德阳堰塞湖群水文抢险监测（谭良 胡家军 韩超）
发布时间:2016年12月02日 来源:
摘要：2008年5月12日，震惊世界的汶川大地震发生后，在德阳地区形成了10个堰塞湖，其中石亭江6个，绵远河4个；突击队队员利用GPS、GIS、免棱镜全站仪、激光测距仪和小流速仪等先进技术测得和计算出各堰塞湖的库容、堰体体积、入出库流量、口门宽等，监测的数据准确，且高效处理传输为抗震救灾工作赢得了宝贵时间，为水利部抗震救灾德阳工作组处理各堰塞湖提供了及时可靠的决策依据。
关键词：水文特性；流量；库容；堰体体积；堰塞湖；汶川大地震
中国分类号：P315.9 文献标识码：A
1 概述
2008年5月12日14：28，发生了震惊世界的汶川大地震，在德阳地区形成了10个堰塞湖，由于没有专业的水文监测队伍，县、市、省各有关监测单位的监测结果相差很大，给水利部抗震救灾德阳工作组的决策带来麻烦。为此，水利部抗震救灾前方领导小组于15日成立水文组，水文组又迅速组建10支突击队，在德阳安排了两支突击队。这两支突击队于18日到成都，20日一到德阳就开展工作，直接在水利部抗震救灾德阳工作组和水文组领导下开展工作。在德阳市水利局、什邡水利局和绵竹水利局的大力支持下，突击队队员冒着余震、落石、被水感染的危险，利用GPS、GIS、免棱镜全站仪、激光测距仪和小流速仪等先进仪器测得并计算出各堰塞湖的库容、堰体体积、入出库流量、口门宽等，为水利部抗震救灾德阳工作组处理各堰塞湖提供了及时可靠的决策依据。
2 堰塞湖群的灾害影响
2.1 堰塞湖分布
汶川大地震在石亭江和绵远河上分别形成了6个和4个堰塞湖，这10个堰塞湖就在汶川、北川和青川一线龙门山断裂带上。石亭江从下到上为红松、燕子崖、马槽滩下、马槽滩中、马槽滩上和木瓜坪村堰塞湖，绵远河从下到上为一把刀、小岗剑下、小岗剑上和黑洞崖堰塞湖，分布情况如图1。
2.2 堰塞湖灾害影响
最下游的一把刀堰塞湖距绵竹市汉旺镇只有4.5km，这里是东汽集团所在地，在下游还有成绵铁路、成绵高速、德阳市；石亭江最下游的红松堰塞湖距什邡市红白镇只有5km，下游有莹华镇、洛水镇。据水文资料分析，两个流域内来水量随季节而变化，雨季即将来临，融水量及降水量正在逐渐增大，湖水位呈上涨趋势。特别是绵远河上最上游的小岗剑下堰塞湖，5月20日11：00库容为444万m3/s，按当时的水位上升速度，72h后就会涨齐至缺口，库容将达到788万m3/s，若遇1000a一遇的特大洪水，洪水几分钟就可到达汉旺镇，直接威胁成绵铁路、成绵高速和德阳市，后果不堪设想。石亭江上的红松堰塞湖也很危险，上游一旦来水，极有可能出现溃坝，直接威胁到红白镇、莹华镇和洛水镇。
图1 德阳市堰塞湖分布
2.3 抢险措施
5月15日，国务院迅速成立水利部抗震救灾前方领导小组德阳工作组，全面指挥德阳抗震救灾工作，抢险主要采取的工程措施是德阳工作提出的开渠引流方案，武警水电三总队负责工程施工，以爆破为主，德阳工作组根据水文突击队的10个堰塞湖资料及危险程度先后对7个堰塞湖进行了处理布置。
3 流域水文特性
堰塞湖的水源主要来自沱江，沱江是长江的一级支流，有东、中、西3个源头，同发源于川西九顶山（也称茶坪山），同在成都市金堂县赵镇三江村汇合。绵远河是沱江的东源，因距三江村最长，有180km，故是正源，绵远河上有4个堰塞湖；石亭江是沱江的中源，距三江村141km，石亭江上有6个堰塞湖；湔江是沱江的西源，距三江村139km，著名的唐家山堰塞湖就在湔江上。
绵远河从山谷到平原的转折点上有汉旺水文站，距绵远河最下游的一把刀堰塞湖约3km，控制流域面积400km2，据水文资料分析：每年4、5月绵远河开始涨水，7、8月最大，9月开始退水；年平均流量48m3/s，年最大流量141m3/s，年最小流量3m3/s，常年流水，年平均径流量15.14亿m3，最高水位701.33m，最低水位699.96m，水位变幅1.37m。
石亭江从山谷到平原的转折点上有高景关水文站，距石亭江最下游红棉堰塞湖约30km，控制流域面积629km2，为不干涸河流。据水文资料分析，每年4、5月开始涨水，7、8月最，9月开始退水；每年平均流量11.4m3/s，年最大流量101m3/s，年最小流量2.57m3/s，年平均径流量3.59亿m3，最高水位697.18m，最低水位696.11m，水位变幅1.07m。
4 水文抢险监测
在水利部抗震救灾前方领导小组德阳工作组的统一领导下，每晚9：00都开碰头会，汇报当天堰塞湖、水库和堤防情况，根据当天的情况安排第2天的工作。主要监测内容是堰塞湖库容、滑坡体体积和入出库流量，首先按长江委2008年5月18日编写的《堰塞湖水文应急监测手册》执行，在现场根据具体情况尽快测出堰塞湖库容、滑坡体体积和入、出库流量，上报德阳工作组。
4.1 滑坡体监测
由于滑坡体形成不到10d，新的地质平衡还未形成，加上其上游的堰塞湖库容正在不断增大，随时都有可能溃堤，因此，主要采用了免棱镜全站仪配电子图板现场成图的GIS系统，人不到测点就可测出滑坡体的表面地形。根据滑坡体下游两岸的地形测出坡比和河底宽，推出滑坡体顺江两个面的地形数据，滑坡体迎水面的地形数据根据露出水面部分坡比推出，背水面地形数据是实际测得的，最后就是滑坡体底面地形数据，方法是测出滑坡体下游天然河流的比降和河底宽，再用比降和河底宽推出滑坡体底面数据，有了6个面的数据，用GIS软件算出滑坡体体积。计算出10个堰塞湖中7个滑坡体体积，数据如表1。
4.2 堰塞湖库容监测
由于堰塞湖是刚形成的，没有船供测量用，堰塞湖库容测量主要以手持GPS进行。下面以红松堰塞湖为例介绍应急测量方法。
（1）沿湖岸边手持GPS边走边测，共测湖长1300m；
（2）隔一定距离用手持激光测距仪测一个水面宽，如图2所示；
（3）根据滑坡体下游天然河流的比降，滑坡体底面顺江长度、滑坡体迎水面和背水面的水位差就计算出坝前水深为25m，再根据坝前水深、断面间距、比降依次算出各个断面的水深，一直到湖尾，然后实测一个水深以检验；
（4）实测坝下游河底宽（近似于坝前河底宽）、水面宽和水深，就能计算出坝前断面面积，再用坝前断面的河底宽和水面宽的比率推算出每个断面的河底宽，一直到库尾断面进行检验。最后，根据相邻两个断面面积和断面间距算出各段的体积，每段体积相加就得到了堰塞湖库容。
图2 红松堰塞湖示意
4.3 入、出库流量监测
水面宽：用手持激光测距仪测量。
横断面水深：杆测法、人涉水法、钓鱼法、抛石法。
平均流速：流速仪法、浮标法（岸边测出距离定起止时间）、坐标法（用免棱镜全站仪测出浮标上、下两点坐标及相隔时间）。
5 水文监测成果与分析
5.1 堰塞湖的面积、库容、滑坡体体积实测成果
根据上述介绍的测量和推算方法、快速地、有效地测出部分堰塞湖的面积、库容、滑坡体体积、入出库流量（表1）。
表1 堰塞湖监测项目实施时间统计（首次测量成果）
5.2 结语
德阳10个堰塞湖都存在不同程度的险情，次生灾害隐患不断突现。搞好灾区水文测报，迅速及时地为上级部门提供第一手水文资料，对抗震救灾工作决策显得尤为重要。从技术上看，利用GPS、GIS、免棱镜全站仪、激光测距仪和小流速仪等先进技术，达到了抢测快速出成果的目的。
由于应用了这些先进测量技术，当天即能测得数据，当晚突击队就能算出结果，及时上报，同时在北京、武汉、成都3地有专业人员对突击队算出的资料进行检验。从方法上看，各个堰塞湖的情况不一，经验丰富的长江委突击队队员在现场能根据实际情况快速作出判断，快速有效地进行测量并计算出各堰塞湖的库容、堰体体积、入出库流量、口门宽等。
采取先进仪器设备和行之有效的方法，使水文监测高效准确且省工省力，为抢险救灾工作赢得了宝贵的时间，同时也使得水文监测工作由被动向主动转变，扩大了为抢险救灾服务的范围，为抗震救灾作出了较大的贡献。
作者简介：缪益平，男，二滩水电开发有限责任公司，工程师。
关键词：水文特性；流量；库容；堰体体积；堰塞湖；汶川大地震
中国分类号：P315.9 文献标识码：A
1 概述
2008年5月12日14：28，发生了震惊世界的汶川大地震，在德阳地区形成了10个堰塞湖，由于没有专业的水文监测队伍，县、市、省各有关监测单位的监测结果相差很大，给水利部抗震救灾德阳工作组的决策带来麻烦。为此，水利部抗震救灾前方领导小组于15日成立水文组，水文组又迅速组建10支突击队，在德阳安排了两支突击队。这两支突击队于18日到成都，20日一到德阳就开展工作，直接在水利部抗震救灾德阳工作组和水文组领导下开展工作。在德阳市水利局、什邡水利局和绵竹水利局的大力支持下，突击队队员冒着余震、落石、被水感染的危险，利用GPS、GIS、免棱镜全站仪、激光测距仪和小流速仪等先进仪器测得并计算出各堰塞湖的库容、堰体体积、入出库流量、口门宽等，为水利部抗震救灾德阳工作组处理各堰塞湖提供了及时可靠的决策依据。
2 堰塞湖群的灾害影响
2.1 堰塞湖分布
汶川大地震在石亭江和绵远河上分别形成了6个和4个堰塞湖，这10个堰塞湖就在汶川、北川和青川一线龙门山断裂带上。石亭江从下到上为红松、燕子崖、马槽滩下、马槽滩中、马槽滩上和木瓜坪村堰塞湖，绵远河从下到上为一把刀、小岗剑下、小岗剑上和黑洞崖堰塞湖，分布情况如图1。
2.2 堰塞湖灾害影响
最下游的一把刀堰塞湖距绵竹市汉旺镇只有4.5km，这里是东汽集团所在地，在下游还有成绵铁路、成绵高速、德阳市；石亭江最下游的红松堰塞湖距什邡市红白镇只有5km，下游有莹华镇、洛水镇。据水文资料分析，两个流域内来水量随季节而变化，雨季即将来临，融水量及降水量正在逐渐增大，湖水位呈上涨趋势。特别是绵远河上最上游的小岗剑下堰塞湖，5月20日11：00库容为444万m3/s，按当时的水位上升速度，72h后就会涨齐至缺口，库容将达到788万m3/s，若遇1000a一遇的特大洪水，洪水几分钟就可到达汉旺镇，直接威胁成绵铁路、成绵高速和德阳市，后果不堪设想。石亭江上的红松堰塞湖也很危险，上游一旦来水，极有可能出现溃坝，直接威胁到红白镇、莹华镇和洛水镇。
图1 德阳市堰塞湖分布
2.3 抢险措施
5月15日，国务院迅速成立水利部抗震救灾前方领导小组德阳工作组，全面指挥德阳抗震救灾工作，抢险主要采取的工程措施是德阳工作提出的开渠引流方案，武警水电三总队负责工程施工，以爆破为主，德阳工作组根据水文突击队的10个堰塞湖资料及危险程度先后对7个堰塞湖进行了处理布置。
3 流域水文特性
堰塞湖的水源主要来自沱江，沱江是长江的一级支流，有东、中、西3个源头，同发源于川西九顶山（也称茶坪山），同在成都市金堂县赵镇三江村汇合。绵远河是沱江的东源，因距三江村最长，有180km，故是正源，绵远河上有4个堰塞湖；石亭江是沱江的中源，距三江村141km，石亭江上有6个堰塞湖；湔江是沱江的西源，距三江村139km，著名的唐家山堰塞湖就在湔江上。
绵远河从山谷到平原的转折点上有汉旺水文站，距绵远河最下游的一把刀堰塞湖约3km，控制流域面积400km2，据水文资料分析：每年4、5月绵远河开始涨水，7、8月最大，9月开始退水；年平均流量48m3/s，年最大流量141m3/s，年最小流量3m3/s，常年流水，年平均径流量15.14亿m3，最高水位701.33m，最低水位699.96m，水位变幅1.37m。
石亭江从山谷到平原的转折点上有高景关水文站，距石亭江最下游红棉堰塞湖约30km，控制流域面积629km2，为不干涸河流。据水文资料分析，每年4、5月开始涨水，7、8月最，9月开始退水；每年平均流量11.4m3/s，年最大流量101m3/s，年最小流量2.57m3/s，年平均径流量3.59亿m3，最高水位697.18m，最低水位696.11m，水位变幅1.07m。
4 水文抢险监测
在水利部抗震救灾前方领导小组德阳工作组的统一领导下，每晚9：00都开碰头会，汇报当天堰塞湖、水库和堤防情况，根据当天的情况安排第2天的工作。主要监测内容是堰塞湖库容、滑坡体体积和入出库流量，首先按长江委2008年5月18日编写的《堰塞湖水文应急监测手册》执行，在现场根据具体情况尽快测出堰塞湖库容、滑坡体体积和入、出库流量，上报德阳工作组。
4.1 滑坡体监测
由于滑坡体形成不到10d，新的地质平衡还未形成，加上其上游的堰塞湖库容正在不断增大，随时都有可能溃堤，因此，主要采用了免棱镜全站仪配电子图板现场成图的GIS系统，人不到测点就可测出滑坡体的表面地形。根据滑坡体下游两岸的地形测出坡比和河底宽，推出滑坡体顺江两个面的地形数据，滑坡体迎水面的地形数据根据露出水面部分坡比推出，背水面地形数据是实际测得的，最后就是滑坡体底面地形数据，方法是测出滑坡体下游天然河流的比降和河底宽，再用比降和河底宽推出滑坡体底面数据，有了6个面的数据，用GIS软件算出滑坡体体积。计算出10个堰塞湖中7个滑坡体体积，数据如表1。
4.2 堰塞湖库容监测
由于堰塞湖是刚形成的，没有船供测量用，堰塞湖库容测量主要以手持GPS进行。下面以红松堰塞湖为例介绍应急测量方法。
（1）沿湖岸边手持GPS边走边测，共测湖长1300m；
（2）隔一定距离用手持激光测距仪测一个水面宽，如图2所示；
（3）根据滑坡体下游天然河流的比降，滑坡体底面顺江长度、滑坡体迎水面和背水面的水位差就计算出坝前水深为25m，再根据坝前水深、断面间距、比降依次算出各个断面的水深，一直到湖尾，然后实测一个水深以检验；
（4）实测坝下游河底宽（近似于坝前河底宽）、水面宽和水深，就能计算出坝前断面面积，再用坝前断面的河底宽和水面宽的比率推算出每个断面的河底宽，一直到库尾断面进行检验。最后，根据相邻两个断面面积和断面间距算出各段的体积，每段体积相加就得到了堰塞湖库容。
图2 红松堰塞湖示意
4.3 入、出库流量监测
水面宽：用手持激光测距仪测量。
横断面水深：杆测法、人涉水法、钓鱼法、抛石法。
平均流速：流速仪法、浮标法（岸边测出距离定起止时间）、坐标法（用免棱镜全站仪测出浮标上、下两点坐标及相隔时间）。
5 水文监测成果与分析
5.1 堰塞湖的面积、库容、滑坡体体积实测成果
根据上述介绍的测量和推算方法、快速地、有效地测出部分堰塞湖的面积、库容、滑坡体体积、入出库流量（表1）。
表1 堰塞湖监测项目实施时间统计（首次测量成果）
5.2 结语
德阳10个堰塞湖都存在不同程度的险情，次生灾害隐患不断突现。搞好灾区水文测报，迅速及时地为上级部门提供第一手水文资料，对抗震救灾工作决策显得尤为重要。从技术上看，利用GPS、GIS、免棱镜全站仪、激光测距仪和小流速仪等先进技术，达到了抢测快速出成果的目的。
由于应用了这些先进测量技术，当天即能测得数据，当晚突击队就能算出结果，及时上报，同时在北京、武汉、成都3地有专业人员对突击队算出的资料进行检验。从方法上看，各个堰塞湖的情况不一，经验丰富的长江委突击队队员在现场能根据实际情况快速作出判断，快速有效地进行测量并计算出各堰塞湖的库容、堰体体积、入出库流量、口门宽等。
采取先进仪器设备和行之有效的方法，使水文监测高效准确且省工省力，为抢险救灾工作赢得了宝贵的时间，同时也使得水文监测工作由被动向主动转变，扩大了为抢险救灾服务的范围，为抗震救灾作出了较大的贡献。
作者简介：缪益平，男，二滩水电开发有限责任公司，工程师。
