《中国水利报》：王兆印：严防震后次生水灾害

时间：2021-01-10 08:09:17　来源：柠檬阅读网本文已影响人

汶川附近形成的堰塞湖

嘉宾：王兆印，清华大学水利系教授、国际泥沙研究培训中心顾问委员会主席，国际水利工程学会理事，世界泥沙研究学会秘书长，主要从事泥沙运动规律和江河治理方面的科研工作。

记者：谢群

堰塞湖带来的课题

地震发生后要严防山体崩塌、滑坡、堰塞湖溃决和泥石流等次生灾害

记者：5月12日，四川汶川发生的大地震造成了极大的破坏，引起了社会各界的广泛关注。当前，人们都很关注地震可能引发的次生灾害。一般地震之后还容易引发哪些次生灾害？这些次生灾害会造成哪些破坏？

王兆印：地震可以直接造成水库大坝和水电站损毁，甚至可能造成溃坝，也会对引水工程和防洪大堤造成破坏。这次汶川大地震造成许多水电站监测设施、大坝以及泄洪设施等关键部位损毁，给水库安全运行及下游群众带来巨大隐患。

地震造成的次生灾害包括崩塌、滑坡、堰塞湖溃决和泥石流。崩塌是陡峭山坡上破碎石块和坡积物在振动降雨等外力触发下沿山坡散落的现象；
滑坡是岩石和坡积物整体在外力或降雨作用下沿着一个或者数个滑动面从山上滑下的现象；
泥石流是固体碎屑在水流激发下进入水流沿着沟谷或河流的流动现象。

山体滑坡直接破坏建筑物，掩埋村庄，阻断交通，堵塞引水设施。在深切河谷里山体大滑坡体会堵江形成堰塞湖。根据新闻报道，这次地震已经造成了涪江、嘉陵江、石亭江、清水江、红河、沙金河、茶坪河、绵远河、湔江等多处堰塞湖。这些堰塞湖库容从10万方到上亿方不等。目前大多数堰塞湖已经自然发育或人工形成泄水口，只要坝体稳定下来，不会造成洪水灾害。也有的堰塞湖还在蓄积江水，有溃坝风险，例如绵远河绵竹和涪江北川的堰塞湖拦蓄江水，使得下游流量减小60%～70%。一般来讲，堰塞湖形成后，如果没有自然形成泄水口，需要在滑坡形成的自然坝上开一个人工渠道做泄水口，使得堰塞湖水位比堰顶低三分之一，最大泄水量能保证洪水时不漫顶，这样才能保证安全。当然，不同的堰塞湖坝体密实度不同，宽度不同，有的坝体几十米宽，有的几百米宽。溃坝的风险差别很大，还需要加强监测。

在堰塞湖形成稳定的泄水口之前，下游要做防备堰塞湖溃决的防御准备，必要时疏散下游洪水水位以下的人口。等到坝体和泄流口稳定下来，可以形成堰塞湖景观和多样性的生物栖息地。实际上，九寨沟的美丽景观就是滑坡和泥石流堵河形成堰塞湖，坝体逐渐稳定下来，河水漫溢形成瀑布，再经长期发育植被而成。

历史上的经验教训值得借鉴。1933年地震引发的大滑坡堵塞了岷江，在汶川上游大约100公里的河段形成大小两个堰塞湖。江水在堰塞湖里蓄积，水满后把滑坡形成的自然坝冲决，堰塞湖里大部分水体溢出形成溃坝波，造成了超过百年一遇的大洪水，对下游造成了巨大灾难。现在残留的自然坝还有相当大的库容，在岷江上遗留下叠溪上海和下海两个湖泊，合称叠溪海子。叠溪上海长约4公里，深达80米，成为当地的旅游资源和渔业基础。

大地震也会造成山崩。1999年台湾921大地震九份二山发生山崩，整个山体变成了一个由大小一米到数米的巨石组成的堆积体。由于这次大地震将山体岩石破碎，岸坡陡峭的河段在余震或降雨时会发生崩塌。地震和滑坡将大量坡积物和碎石带进江河和山溪沟谷，发生洪水时容易形成高含沙水流和泥石流。这对于下游的水利工程也会造成威胁。泥石流主要发生在具有大量细碎堆积物且坡度较大的支沟里，例如甘肃文县、武都一带泥石流沟。在岷江和涪江这样的大河里，河床坡度小，有大量石块，黏土和沙砾少，可能发生高含沙水流，但不会发生泥石流。

记者：对于地震可能产生的这一系列次生灾害，你认为水利部门应该采取哪些有力措施积极应对？

王兆印：当前的工作是保证安全。首先是对出险水库大坝的修复，对于库容较大的水库尤其重要，例如紫坪铺水库。大地震后常常气候异常，可能发生大洪水。这对于在地震中损伤的大坝是一个严峻考验。修复之前一般不作防洪运用。如果水库的防洪功能不能发挥，防洪大堤的任务会异常加重。这次地震也已经造成了河道堤防工程多处损毁，需要尽快修复和加强。下游河段的堤防工程要按照没有上游水库防洪作用，只靠大堤来防大洪水的要求来加强堤防。

刚才说过，要在每一个堰塞湖的自然坝上开一个泄水口，以避免堰塞湖溃决形成洪水，另外要使得最大泄水量能在洪水时不漫顶，这样可以保证不溃坝。应该指出，地震形成的堰塞湖都是发生在河床深切的河谷里，城镇多建在较高的阶地上，虽然堰塞湖会导致上游洪水水位显著抬高，但一般不会威胁城镇。如果堰塞湖上游较低高程有村庄，可以撤离居民和财产。但是，不要爆炸破除自然坝，即使是小型坝体。这是因为滑坡造成的堰塞湖是河床连续下切河岸失稳的一种自然反馈。自然坝增大阻力降低流速也增加了河流的稳定。其次，地震造成大量石块落到河床上，显著增加了洪水阻力，能够使得“尖瘦”洪峰变得“矮胖”，使得各支流洪峰错开，对于下游的防洪有利。

河床下切是河流不稳定的根本原因，人工阶梯—深潭系统能够控制河流下切，稳定河势，基本控制滑坡，消除或减轻泥石流灾害

人工阶梯—深潭系统成功地控制了河床下切，改善了生态，发育出水生植被。

记者：你刚才提到“因为滑坡造成的堰塞湖是河床连续下切河岸失稳的一种自然反馈”，对于我国特别是西南地区许多正在下切的河流，今后在河流治理时应该如何改善？

王兆印：我最近写了一篇论文，提出河流治理的四个方向，其中之一就是增加阻力降低流速。河流的阻力建设十分重要，阻力的分布决定着河流纵剖面和河床的稳定性。如果河流上游阻力增大，流速降低，尖而高的洪峰变得低平，大大降低下游洪水威胁。2007年嘉陵江洪水陡长陡落，许多大船因为河水陡落而搁浅。如果加大河道阻力，当地洪水不会陡长陡落，下游防洪压力也会减小。洪水到来之前清障减糙降低阻力的做法从河流综合管理的角度看是错误的，即使从防洪角度看也不对，这种做法将洪水威胁由高水位的威胁转化为高流速的威胁。洪水高水位的威胁容易对付，而高流速的威胁更加危险。现在我们有足够的经济和技术实力加高大堤，以控制高水位，但是高流速可以对河床和河岸的任意一点造成冲刷破坏。另外，高水位往往对于维持较高的生物多样性是必不可少的，但是高流速却对河流生态系统造成破坏，所以增加阻力对于生态非常有利。

这次大地震引发大量滑坡使我们更加清醒地认识到，河床下切是河流不稳定的根本原因。我国特别是西南地区有许多正在下切的河流，滑坡的风险正在增加。必须加强这方面的研究。人工阶梯—深潭系统是一种非常有效的方法。阶梯—深潭系统是山区河流发育的一种典型河床地貌形态，其纵向为一段石块构成的陡坡和一段缓坡加上深潭相间连接而成，在河道纵向呈现一系列阶梯状。阶梯—深潭系统增大水流阻力，稳定河床，控制河床下切，促进发育衍生出良好的河边植被，形成美丽的景观。由于天然阶梯—深潭系统的发育需要很长的时间，采用人工阶梯—深潭系统已经成为欧美生态修复的重要方略。

我们在云南吊嘎河进行的两年多人工阶梯—深潭系统野外试验表明，人工阶梯—深潭系统具有很大的阻力，能够非常有效地控制河流下切，稳定河势，基本控制滑坡，消除或减轻泥石流灾害。因为它提供了多样性的栖息地，能支持多样性的生物种群。与建人工阶梯—深潭系统之前相比，无脊椎动物物种数增加了一倍多，脊椎动物从无到有逐渐发育。人工阶梯—深潭系统也塑造了美好的河流景观，原来砂石组成的河道变成绿色河川。震区形成的堰塞湖可以看做一种天然阶梯—深潭，只是没有形成系列，如果在此基础上稍加人工处理，综合考虑发电和生态，可以较快地形成阶梯—深潭系统，起到稳定河势、控制滑坡、改善生态、增加景观的综合效益。我们应该抓住这个时机进行观测和研究。

记者：有人认为是水利工程和人类活动加剧了地震造成的次生灾害，你怎么看？

王兆印：震区所有的城市和村镇都是依山傍河建设，岷江、涪江、嘉陵江、石亭江、沙金河、绵远河等都是下切的河流，具有V形河谷，山高沟深，地震引发大量滑坡和崩塌，大大加重了灾害。相比之下，成都市在平原上，地震造成的灾害小得多。就岷江而言，紫坪铺到映秀是河床下切最深的河段，从茂县往北逐渐减小。到松潘已经不是下切河谷，而是稳定的缓坡U形河谷，因而几乎没有引发次生灾害。相比之下，离震中比松潘远得多的甘肃徽县嘉陵江河床下切比较深，地震引发滑坡堵江形成堰塞湖。

河床的不断下切使两岸坡度更加陡峭，一旦有外力触发就会发生崩塌和滑坡。山区河流的下切也是造成河岸侵蚀、支流沟道侵蚀以及坡面侵蚀的根本原因。对这样的河流治理的主要方向应该是控制下切。可以采取一系列的措施，人工或自然发育抵抗侵蚀下切的河床结构，既能稳定河床，又能保持良好的河流生态。如果河床不再下切甚至抬高，岸坡不再增加，甚至减少，滑坡和土壤侵蚀就失去了动力。

我国西南地区水电蕴藏量丰富，近年来修建了大量水坝开发水电，既有低坝引水式发电站，也有发电防洪水资源开发综合利用的高坝大库。另外有不少工程采集河床卵石和沙用做建筑材料。坝群的建设在一定程度上起到了控制河床下切的作用，一系列的水库降低了流速，拦蓄了泥沙，稳定了河床。如果长期作用能够减轻地震次生灾害（但是引水式发电导致的河水断流对生态的冲击是严重的）。

有人不同意以上观点，认为河床下切是一个以千万年计的漫长过程，深切河谷山顶到河床的高程差达2000～3000米，人类活动产生的一两米河床冲深或淤高对于河岸稳定性起不到多大作用。实际上不然，震区的深切河谷的岸坡都处于一种临界状态，即使较小的河床下切导致的滑坡角度的微小增加也会使得滑坡体失稳，在地震作用下很容易触发崩塌和滑坡。相反，下切河床的抬升会减小滑坡角度，增加稳定性。在下切河流的管理中，应当以增阻降速、控制下切为目标。

确实有的工程加剧了次生灾害。有的水利工程开山采石，破坏了山体结构，地震时加剧了崩塌和滑坡等灾害。从河床上采集卵石和沙加剧了河床下切，因而加剧了地震造成的次生灾害。也有的水利工程建设采集河床上的石块用做材料，使得局部河床阻力降低，也不利于河床和河势稳定。

地震的短期影响与长期作用

地震及其次生灾害短期内对河流生态有一定的破坏，但其影响仍然是次要的

记者：我们关注到卧龙自然保护区就位于此次地震的震中地带，你认为地震有可能给当地的生态环境带来哪些影响，应该如何应对？

王兆印：对于陆生生态和水环境，地震引发的滑坡导致植被破坏和一些陆生生物栖息地损失，需要数年时间才可以自然修复。震区也是珍稀动物大熊猫的栖息地，可能对大熊猫的栖居所和食物箭竹林有一定的破坏，需要调查研究然后采取修复措施。滚入江河的大量有机物和动物尸体会增加生物耗氧量，也会有一些污染物进入河水，使得水质下降。雨水还会把夷为废墟的城镇泄漏的油类、化学物质、工厂可溶性原材料等带入江河，引起江水短期污染。目前应对措施主要是加强监测，对重要污染点源进行控制。

对于河流水生态，我们自2005年以来对震区一些河流做过数次考察和采样分析。这些河流原来水生态较好，无脊椎动物和脊椎动物物种比较丰富。近年来许多水电开发工程为了降低成本，采用引水式发电，即修建低坝把河水通过隧洞管道引到下游几十公里处的发电站以增加发电水头，使得大坝到发电站之间几十公里河道断流，对生态造成严重冲击。由于断流，无脊椎动物物种减少约一半，脊椎动物特别是鱼类剧减。在一些河流里发现沙金，人们把河床卵石和泥沙全部翻起冲洗找金，完全破坏了水生栖息地。在这样的背景条件下，地震及其次生灾害虽然短期内对河流生态有一定的破坏，包括滑坡淤埋栖息地和局部污染，使得一些敏感的物种死亡，但其影响仍然是次要的。

从长期看，堰塞湖和落入江中的石块改变了流速，造成多样性的栖息地，生态将有所改善。我们对这个地区的许多河流做过采样分析，发现流速的多样性、水深的多样性、底质（河床物质）的多样性，都会增加生物多样性。堰塞湖和落入江中的石块提供了多样性的底质，造成不同的水深和流速，如果没有破坏，在一两年内就会显著提高生物多样性，应该加强观测和研究。

来源：中国水利报

河床下切与增阻减速

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