所在岸坡于2018年10月10日和11月3日發生兩次失穩滑坡，堵塞金沙江形成堰塞湖。在介紹堰塞湖形成過程及成因的基礎上，分析了堰塞體結構及形態特征、潰決發展階段、潰決特征值，并將這些特征參數與以往一些堰塞湖作了比較。分析表明：該堰塞體總體由細顆粒組成，表面及下游側粗顆粒增加，抗沖性差、庫容、來水量及堰塞體物質組成是決定潰決峰值流量的關鍵因素，來水量、堰塞體抗沖性及堰塞體潰流段長度是決定壩體潰決時長的關鍵因素。

關鍵詞：結構形態;岸坡失穩;潰決;堰塞體;白格堰塞湖

中圖法分類號：T

文獻標志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.03.004

文章編號：1001-4179（2019）03-0015-08

2018年10月10日、11月3日，西藏自治區昌都市江達縣和四川省甘孜藏族自治州白玉縣界河金沙江右岸白格岸坡兩次發生岸坡失穩，金沙江兩次被堵塞形成堰塞湖，給上下游影響區人民生命財產造成重大威脅和損失。本文詳細介紹了白格堰塞體的結構形態與潰決特征，以供今后處置分析類似堰塞湖參考。

1 堰塞湖形成發展經過

1.1 “10·10”第一次堰塞湖

失穩岸坡位于東經98°42'17.98”，北緯319456.41"。2018年10月10日22：06，金沙江右岸白格岸坡失穩，入江巖土堵塞金沙江干流河道，形成堰塞湖。巖土沖擊河床，引發相當于2.4級地震的強烈振動。

10月12日17：15，湖水自然漫頂溢流，13日00：45，堰塞體上游來水量與潰口出流量達到平衡，上游水位達到最高值2932.69m，庫容約2.9億m3。13日06：00左右，潰口流量達到峰值10000m3/s;14：00，潰口流量衰減至上游來水量1700m3/s。

1.2 “11·3”第二次堰塞湖

2018年11月3日17：21，白格岸坡原滑坡點發生第二次滑坡，入江巖土堵塞“10·10”堰塞體過流后形成的新河道，金沙江再次斷流。

第二次堰塞湖形成時，堰塞體上游水位2892.84m，來水量約700m3/s。11月6日15：00，壩前水位累計.上漲33.88m，蓄水量約2.12億m3。11月8日，搶險簡易道路打通，堰塞體引流槽開始施工;11日，上午11：00，引流槽平均開挖深度約11.5m，最大開挖深15m，底寬3m，搶險施工人員開始撤離。12日04：45，湖水漲至泄流槽進口底坎，10：50引流槽全線過流。13日13：40，波羅站水位2957.65m達到最高值，壩前水位達到最高2956.40m，累計漲幅64.04m，水位超過泄流底坎（高程2952.52m）3.88m，蓄水量5.78億m3。人工干預措施減少了堰塞湖庫容約2.00億m3。13日18：00，堰塞體潰口流量達到峰值31000m3/s。14日上午，潰口下泄流量與上游來水量持平，水流基本恢復常態。

2 堰塞體結構與形態

2.1 “10·10”堰塞體

2.1.1 滑坡基本特征

白格岸坡位于金沙江右岸，江水面高程約為2880m。金沙江在白格上游流向約為194°，在白格轉為153°方向，見圖1。

白格邊坡高程3400m以下較陡，為34°～50°，平均約39°;高程3400m以，上至后緣為25°～38°，平均約31°?；潞缶壨鈧葹榫徠碌匦?，坡度5°～12°。邊坡基巖為元古界雄松群片麻巖組（Ptxna），巖性為淺灰、深灰色黑云斜長片麻巖、角閃片巖、灰綠色蛇紋巖，夾白云石英片巖，片理產狀變化較大，滑坡上下游總體陡傾SWW，傾角40°左右。

區內構造強烈，坡體所在區域構造主要發育NNW向斷裂（圖2），受波羅-木協斷裂及里塘-仁達斷裂影響，巖體破碎，完整性差，其中，傾向NE及傾向SE的中傾角結構面最為發育。區內地震多發，昌都境內在2013年曾發生6.1級地震?；缕矫嫘螒B呈長舌狀（圖3），主滑方向約85°滑坡后緣高程約3680m，前緣高程約2900m，高差達780m?；驴v向長約1300m，高程3400m以下橫向寬約690～720m，高程3400m以，上橫向寬約470～560m，平面面積約76.7萬m2?；w厚度在中上部較厚（圖4），約25～45m，中部偏下的高程3160m一帶最厚達55m，滑體厚度在下部稍薄，約15～35m。在順河方向上，中部最厚，下游側其次，上游側較薄?；缕骄穸燃s31m，總方量2380萬m3。

2.1.2 岸坡失穩原因

白格岸坡失穩原因是多方面的：①滑坡所在岸坡為凹型河谷段，金沙江對滑坡所在的右岸形成強烈的沖刷掏腳作用;②滑坡所在岸坡高陡，受坡腳掏刷而長期處于應力釋放調整階段，從多期衛星影像上可看到斜坡長期存在崩塌現象，表明白格斜坡長期處于卸荷-蠕滑-表部崩塌變形中;③組成斜坡的巖石為強度低、抗風化能力弱的斜長角閃片巖及蛇紋巖，一組傾上游偏坡外和一組傾下游偏坡外的構造結構面發育;④區域構造復雜，地震多發，巖石破碎。長期的風化作用和蠕動變形，最終導致斜坡上部發生崩塌滑坡。據白玉縣絨蓋鄉降雨觀測資料，滑坡前8月1日至10月10日累計降雨214.7mm，除了9月上旬單日降水達到23mm外，滑坡前一個月的單日降水量均未超過10mm，因此降水不是直接誘發因素。在成因機制上，白格岸坡失穩屬于風化破碎巖體遷就長大結構面、以整體形成快速滑動入江的高速滑坡，失穩巖土底界面主要受結構面控制（圖4）。

2.1.3 堰塞體幾何形態

白格堰塞體總體積約2795萬m3。堰塞體地形起伏較大，總體左側高，右側低（圖5）。堰體頂寬約270～320m。順河長約1330m，分為4個區：上游主堆積1區地面高程2998～3005m，順河向長約410m;中部堆積2區，地面高程約2973～2977m，順河長約220m;中部堆積3區，地面高程2977m，順河長約250m，地面分布厚約1m的塊石;下游堆積4區，地面高程2948～2951m，順河長約450m。堰塞體上游面中上部較陡，中部見緩平臺，緩平臺以下坡度較緩，平均坡度約38°

堰塞體右側埡口一帶為右岸后續失穩巖土堆積而成，地面最大高程2960～2980m，寬約280m，長約450m。地面不規整，總體中部高，上下游兩側低，上游坡平均坡度約36°，下游坡度約20°。中部埡口寬約80m，高程2932m。

失穩巖土撞擊河床后，鏟刮河床砂礫石，在I區左側下游方向形成砂礫石堆積。在II、II區左側凹槽及下游見到泥流堆積。

高速入江巖土撞擊河床后，在左岸形成長度約1500m、面積約37.6萬m2、最大高程約3065m的浪蝕區，浪蝕區普遍覆蓋一層厚度2～10cm灰色或灰黑色砂礫石。

2.1.4 堰塞體堆積特征

堰塞體物質分布及形態明顯受失穩巖土運動特征的控制。①巖土失穩呈現分期和不同方向特征，其中IV區可能最早形成，源自右岸上游側，受傾下游偏坡外結構面控制，向坡外偏下游滑動，堆積在堰塞體最下游主河槽部位，巖體解體較充分，以斜長角閃片巖為主;隨后形成I區，物質源自右岸下游側，受NW向長大結構面控制，向NE向滑動，越過右岸凹槽上游的鏟刮區，堆積在堰塞體最上游，以斜長角閃片巖、花崗片麻巖、蛇紋巖為主，巖性分區明顯;然后形成1I、川區，物質源自右岸邊坡后緣，堆積在I、IV區之間的主河槽部位，地表分布厚度2～3m的原邊坡殘坡積物，下部以斜長角閃片巖為主，少量花崗片麻巖;最后右岸邊坡局部失穩堆積在堰塞體右側凹槽部位。②及運動特征共同控制了堆積體的空間分布格局，失穩巖土包括坡表面殘坡積及其下伏的風化巖石，其中黑色斜長角閃片巖占68%、肉紅色花崗片麻巖占15%、灰綠色蛇紋巖占12%，其他巖性占5%。主體源自3100m高程以上，高速滑坡過程中，在振動分選作用下，粗粒物質向表面運動，從而在堆積體表面形成直徑20～50cm、最大達3～5m塊石富集現象（見圖6），塊石含量在上游端及下游中3區地表最為集中。③由于高位巖土失穩產生的強大勢能，在慣性作用下，入江巖土大量堆積于河道左側及主河槽，使堆積體右側形成天然凹槽。④堰塞體物質結構及地貌形態顯示右岸邊坡失穩以整體滑動形式為主，運動過程中沒有出現碎屑流轉化現象。

根據堰塞體堆積過程和物質組成的不同，平面上分為5個區，見圖7。

I區：為右岸失穩巖土在河床的主堆積區，由花崗片麻巖、蛇紋巖、黑色斜長角閃片巖組成，物質分區明顯，位于河谷左側及主河槽位置，呈NEE向展布，堆積地面高程2998～3005m。橫河向寬約320m，順河向長約410m，厚約35～130m，方量約1200萬m3。由碎石土組成，黏粒含量3%左右，砂粒含量31%左右，礫石含量44%左右，碎石含量約18%，塊石含量約4%，最大可達3～5m。上游面堆積大量花崗片麻巖塊石。左側靠下游側，地表分布長約50m、寬約20m的河床砂礫石。

I區：位于I區下游，地面高程2973～2977m，較I區低20～25m。地表分布一層厚約2～3m的灰黃色原邊坡殘坡積碎石土，下部為片理面較陡的黑色斜長角閃片巖，最大厚度約100m，體積約500萬m3。

I區：位于堰塞體II區的下游，地面高程2977m，地表分布厚度2～3m的灰黃色塊石土，下部為灰綠色蛇紋巖和黑色斜長角閃片巖，夾淺灰黃色云母石英片巖。最大厚度約100m，體積約450萬m3。

IV區：位于I區下游，地形相對平坦，間夾數個隆起3～5m的碎塊石土包，地面高程一般2948m左右，堆積厚度30～70m，巖性以黑色斜長角閃片巖為主，夾有蛇紋巖、石英片巖、大理巖，體積約500萬m3。IV區與上游II區之間分布大片“泥流”，超覆于IV區邊，界一帶，泥流成分為灰黃色含泥砂礫石，顯示IV區形成在先，II區堆積過程中擠壓河床物質覆蓋于先前形成的堆積體上。

V區：位于堰塞體右側，為右岸后續失穩堆積而成，灰褐色為主。地形較低，埡口高程約2932m。橫河向寬約280m，順河向長約450m，厚約25～50m，體積約145萬m'，該區堆積的顆粒物質較I區稍細，土石比約為8：2。

2.1.5 堰塞湖漫頂潰決后殘留體形態

10月13日堰塞體潰決后形成新的流道，新流道位于堰塞體右側凹槽部位，緊貼右岸坡腳，寬約80～120m（見圖8）。

流道右側壁高40～55m，坡度60°～70°;左側壁高50～80m，坡度50°～60°。左岸殘留體寬約300m，體積約1800萬m3.

2.2 “11·3”堰塞體

2.2.1“11·3”堰塞體基本特征

白格斜坡在10月10日發生第一次垮塌后，后緣卸荷拉張，出現新的不穩定體。10月13日，變形體寬20～30m，裂縫斷續延伸長約300m，張開寬50cm左右，下錯1.2m，見圖9。

11月3日17：21，變形體發生崩塌，方量約160萬m3，崩塌運動過程中沿途裹挾約140萬m3的坡面殘留碎屑和風化巖石高速下滑，堵塞“10·10”堰塞湖潰決形成的新流道，造成二次堵江?！?1·3”堆積物平面上呈舌狀（圖10），橫河向最大寬度約300m，頂部順河向長約195m，底部順河向長度近300m，主體位于之前形成的流道中，局部覆蓋于原II區。本次堆積形成的堰塞體，地面仍比左側“10·10”堆積體低，埡口高程約2966.5m，較“10·10”堆積體埡口高程2932m高34m?！?1·3"堆積物顏色斑雜，主要為灰綠、灰黃色雜灰白色，顆?？傮w較細，與第一次堆積物接近，土石比例約7：3（見圖11）。

2.2.2 泄流槽開挖

針對堰塞體高度、潰決方式及，上游水位上漲速度，長江防總于11月4日下午制訂了人工干預方案。設計的引流槽布置于“11·3”堆積體內部偏左側，平面位置較“10·10”流道稍偏左。泄流槽于11月8日開始施工，11日11：00結束，開挖長度220m，最大頂寬42m，底寬3m，平均深度11.5m，最大開挖深度近15m，兩側坡比1：1.3，完成開挖量約26000m2，翻渣工程量約59000m'，累計完成土石方85000m3。根據水位-庫容曲線，開挖引流槽可減少庫容約2.0億3，降低潰口峰值流量18000m3/s。圖11為堰塞體顆粒組成。

2.2.3 “11·3”堰塞湖潰決后殘留體

11月13日堰塞湖潰決后，在引流槽基礎上形成了新的河道。新河道頂寬200～230m，水面寬100～130m，兩側坡比1：0.5～1：1。2018年11月13日20：00，堰塞體上游水位2905m;12月30日，堰塞體上游水位2900.3m。殘留體橫河向寬250～280m，順河向長約1400km，頂面最大高程約3000m，殘留體積約1650萬m3。

3 白格堰塞體過流潰決特征

3.1 “10·10”堰塞體漫頂過流潰決

2018年10月12日17：15堰塞體右側凹槽自然漫頂過流，當時，上游來水量約1700m3/s，18：40流量20～30m3/s。晚上20：00左右，流量明顯增大，現場人員在左岸山坡上根據水流聲音估計流量80～100m3/s。

13日0：45，上游水位達到最大值2932.69m，庫容2.9億m3;02：45，上游水位下降0.88m。

13日06：00，潰口達峰值流量10000m3/s（見圖12），06：30，上游水位累計下降8.51m;08：00水位累計下降12.26m，09：00水位累計下降20m，14：00水位累計下降28.49m，上游來水量與潰口下泄流量持平。

3.2 “11·3”白格堰塞體潰流過程

堰塞體引流槽進口底坎于11月12日04：45開始進水，10：50分引流槽全線過流（圖13），流量約1～3m3/s。此后，隨著過流量增大，流速緩慢加快，12日白天流速基本在1～1.5m/s之間，沖刷物質以粉細砂顆粒為主，15：50側壁出現坍塌（圖14）。推測12日晚間流速為1.5～2.4m/s，砂礫受到沖刷。至13日10：00，流速逐步增加至3.0m/s左右，碎石開始受到沖刷。13：45，上游水位達到最高值2956.4m，庫容5.78億m3。14：30，流速增至5.5～6.5m/s，塊石受到沖刷。18：00，潰口流量達到峰值31000m3/s，最大流速10m/s左右。20：00，潰口流量退至7700m'/s。14日08：00，潰口流量與基流持平?！?1·3"堰塞體潰流發展過程見表1。

從堰塞湖湖水開始進入引流槽進口底坎，至潰口達到峰值流量后消退至基流，可以分為5個階段。

（1） 過流孕育階段。12日04：45～10：50，用時6h5min。

（2） 引流槽均勻沖刷階段。12日10：50至13日10：00，用時23h10min，水流速度逐步增加至3m/s左右;流量從0逐步增加到約100m3/s;水流沖刷能力從起始的粉細砂、中粗砂，發展到砂礫石;引流槽側向及底面總體呈均勻沖刷態勢，流道擴展緩慢。至本階段末，槽寬約15m、水深約3m。根據流速、總體沖刷量及潰決流量過程，推算該階段槽內水流比重1.0～1.1。

13日07：50，泄流槽前半段過水斷面寬9～12m，平均寬約10.5m，水深約2.8～3.5m，水流平均速度約2.48m3/s，流量約63m3/s;泄流渠后半段側璧坍塌較嚴重，泄流渠平面上呈寬窄不一的辮狀，底寬達18～25m。

（3） 溯源侵蝕階段。從13日10：00到14：30，用時4h30min，水流速度逐步增加到5.5m/s，流量從100m3/s快速增加到1000m3/s。流道下游形成5m左右的跌坎，并快速向上游推進（見圖15），且跌坎落差不斷增大，至龍口附近目測達8～10m。跌坎下游，水流呈復雜的湍流形式，沖刷能力已經能夠搬運塊石土，側壁一次塌方數百方，巖土幾乎被瞬間帶走（見圖16）;跌坎上游，水流速度相對較小，估測3～5m/s，流態較穩定。至本階段末，槽寬平均30m，水深約7m，推算本階段槽內水流比重1.1～1.2（圖17）。該階段是堰塞體潰流發展的關鍵時期，是流道拓寬、下切的重要形成期。13日13：45，潰口過流量達到上游來水量，庫水位達最高值2956.40m，庫容5.78億m3，庫水累計漲幅64.04m。

13日14：20，溯源侵蝕接近引流槽進口。過水斷面寬25.3m，平均水深6.4m，平均流速5.22m/s，流量718m'/s，之前位于進口左側的一塊直徑3～4m巨石也被水流裹挾而下（圖18左）。同時，引流槽尾部彎曲的流道也逐步被裁彎取直（圖18右），沖刷發展迅速。

（4） 潰決發展階段。13日14：30～18：00，用時3.5h。13日14：30，溯源侵蝕到達口門，流量大于1000m3/s，并急速增長，堰塞體進入潰決階段。15：00，龍口寬92m，水深10m，流速6.5m/s，流量5980m3/s;15：40，龍口寬約135m（見圖19），水深15m，流速7.0m/s，流量14170m3/s;16：30，龍口寬約180m，水深約16m，流速8.0m/s，流量23000m3/s，流道快速拓寬（圖20）;18：00，潰口流量約31000m'/s，達到峰值。圖20為相關流量過程。

（5） 潰后消退階段。洪峰過后，水位及流量快速回落，2h后退至7700m3/s，上游水位累計降幅39m;14日07：40退至基流（見圖20），上游水位降至2905.55m，流量約700m3/s。堰塞體過流后形成新河道（見圖21），平面，上呈向右岸凸出的弧形，開口寬180～240m，水面寬130～160m，坡高20～75m。12月31日，上游水位2900.31m。

3.3 白格堰塞湖兩次潰決特征值比較分析

白格堰塞湖兩次潰決特征值見表2，為了進行分析對比，還增加了加拉、易貢和唐家山相關數據

（1） 與加拉堰塞湖兩次潰決特征值比較。堰塞體物質相同，“10·17”堰塞湖的水頭、來水量、庫容更大，潰決峰值流量也大?！?0·29"堰塞湖潰流段長度小，潰決過程持續時間也短。本文潰決時長是指堰塞體開始過流至達到峰值流量的用時。

（2） 白格堰塞湖兩次潰決特征值比較。堰塞體物質基本相同，“11·3”堰塞湖的水頭、庫容更大，潰決峰值流量也大?！?0·10"堰塞湖來水量大，潰決時長短。

（3）“10.29”加拉堰塞湖與“10·10”白格堰塞湖比較。兩個堰塞湖的上游來水量相同，加拉堰塞湖庫容和水頭更大，潰決峰值流量也大。即使加拉堰塞湖潰決段比白格堰塞湖長，但由于其結構更松散，抗沖性差，潰決時長更短。

（4） “10·17”加拉堰塞湖與“11·3”白格堰塞湖比較。加拉堰塞湖的堰塞體長度、高度、來水量較白格堰塞湖大，庫容小0.9億m3，潰決段長度更大，但加拉堰塞體抗沖性更差，兩者的潰決峰值流量接近，加拉堰塞湖潰決時長則小很多。

（5） 6次潰決峰值流量及潰決過程持續時間橫向比較。6次潰決峰值流量排序與庫容關系最密切，其次為來水量。潰決時長與來水量、堰塞體抗沖性關系最密切，其次為堰塞體長度。

（6） “10·10”白格堰塞湖與唐家山堰塞湖比較。兩者庫容相近，唐家山堰塞湖水頭更大，但來水量小、堰塞體粗顆粒比例更大，導致白格堰塞湖潰決峰值流量明顯大于唐家山，而潰決時長則比唐家山短很多。

上述比較顯示，庫容、來水量、堰塞體抗沖刷性能是影響潰決峰值流量最重要的因素，堰塞體抗沖性能、來水量、堰塞體長度則是影響潰決時長的最重要因素。

4 結論與討論

（1） “10·10”白格堰塞體主要堆積于河道左側及下游，河道右側形成天然埡口，在43h后自然漫頂潰流，并形成寬80～120m的新河道。堰塞體物質總體由細顆粒組成，上游面及下游側粗顆粒增加，總體抗沖性較差。

（2） “11·3”岸坡入江體積僅300萬m3，但全部堆積在“10·10”堰塞湖潰決后形成的新流道內，兩次堰塞體堆積后的埡口地面更高，危害更大。

（3） 堰塞湖潰決會經歷均勻沖刷、溯源沖刷、潰決發展等不同階段，各階段時長受來水量、庫容、堰塞體物質組成（顆粒大?。?、潰決段長度、引流槽形態等因素影響。

（4） 潰決峰值流量主要受庫容、來水量、堰塞體抗沖性控制，潰決時長主要受來水量、堰塞體抗沖性、潰決段長度控制。

（5） 除了水文條件及庫容因素，堰塞體物質組成、顆粒大小、密實度等直接影響潰口沖刷擴展進程，也影響潰流計算預測的準確性。堰塞體過流后，流道沖刷發展過程十分復雜，沖刷機理、流道擴展階段性、高含砂水流對沖刷能力的影響、如何使引流槽更好地適應流道早期快速擴展等，需要通過現場原型觀測和室內物理模型試驗來揭示其規律性。

（6） 除了白格“11·3”堰塞湖開展了較為詳細的流道沖刷發展進程觀測研究外，流道沖刷發展的階段性及水力學特征數據、潰決時間等數據需要在今后的堰塞湖研究中不斷加以積累，以探索其規律性。

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引用本文：蔡耀軍，欒約生，楊啟貴，徐復興，張勝軍，石裕，易杜靚子.金沙江白格堰塞體結構形態與潰決特征研究[J].人民長江，2019，50（3）：15-22.

Study on structural morphology and dam-break characteristics

of Baige barrier dam on Jinsha River

CAI Yaojun，LUAN Yuesheng，YANG Qigui，XU Fuxing，ZHANG Shengjun，SHI Yu，YI Duliangzi

（1. Changiang Instiute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China;2. Changjiang Survey Institute ofMWR，Wuhan 430011，China;3. Engineering Center for Mountain Torrent Geological Disaster of MWR，Wuhan 430010，China）

Abstract：2 barrier lakes formed on the Jinsha River in Tibet due to twice landslides of bank slope at Baige village in Oct. andNov. of 2018. Firstly we analyze the landslide cause and the formation process of the barrier lake，then we study some characteristic values of the barrier lake such as structure，morphology，development of dam breaking and dam breaking stages，and these characteristic values were compared with the ones of previous dams. The investigation shows that the barrier body is mainly com-posed of fine particles，and proportion of coarse particles is larger on the surface and downstream of the barrier body. The poor erosion-resistant，storage volume，incoming flow and material composition are the main factors influencing the peak flow，and the incoming flow，erosion resistant of dam material and path length of the break section are the key factors for dam breaking duration.

Key words：structural morphology;collapse of bank slope;dam break;barrier body;Baige barrier lake