2018年雅鲁藏布江米林县加拉堰塞湖考证*

蔡耀军 杨启贵 栾约生 朱 萌 张亚年 高建华

(①长江规划勘测设计研究有限责任公司， 武汉 430010， 中国)

(②水利部长江勘测技术研究所， 武汉 430011， 中国)

0 引 言

加拉堰塞体物质源自雅鲁藏布江左岸色东浦沟，位于米林县加拉村下游约5.7km。加拉村至色东浦沟之间没有道路连接，加拉村上游至派镇的道路被堰塞湖部分淹没或水毁，导致险情发生后人们无法近距离实地观察，所有信息均依赖于直升机空中观察及上下游水文监测，缺少完整的堰塞湖形成过程及准确的堰塞湖数据。

2019年3月，课题组开展两江堰塞湖综合评估，对加拉堰塞湖进行了系统的实地调查。调查范围上游至堰塞湖库尾达林桥、下游至色东浦沟沟口堰塞体。实测了残留堰塞体地形，选择典型堰塞体物质进行了颗粒组成测试。在加拉桥实测了河道断面，复核了库容曲线，调查了淹没痕迹及水毁现象，分析了堰塞湖区次生地质灾害规模和失稳形式。结合堰塞湖应急抢险期间获得的零散数据开展系统分析，还原了加拉堰塞湖两次堵江及溃决过程。

1 研究区地质背景

1.1 区域地质概况

研究区位于雅鲁藏布大峡谷，区域上属于东喜马拉雅构造带，为印度板块与欧亚板块碰撞的产物(叶唐进等， 2019)。东喜马拉雅构造带由3个地质单元组成：冈底斯单元、雅鲁藏布单元及喜马拉雅单元。区内嘉黎断裂、米林断裂及大渡卡断裂等大型走滑断裂控制着东喜马拉雅构造带的格局。

研究区为典型的高山峡谷地貌，由一系列的高山、峡谷和河流相间组成。该地区的海拔高度约为1303m至7782m，最高峰为堰塞体南东侧17000m处南迦巴瓦峰(海拔7782m)，其次为堰塞体北侧10km处加拉白垒峰(海拔7294m)。

本区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，表部岩体受冻融改造强烈(赵建军等， 2019)。

色东浦沟位于雅鲁藏布江左岸加拉白垒峰南坡(图1)，沟口高程2740m，沟源高程6745m，平均纵坡降237‰，流域面积67km2。高程5000m至沟口之间分布大量的冰碛物，推测厚度20～50m，初步估算体积超过3亿立方米。沟底宽度250～500m。当地年降雨量超过4000mm，山顶常年积雪。冰川前缘分布高程约4000m，冰川面积约24km2。

图1 色东浦沟位置Fig. 1 Location of Sedongpu Gully

加拉堰塞体物质主要源于3500～5000m左右高程的冰碛物，直升机在4000m高程可观察到由冰碛物运动而形成的宽约100m的新沟道，沟壁高约20～40m。冰碛物物质高速冲出沟口时，在沟壁留下了高20～30m的铲刮痕迹，其中左侧约20m，右侧约30m。

据姚檀栋(2018)观察，堰塞体源于色东浦沟源头的冰崩，冰崩体带着冰丘一直推到江边。沟源发育16条冰川，这次冰崩发生在其中最长的一条冰川。从堰塞湖发生前的卫星影像看到，色东浦沟源东侧冰川在5000m高程一带分布规模巨大的多条裂缝，冰川断裂是这次堵江事件的直接诱因。

1.2 前期地震

2017年11月18日米林发生6.9级地震，震中位置：北纬29.75°，东经95.02°，震源深度10km，震中位于色东浦沟东北侧10km，当天还发生4.0～5.0级余震3次。地震引发周边鲁朗镇、派镇、扎西岗村、罗布村近3000户房屋不同程度受损，加拉村和达林村出现塌方。强烈震动引发冰川跃进和断裂促成了2018年10月冰川泥石流活动。

2 堵江事件

2.1 色东浦沟前期堵江事件

2010年开展1︰10000地形测绘时，色东浦沟口分布有形成于1984年以前的残留堰塞体(图2)，其地面最大高程2752m，河道位于残留体左侧，流道进口水位2737～2740m，下游水位2731～2735m。2017年10月以前，流道一直位于河道左侧，尽管2014年曾经因泥石流活动而短暂堵塞河流，但漫顶溃决后新流道仍然从左侧通过。2017年10月下旬发生泥石流堰塞，溃决后流道改为左右两侧通过； 2017年12月下旬发生泥石流后左侧流道被堵塞。堰塞体高程约2750m，右侧河床高程约2735m。

图2 色东浦沟口残留堰塞体形态Fig. 2 Residual barrier body at Sedongpu gully outlet

2.2 加拉堰塞湖第一次形成

10月18日18时32分，正在堰塞湖库尾达林桥观测水位的水文人员发现下游有高达近10m的涌浪向达林桥袭来，桥面混凝土梁随即便被涌浪冲毁(图3)。为了查明涌浪原因，课题组从达林桥开始，向下游沿岸调查了可能引发涌浪的崩塌滑坡泥石流，发现：(1)加拉村上游“之”字形道路高程2780～2802m的混凝土路面和路基全部损毁(图4)，显示遭受波浪强烈冲击。加拉桥右岸辅路混凝土路面被冲向上游1～2m，加拉悬索桥桥面错位约0.5m； (2)堰塞湖沿岸2770～2805m高程范围的树木被连根拔起或拦腰斩断并倒向上游(图5)； (3)沿途仅发现数处最大规模数万方的坍塌，未见到可能引发巨大涌浪的岸坡失稳现象。

图3 达林桥损毁前后形象Fig. 3 Dalin bridge before and after damagea. 被毁前； b. 被淹没中； c. 被毁后现状本文照片均由蔡耀军拍摄

图4 加拉村上游2802m高程被毁道路Fig. 4 Destroyed road 2802m upstream of Jiala Village

图5 堰塞湖区右岸倒向上游的树木Fig. 5 Trees falling upstream

2.3 加拉堰塞湖第2次形成

3 堰塞体物质组成

加拉堰塞湖位于东喜马拉雅构造带，左岸出露元古界念青唐古拉群(Pt2-3N)深灰色斜长角闪片麻岩、二云斜长片麻岩等，右岸出露元古界南迦巴瓦群(Pt2-3Nj)灰白、灰黑色黑云钾长片麻岩、眼球状二长片麻岩等。

2019年3月调查时，残留堰塞体地面高程2760～2820m，处于饱水状态，可见较多不规则的冰块融化后形成的空洞。平面可分为5个区，主要由灰黄色物质(I区)和灰黑色物质(Ⅱ区)组成，见图6。

图6 加拉堰塞体平面分区Fig. 6 Lithology distribution of barrier body

I区为16日、18日冰川泥石流堆积，表面呈浅灰、灰黄色(图7)，颗粒粒径多为2～40cm，次棱角状，夹少量砂，个别块石大于1.5m，现场颗分试验曲线见图7。地表测试样品受水流冲刷影响，颜色偏浅，细粒物质偏少约20%～30%，结合流道侧壁露头观察，I区土石比大致为6︰4，d50大致为30～40mm，颜色以灰-灰黄色为主。

图7 堰塞体I区物质及颗分曲线Fig. 7 Material and grading curve of zone I

Ⅱ区为29日泥石流堆积，呈褐色、灰黑色，由粉质壤土、砂、角砾和碎块石组成，土石比约7︰3，颗分试验曲线见图8。Ⅱ区基本没有受到水流冲刷改造，代表原始物质组成。

Ⅲ区为色东浦沟残留堆积物，覆盖于色东浦沟沟口以上整个泥石流流通段。堆积物呈褐色夹杂灰黑色，由含块石的碎石土组成，其中粉质壤土占30%～35%，砂砾约占30%，碎石占25%～30%，块石占10%～15%，土石比约为7︰3～8︰2。表面受沟内流水冲刷影响，块石含量较高，偶含漂砾(图9)。块石成分以灰黑色斜长角闪片麻岩、二云斜长片麻岩等为主。

图9 色东浦沟内堆积物Fig. 9 Deposit in Sedongpu Gully

从以上现场调查和颗粒分析试验结果可知，3个区的物质组成存在一定差异，但总体上以次棱角状砂砾为主，具有冰碛物的典型特征。堆积体处于饱和状态，地貌形态具有泥石流特征，地面及溃口侧壁存在较多冰块融化后留下的空洞。分析推测在高位冰川断裂崩塌冲击沟底冰碛物时，饱和的冰碛物获得能量后呈泥石流状态高速冲向河道，堵塞河道形成堰塞湖。

加拉堰塞体与相邻的2000年易贡堰塞体在成因和物质组成上存在一定差异。易贡堰塞体由杂木弄沟后缘大规模岩崩触发、沟内堆积物以碎屑流形式高速入江堆积而成，堰塞体物质以沟内堆积物为主，夹杂少量岩崩大块石，堆积区地面起伏大。加拉堰塞体由冰崩触发，沟内饱和堆积物以泥石流形式快速入江，堆积区地面平坦，含水率高，抗冲刷性能差，致使堰塞体漫顶后很快溃决。

4 堰塞体体积及溃决特征

4.1 溃后残留体积

由于抢险期间无法实地测量，当时估计的堰塞体体积差异较大，范围为数百万到2000×104m3。金兴平(2019)估算的体积为(4000～6000)×104m3，较为接近实际。

4.2 第1次堰塞湖堰塞体积

第1次堰塞湖由16日、18日两次泥石流活动形成。第1次泥石流入江堆积奠定了加拉堰塞体的主体。依据18日空中观察的湖水位与堰顶高程相对关系，推测堰塞体顺江长约2km、宽500～850m，堰顶右侧垭口高程2805～2810m，堆积高度约75m。扣除原河道残留堰塞体200×104m3，估算16日入江堆积体积约4800×104m3。

18日下午，色东浦沟发生第2次泥石流，入江方向偏上游，引发强烈涌浪。根据19日堰塞湖溃前最高水位推算，第2次泥石流部分加积在第1次泥石流堆积体上，使堰塞体垭口高程由2805～2810m增加到2823～2824m，当时直升机空中估测垭口高程为2830m。估算第2次入江体积(1500～2000)×104m3，两次入江总体积约6500×104m3。

第1次堰塞湖溃决后，水位下降72m，湖水位稳定在2753m左右。溃口底宽60～70m，顶宽约130m，溃口深度77m，溃深占比接近5/6。残留堰塞体体积约4600×104m3。

4.3 第2次堰塞湖堰塞体积

此次泥石流物源与16、18日泥石流不同，颜色更深，颗粒更细(图10)，推测来自色东浦沟主沟积存的冰碛物。泥石流入江方向偏下游，主要堆积在沟口正前方及下游，第1次堰塞湖溃决形成的溃口被再次堵塞至高程2802m左右，下游堰塞体加长约200m，推算入江体积约1050×104m3。加上之前残留，堰塞体体积5650×104m3。

图10 流道左侧灰黑色堰塞体Fig. 10 Barrier body at left bank of new channel

第2次堰塞湖溃决后，流道进口水位稳定在2765m附近，较2018年泥石流堰塞前雍高约25m，较2018年10月19日堰塞湖第1次溃决后的水位抬升约12m。第2次溃深45m，占比约2/3。流道下游水位2757m，较2018年堰塞湖事件之前水位抬高约25m，显示堰塞湖下游河道出现淤积。2019年3月现场测量的流道高程与2018年溃决刚刚结束时的高程基本相同，即流道没有进一步下切，一方面与流道内残留大量块石、抗冲性强有关，另一方面与左侧残留堰塞体向溃口临空面方向持续蠕变有关，堰塞体地表大量分布的平行河流方向的拉裂缝显示这一变形不可忽视。

4.4 堰塞湖溃决特点

加拉堰塞湖溃决有3个鲜明特点： ①堰塞湖漫顶后至溃决历时很短，第1次堰塞湖自漫顶至入湖与出湖流量达到平衡所用时间(t1)为0.75h，之后到溃口出现洪峰所用时间(t2)为2.25h。第2次堰塞湖t1为1.5h，t2仅2h。与库容规模或溃决洪峰流量相当的堰塞湖相比，其发展速度快3～23倍。与高度相当、长/高比更小的堰塞体相比，其发展速度也快很多(表1)。表1中，H为堰塞体垭口高度(括号内为引流槽开挖后高度)，L/H为堰塞体长/高比值； ②加拉堰塞湖溃深占比较大，第1次达到5/6，第2次达到2/3，而大多堰塞湖溃深占比为1/3～1/2。但溃口宽度较小，第1次底宽60～70m，第2次底宽30～100m，明显小于河流规模或堰塞体规模相似的金沙江白格、西藏易贡、唐家山等的溃口(金兴平， 2019; Li et al.，2021)； ③与同等规模堰塞湖相比，加拉堰塞湖溃口洪峰流量略偏大。

表1 典型堰塞湖溃流发展特征参数(刘宁等， 2016； 蔡耀军等， 2021)Table 1 Breach parameters of typical barrier lakes

图11 溃时(t1，t1+t2)与上游来水量统计关系Fig. 11 Statistic relation between upstream income and breach times

图12 堰塞湖溃决试验模型Fig. 12 Barrier lake breach model

5 堰塞体危险性及人工干预可能性

5.1 堰塞体危险性

加拉堰塞湖形成后，上游主要威胁米林县加拉村、直白村和赤白村，下游主要威胁墨脱县7个乡镇19个行政村，涉及居民房屋、交通、供水设施及电力通讯设施。受影响人口16600人， 10月18日两县组织疏散撤离7100余人。

表2 堰塞体危险性分级与评价指标(杨启贵等， 2021)Table 2 Danger classification and evaluation index of barrier body(Yang et al.，2021)

从堰塞湖风险人口、受影响的城镇、基础设施及生态环境等4个方面衡量(Cai et al.，2020； Wang et al.，2021)，加拉堰塞湖灾损严重性为较严重级别，采用规范查表法得到堰塞湖风险等级为Ⅱ级。同时采用风险矩阵法、加权取整法、模糊数学评估法，分别得到风险等级为Ⅱ级、Ⅱ级、Ⅲ级。综合4种方法评估结果，加拉堰塞湖风险水平取Ⅱ-Ⅲ级较为合适。

5.2 人工干预可行性

对于风险等级达到Ⅱ级的堰塞湖，通常需要采取工程措施进行干预，以降低堰塞湖风险。

加拉堰塞湖发生后，唯一的对外通道-派镇至加拉的村道中断，加拉村至色东浦沟之间5.7km没有道路，大型抢险机械设备无法通过陆路进场。而且由于18日泥石流活动引发强烈涌浪，从上游水路进场也存在很大风险，下游不具备通航条件，因此仅存从空中进场的一种可能。

堰塞体形成时处于饱和状态，强度低。2019年3月，即时隔4个月后开展现场调查时，堰塞体仍然处于松软状态，地面行走不时出现下陷。堰塞体刚形成时处于软塑状态，大型机械无法直接在堰塞体上行驶施工。

堰塞体规模巨大，上游来水量大，水位上涨快，可利用的施工时间仅2d，不具备工程干预的条件。

因此，从客观条件讲，对加拉堰塞体开展工程干预的可能性基本没有。而通过人员转移避险，则可以显著降低潜在灾损。

6 结论与展望

(1)加拉堰塞体是冰川崩塌撞击沟内堆积物、触发泥石流活动而形成。堰塞体含水率高，夹杂冰块，抗冲性能差，漫顶过流后下切迅速，具有溃时短、溃深大的特点。但由于左侧堰塞体向溃口临空方向蠕变，溃口宽度明显变小。

(2)色东浦沟3次活动入江堆积体积分别达到4800×104m3、(1500～2000)×104m3、1050×104m3。前两次活动形成第1次堰塞湖，第3次活动形成第2次堰塞湖。两次堰塞湖最大蓄水量分别达6.0×108m3和3.26×108m3，溃深分别达77m、45m。

(3)加拉堰塞湖风险等级为Ⅱ-Ⅲ级，不具备人工干预的条件，只能依靠非工程措施降低堰塞湖带来的次生灾害损失。