金沙江白格堰塞壩潰決模式與沖刷進程分析

欒約生，石 綱，張 亮，向 航，李金波，晏 龍

（水利部長江勘測技術研究所，湖北 武漢 430010）

1 白格堰塞壩形成經過

2018年10月10日晚22時6分，金沙江右岸白格段發生滑坡，滑坡帶位于東經98°42′17.98″，北緯31°4′56.41″，滑坡物質堵塞金沙江干流河道形成堰塞壩[圖1（a）]，滑坡前后緣高差達780 m,面積約76.7萬m2，總方量約2 380萬m3，堰塞湖庫容約2.90億m3；10月13日，堰塞壩自然潰決，14日上午，堰塞壩上下游水情恢復平穩。

2018年11月3日17時40分，白格滑坡后緣裂縫貫通，發生二次滑坡，方量約240萬m3，堵塞“10·10”堰塞體的過流河道[圖1（b）]，金沙江再次斷流，堰塞湖庫容約5.78億m3；11月12日，堰塞湖經人工開挖的導流槽泄流，14日上午，堰塞壩上下游水流基本恢復常態。

圖1 堰塞體

2 白格堰塞壩物質組成

白格堰塞壩是由高位巖質岸坡下滑堵江形成，母巖為元古界堆松群片麻巖組（Ptxna）,巖性為淺灰、深灰色條痕-條帶狀混合巖、角閃斜長片麻巖，區內構造強烈，受波羅-木協斷裂及里塘-仁達斷裂影響，巖體破碎，完整性差，區內地震多發，昌都境內在2013年曾發生6.1級地震。

根據滑坡壁的現場調查，坡面覆蓋層厚度為5～8 m，強風化帶厚度為12～15m。根據滑源區面積和滑后殘留壁斷面推測，堰塞壩體約有490萬m3來源于覆蓋層堆積物、（900～1200）萬m3來源于強風化帶巖體，兩者共計（1400～1700）萬m3，堰塞壩體有（800～1 100）萬m3來源于弱風化帶巖體?？傮w上，來源于覆蓋層堆積物、強風化、弱風化巖體的比例約為5∶11∶9。受原位巖體風化破碎和高位滑體失穩時的解體破碎等因素影響后，堰塞堆積體中塊石約占10%，碎石約占20%，礫石約占45%，砂粒約占20%，粉黏粒約占5%，堰塞體土石比為8∶2～7∶3，剔除粗粒徑物質后的顆分曲線見圖2。

圖2 白格堰塞體顆分曲線

3 白格堰塞壩潰壩模式分析

堰塞湖的潰壩模式與堰塞湖規模、堰塞體形態、物質組成及密實程度等因素密切相關，一般分為三種方式：①壩頂漫溢導致沖刷潰決，當壩體透水性弱且上游來水量很大時，湖面水位上升速率大于滲流速度，庫水逐漸上漲而漫過壩頂，導致壩體沖刷潰決；②壩坡滑動導致潰決，在庫水上升過程中，壩體內產生滑裂面，導致壩坡局部滑動并逐漸發展，導致壩體潰決；③滲透破壞導致潰決：當壩前水位上升到一定高度后，因壩體滲透而存在滲透破壞，導致壩體不斷坍塌或引發壩體滑坡，最終潰決。

金沙江“10·10”白格堰塞壩橫向寬600～700 m，縱向最長處為左岸壩體，長約2 100 m，堰塞體中部偏右岸處存在埡口，較左右岸壩體低30～50 m。白格堰塞體典型形態見圖3。

圖3 白格堰塞體壩體橫縱斷面圖（上圖為橫河向，下圖為順河向）

金沙江白格堰塞壩體物質來源為覆蓋層碎石土、強弱風化巖體，碎石土中的黏粉粒物質為易沖刷物質，碎石土和強弱風化巖體中的砂礫為較易沖刷物質，礫石為稍難沖刷物質，碎石為較難沖刷物質，塊石為難沖刷物質；易沖刷、較易沖刷、稍難沖刷、較難沖刷和難沖刷的物質比約為1∶4∶9∶4∶2，而根據已發生的類似堰塞湖的經驗，崩塌滑坡經高位下滑后的堆積體壓實度一般為0.7～0.8。

總體上，白格堰塞壩壩體以碎礫石為主，級配曲線連續性較好，與一般的泥石流、土質滑坡在物質組成上明顯不同，壓實性較好，具有一定的隔水性質，不會發生流土形式的破壞，級配連續且壓實性好也難于發生管涌形式的滲透破壞，現場觀察也表明，隨著壩前水位上升，壩后坡未出現渾濁出水點，壩體沒有出現管涌破壞。壩體縱橫向寬度大，壩體上游坡比為1∶1.6～1∶2.1，壩頂順河向長約150 m，壩體下游坡比為1∶2.0～1∶2.8，壩體整體處于穩定狀態，不會發生因壩坡滑動而引發潰決的破壞模式。壩體破壞形式為湖水位逐漸升高后的漫頂潰決模式，而壩體組成以稍難沖刷物質為主，夾有塊石，塊徑大的可達1.5 m×2.0 m×3.0 m，對潰決速度起到延緩作用，壩體形態也較寬厚，所以白格堰塞體不會發生壩體整體全潰或半潰，而堰塞體庫容大，金沙江的來水量也較大，能提供持續的水流水力沖刷，所以白格堰塞壩的潰決模式應該是隨著沖刷進程不斷發展的一個逐漸潰決過程。

4 白格堰塞壩沖刷形式分析與沖刷進程

根據堰塞壩級配組成，按照國內外通用的散體顆粒起動流速公式計算的白格堰塞體起動流速見表1、表2。

表1 堰體碎石土抗沖能力分析

表2 堰體塊石抗沖能力分析

由表中計算結果及經驗推斷，當流速達到1 m/s時，碎石土中細顆粒物質最先起動沖刷，當流速達到3m/s時，碎石土中粗顆粒物質也將開始起動沖刷，當流速達到6 m/s，塊石將開始起動沖刷，這一結果與后來的引流槽沖刷觀測結果基本相符。

“11·3”白格堰塞體潰壩的典型照片見圖4，圖中（a）～（d）為潰壩孕育階段，圖中（e）為溯源侵蝕為主的潰壩發展階段，圖中（f）為潰口迅猛發展的潰壩階段。

圖4 “11.3”白格堰塞體沖刷-潰壩典型照片

5 結論與探討

1）白格堰塞體物源以強弱風化巖體為主，受巖體風化和滑體失穩時的解體破碎等因素影響，堰塞體以含碎塊石的礫石為主，土石比為8∶2～7∶3。

2）白格堰塞壩體形態較寬厚，縱橫向寬度大，壩坡坡比較緩，整體為穩定狀態。壩體物質為碎石土夾塊石，不會發生流土形式破壞，壓實較好，具有一定的隔水性質，也不會發生滲透管涌破壞。壩體形態、物質組成和壓實程度等因素決定了壩體不會發生整體潰決或半潰的突然潰決，最可能的潰決方式是庫水漫頂引發的沖刷潰決。

3）采用沙莫夫、唐存本、張瑞謹等公式計算表明，碎石土中細顆粒物質、粗顆粒物質及塊石的起動沖刷流速分別為1 m/s、3 m/s、6 m/s，對分析堰塞體沖刷有重要的參考價值，但因計算公式中未考慮水流攜砂對沖刷的影響，這將導致沖刷啟動速度計算數值偏大，也就是實際的沖刷起動速度將會更小。

4）受白格堰塞體物質組成和壩體形態等因素影響，壩體潰決過程中以沖刷為主的潰壩孕育階段、以溯源侵蝕為主伴隨側切的潰壩發展階段、潰口寬度迅猛發展的潰壩階段分段明顯。