基于应急与常态统合管理的堰塞湖风险处置实践
——以2020年清江屯堡堰塞湖处置为例

杨 启 贵，姚 晓 敏，申 邵 洪，徐 琨，卢 少 为

(1.长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010； 2.湖北省水利水电规划勘测设计院,湖北 武汉 430064； 3.长江科学院，湖北 武汉 430010)

高危堰塞湖具有蓄水量大、灾害链长、破坏力强、处置窗口期短的特点，不仅会堵塞河道、淹没土地，还存在溃决风险，给下游造成巨大灾难。国内外曾多次出现一次灾难超过千人伤亡的记录[1]。2000年以前，全世界没有处置大型高危堰塞湖的成功经验、没有任何政府和组织颁布堰塞湖风险评估的标准和方法，也未见用“堰塞湖”冠名的学术专著，如何科学、高效地开展堰塞湖应急处置，将堰塞湖溃决洪水灾害降至最低，是世界性的难题。

我国山区面积约占国土面积的2/3，地质构造复杂，容易因降水或地震诱发地质灾害堵塞江河形成堰塞湖，是堰塞湖高发国家。堰塞湖大多分布于西南地区的四川、云南、西藏等高山峡谷区和西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西等黄土高原地区[2]。2000年，我国成功处置易贡堰塞湖[3]，首开世界上人工处置大型堰塞湖的先河，针对堰塞湖的系统性研究工作也自此开始。此后，又成功处置了以唐家山、舟曲、白格为代表的高危堰塞湖，均实现了无一人因次生洪水伤亡的重大成就，形成了系统的应急处置技术，引领了世界上堰塞湖处置技术的发展。

在应急处置技术方面，刘宁等[3]在易贡堰塞湖应急处理中，提出了非工程措施与工程措施并重的堰塞湖应急处置理念。杨启贵等[4]在唐家山应急除险中,研究了“因势利导、借力自然、安全可控”的技术思路在大型堰塞湖抢险的指导作用。蔡耀军等[5]对金沙江白格堰塞体结构形态与溃决特征进行了深入研究，研究结果表明来水量、堰塞体抗冲性及堰塞体溃流段长度是决定坝体溃决时长的关键因素。黄艳等[6]深入分析了堰塞湖险情处置实践中，信息获取、洪水预测及其风险评估等方面积累的经验和技术手段。

堰塞湖应急处置涉及人员多、地域广，是一个庞大的系统工程，如何安全科学、高效协调开展堰塞湖应急处置工程管理是另一重要问题。刘宁[7]从减灾风险 管理及其风险决策出发，探讨了减灾管理工程的内涵和应用，分析了成功处置唐家山堰塞湖对丰富和发展减灾管理理论和实践所具有的重要意义，并指出应有机衔接应急减灾管理与常规综合管理。刘宁[8]从目标决策及系统性、动态性等方面阐明了减灾工程管理在应对自然灾害、抢险救援中的重要意义和作用。刘宁[9]以云南省昭通鲁甸红石岩堰塞湖险情处置为实例，从统筹目标、整合力量及系统性等方面阐明了统合管理方法在应对自然灾害等突发公共安全事件中的重要意义和作用。

常态与应急统合管理理论[10]已在公共安全领域成功应用，将统合管理理论应用于堰塞湖应急处置是提升风险管理能力的科学创新。本文通过在屯堡堰塞湖风险处置全过程中的应用证实，在应急模式下最大限度寻求常态资源的利用和应急管理行为向常态管理行为的转化，可以显著提高风险处置效率，降低风险处置成本。

图1 屯堡堰塞湖地理位置示意Fig.1 Geographical location of Tunbao barrier lake

1 堰塞湖处置过程概述

2020年梅雨季节，湖北省清江流域的恩施市出现持续强降雨，累计降雨量比历史同期多1.56倍，是自1951年有气象观测记录以来的历史最大值。7月17日下午，清江左岸沙子坝滑坡发生，居民房屋和屯渝公路受损，天楼地枕水电站引水渠冲毁。滑坡物质进入清江，束窄河道，随时有断流形成堰塞湖的风险。7月18日，恩施州人民政府启动应急预案，成立应急处置指挥部(以下简称应急指挥部)指挥抢险救灾，湖北省人民政府领导带队进驻现场指导抢险。此后，省内相关行业专家组相继赶赴现场，各类应急预案在应急指挥部的统筹安排下开始制定并适时实施，针对滑坡体及其入河影响要素的监测和监控措施陆续布设。由长江水利委员会、湖北省水利厅、长江勘测规划设计研究院、湖北省水利水电规划勘测设计院组成的水利专家组及时到达现场，负责堰塞湖风险处置和涉水调度的技术支撑工作。

2020年7月21日前，约200万m3滑坡物质已断续进入河道。7月21日凌晨05：30，约100万m3滑坡物质集中进入清江，河道断流形成堰塞湖，堰塞体高45 m。当日上午，应急指挥部调度上游云龙河电站加大下泄流量拟用水力冲溃堰塞体，洪水以600 m3/s的流量进入堰塞湖。10：30堰塞体右侧被冲开，堰塞湖水位开始下降，至当日19：00堰塞湖水位下降约6 m。此后，沙子坝滑坡物质仍断续进入清江，堰塞体溃口大小时有反复。7月21日晚上，国家应急部派出的部际联合工作组到达现场。7月22日，应急指挥部根据水利专家组的建议，决定堰塞湖风险处置以非工程措施为主,工程抢险措施备用。

2020年7月26日白天，堰塞体区域遭遇50.6 mm的强降雨，河道流量加大，堰塞体冲刷下切加快， 24 h内堰塞湖水位下降5.5 m。此后，天气转晴，气象预报短期内无强降雨。7月29日，监测资料表明，滑坡体已无明显变形，滑坡体趋于稳定。应急指挥部研究决定应急抢险阶段性结束。

2 基本信息资料

2.1 水系与水情

屯堡堰塞湖位于清江上游恩施市屯堡河段，上游支流主要包括云龙河、小溪河，如图1所示。清江屯堡河道降雨、径流特征如表1和表2所示。

表1 堰塞坝址径流特性Tab.1 Runoff characteristics at the barrier dam site

2.2 沙子坝滑坡基本情况

沙子坝滑坡是屯堡堰塞体的物质来源，位于清江左岸、恩施市屯堡乡马者村沙子坝地质灾害隐患点。滑坡平面形态呈“舌”形，其中滑坡纵向长约1 500 m，平均横向宽约400 m；地形总坡度12°，前缘高程约695 m，后缘高程约920 m；体积约1 000万m3，为特大型深层土质滑坡。受梅雨期连续降雨影响，2020年7月17日下午滑坡发生显著变形，主要向右侧冲沟方向位移，部分进入冲沟堆积于冲沟中部，受溪水冲蚀作用以泥石流形式坠入清江，如图2所示。

表2 堰塞坝址降水量及径流年内分配Tab.2 Precipitation and runoff distribution at the barrier dam site

图2 屯堡堰塞湖情况(2020年7月22日11:00)Fig.2 Condition of Tunbao barrier lake on Qingjiang River

2.3 屯堡堰塞湖基本情况及影响区域

屯堡堰塞湖由沙子坝滑坡物质进入清江堵塞河道形成。地理位置东经109°17′57″，北纬30°22′23″。清江在此河段属高山峡谷型，河道呈深“V”形，左岸坡比1∶0.80，右岸坡比1∶0.75，河床高程约538 m，河道620 m高程处宽约200 m，堰塞湖区域河道比降约11.3‰。

屯堡堰塞湖上游和下游距离最近的水库分别为云龙河水库、大龙潭水库。堰塞湖上游属深山峡谷，淹没风险区人员稀少，无重要的基础设施。下游风险区涉及城镇居民和基础设施。居民风险区主要是屯堡集镇和恩施市城区，其中屯堡集镇位于下游约11 km处，恩施城区位于下游约30 km处。基础设施包括天楼地枕引水式水力发电站、龙王塘径流式水力发电站和大龙潭水利枢纽。其中，大龙潭水利枢纽紧邻恩施城区上游，为恩施市饮用水水源地，承担城区30多万人的饮用水源水供应。堰塞湖地理位置如图1所示。

3 溃堰洪水计算与风险分析

3.1 库容曲线拟定

利用清江恩施河段已往建设水利工程积累的地形资料，对不同来源的资料进行一致性处理后得到堰塞湖高程库容曲线(见图3)。水位580，590，600，610，620 m高程的堰塞湖库容分别为560万，980万，1 575万，2 430万，3 560万m3。

3.2 最危险水位分析

堰塞体两岸河道均为陡崖，崖顶高程约620 m，上接相对开阔地形，堰塞体堵塞封闭河道的可能性小，且右岸有公路直达，具备对堰塞体快速采取工程措施抢险的条件，因此确定高程620m为计算堰塞湖溃决洪水的最高水位。

3.3 溃决历时选取

参考唐家山、白格等堰塞湖溃决实测资料[1-6]，考虑屯堡堰塞体物质组成以土质为主，堰塞体断面相对单薄，具备快速溃决的可能，拟定溃决历时最短10 min、最长6 h。

图3 堰塞湖高程库容曲线Fig.3 Capacity-water level curve of barrier lake

3.4 溃决洪水计算

按溃决历时10 min，0.5，1，2，3，4，5，6 h，与溃决水位580，590，600，610 m及620 m组合成28种计算方案，分别计算沿河淹没风险敏感点洪峰流量。为节省篇幅，天楼地枕电站、龙王塘电站等淹没风险敏感点的计算成果省略。屯堡集镇处溃决洪水计算成果见表3。

表3 屯堡集镇处溃决洪水计算成果Tab.3 Dam-breaking flood results at Tunbao Town

3.5 洪水风险分析

(1) 屯堡集镇淹没影响分析。屯堡集镇位于大龙潭水库的库尾，大龙潭水库建设时已按10 a一遇洪水流量2 970 m3/s的回水线实施移民搬迁。集镇地面最低高程高于大龙潭水库正常蓄水位461 m。由计算成果可知， 堰塞湖水位590 m、溃决历时小于1 h组合，或堰塞湖水位600 m、溃决历时小于3 h组合，或堰塞湖水位610 m、溃决历时小于4 h组合， 或堰塞湖水位620 m、溃决历时小于6 h组合，屯堡集镇水位将超过461 m，集镇存在进水淹没的风险。其他组合时，屯堡集镇断面洪峰流量均低于2 970 m3/s，集镇无淹没风险。总体而言，屯堡集镇由于距离堰塞湖较近，淹没风险较大，人员应考虑转移避险。

(2) 大龙潭水库及恩施城区影响分析。大龙潭水库是一座以发电为主，兼有防洪和供水功能的中型综合型水利枢纽。校核洪水标准500 a一遇流量5 100 m3/s，水库总库容5 200万m3，大坝为重力坝，最大坝高54 m。工程完建时汛限水位450 m，防洪库容2 700万m3。运行阶段，根据城市供水需要，水库实行动态汛限水位450～456 m。因恩施城区河段现状安全泄量为1 730 m3/s，正常运行时，大龙潭水库下泄流量按不大于1 730 m3/s控制。

计算分析表明：堰塞湖水位610 m以下发生溃决时，堰塞湖静库容小于大龙潭水库的防洪库容，水库可以完全消纳溃决洪水，不会危及恩施城区安全。堰塞湖水位620 m时，堰塞湖静库容3 560万m3，将溃决历时3 h作为基本方案，按堰塞湖上游有稳定的200 m3/s来水、大龙潭水库下泄流量不超过1 730 m3/s进行水库调洪演算，水库水位低于校核洪水位，不会危及大坝的安全，也不会危及恩施城区的安全。

由于大龙潭水库是恩施城区的饮用水水源地，为减小对市民生活用水的影响，研究了大龙潭水库水位在453.6～456.0 m之间运行的可行性。经分析，在上述水位区间动态调度大龙潭水库，也可实现最大下泄流量不超过1 730 m3/s，保证恩施城区安全。

4 应急与常态统合管理理论及堰塞湖风险处置策略

4.1 应急与常态统合管理的基本原理[10]

统合管理理论属于管理学的范畴。将统合管理理论应用于堰塞湖应急处置是风险管理能力提升的科学创新。其原理是以全域的视界，面向系统全生命周期，将系统运行的常规状态与应急状态统筹考虑，联立进行一系列的计划、组织、指挥和协调行为，降低系统运行风险，实现系统的可持续运行。

突发事件发生后一旦启动应急响应，社会的生产和生活行为将进入管控状况，运行成本将急剧升高。因此应以降低突发事件的风险后果和突发事件的应对成本为管理目标，将系统正常状态下的运行管理资源作为背景条件在应急决策模型中予以设定，最大限度寻求常态资源的利用和应急管理行为向常态管理行为的转化。

实现统合管理的关键是管理视野从“事中管理”向“全周期系统管理”的跨越，需要信息融合、机制联合、设施综合和措施整合四大保障。

4.2 屯堡堰塞湖风险处置基本策略

2020年7月18日，清江屯堡河段出现堰塞湖风险趋势后，应急指挥部决策启动应急响应，滑坡和堰塞湖风险区进入应急管制状态，管制区域内的生活、生产和交通受限，高风险区禁止人员进入。7月21日堰塞湖出现后，各类抢险救灾队伍全面集结。如何科学避险、适时抢险、降低社会成本快速解危是堰塞湖风险处置面临的重大难题。

分析屯堡堰塞湖的环境，其位于大比降河道，具有坝高库小的特点；堰塞体物质来源为沙子坝大型滑坡，滑坡出现整体快速下滑的可能性极小，即堰塞湖出现高坝大库的可能性极小；堰塞湖上游的云龙河水库、下游的大龙潭水库，均具有一定的洪水调节能力。统合应用常态管理已积累的资料、已具有的溃决洪水分析能力、已形成的水库调节库容和已积累的洪水调度经验，结合多方案的溃决洪水分析成果，综合研判认为：通过采取以适度的人员避险、科学的水库调度和系统的监测监控组合式非工程措施为主,堰塞体开渠泄流工程措施备用，快速解除堰塞湖风险是可能的。7月22日，屯堡堰塞湖风险处置基本策略由应急指挥部决策实施。

5 风险处置方案

遵循应急与常态统合管理的基本原理，依据拟定的风险处置策略，屯堡堰塞湖风险处置的目标是：生命至上，确保人员零伤亡；争取恩施城区生产生活不受影响，洪水影响区各类财产损失降至最低。

(1) 建立科学高效的滚动会商及时决策机制。技术专家根据实时监测数据和动态分析成果，及时研判滑坡体及堰塞湖演变趋势，应急指挥部及时会商决策。

(2) 实施严谨的风险区人员转移避险和严格的危险区域管控措施。① 依据溃决洪水分析成果并综合考虑溃决洪水预报的认知水平，确定转移避险区域和时机。② 堰塞湖上游630 m高程以下人员全部撤离至安全区。③ 根据风险程度动态决定堰塞湖下游人员是否转移：如，堰顶高程低于590 m时，屯堡集镇人员不需转移；堰顶高程590～600 m时，屯堡集镇人员转移方案由应急指挥部会商决策；堰顶高程超过600 m时，屯堡集镇人员立即转移。④ 人员转移实行市、乡、村干部包保到户，确保转移群众进入预定的安全区域。⑤ 对于滑坡变形区和洪水风险区等危险区域、影响抢险快速反应的交通线路，实行必要的管制。

(3) 科学调度大龙潭和云龙河两水库，实施以非工程措施为主的处置策略。① 堰塞湖水位在610 m以下时，大龙潭水库按汛期正常要求运行，严格遵守不超过汛限水位450～456 m运行；提前调试泄洪设施、随时准备调度泄洪。② 当堰塞湖水位达到615 m时，大龙潭水库按1 730 m3/s泄量开闸泄洪腾库至450 m水位；同时协调调度上游梯级水库在确保安全的条件下不泄洪。③ 当出现堰项高程590 m以下的堰塞湖时，可调度上游云龙河水库加大泄量，水力冲溃堰塞体，避免沙子坝滑坡下滑物质加大堰塞体高度，提前降低风险。

(4) 适时实施基于预案的工程抢险方案，有效减少应急处置成本。① 现场仅保留少量工程抢险作业人员，抢险队伍的指挥人员提前到达应急指挥部参与会商决策，按24 h内具备作业能力提前在异地落实作业人员和作业设备。② 提前维护右岸进场道路，临时施工道路提前延伸至590 m高程清江岸边。 ③ 现场预备2～3台中型挖掘机随时待命。当出现堰顶高程超过590 m时，立即启用现场预备的挖掘机开挖引流槽进行工程干预，开挖深度视来水情况现场会商决定。④ 当出现堰顶高程达到620 m时，立即组织预定的重型施工设备在一天内进场，自右岸堰塞体顶部开挖引流槽。施工引流槽深度不少于8 m、底宽不小于3 m、两侧边坡不陡于1∶1.75。

(5) 建立必要的应急监测监控体系，保障决策的科学性和及时性。为准确把握滑坡体和堰塞湖的状况，现场构建了堰塞湖应急处置立体监测保障体系，针对滑坡体及其入河影响要素进行了监测和监控。针对滑坡体，主要采用GPS、边坡雷达、裂缝监测仪、位移计等，准确把握滑坡体表层土壤及基岩位移情况；针对堰塞湖，采用高清视频监控站、无人机、水位计、GPS，获取堰塞湖实况、三维基础地理信息、水位流量等；针对应急处置管理需求，现场布设移动雨量监测站，获取气象信息。

6 结论与展望

屯堡堰塞湖风险处置实践中，经科学应用统合管理理论，采取以人员避险、水库调度、立体监测相结合的非工程措施为主，堰塞体开渠泄流工程措施备用的处置方案，实现了恩施城区居民未转移避险、洪水风险区无一人伤亡的应急目标。尤其是及时调度云龙河水库下泄流量实现堰塞湖快速过流解危、科学评估洪水风险避免了大量抢险救灾人员和机械设备现场集结，大幅降低了险情处置社会成本和经济成本，应急处置取得圆满成功。

(1) 屯堡堰塞湖具有坝高湖小的特点，采用非工程措施为主、工程抢险措施备用的方案取得成功，再度印证了堰塞湖应急处置“抢险与避险结合，工程措施与非工程措施互补”策略的科学性。

(2) 堰塞湖应急处置过程中，现代立体监测技术为实时掌握堰塞湖和滑坡体状况、分析研判演变趋势提供了可靠的信息，证明实时获取信息是支撑科学处置堰塞湖险情必须的保障。

(3) 应用统合管理理论，实现堰塞湖应急处置从“事中管理”向“全生命周期系统管理”的跨越，在应急模式下最大限度寻求常态资源的利用和应急管理行为向常态管理行为的转化，可以显著提高风险处置效率，降低风险处置成本。屯堡堰塞湖成功处置的经验，再次证明统合管理理论可在公共安全管理中推广应用。

致 谢

文中的溃决洪水分析工作，由湖北省水利水电规划勘测设计院的技术专家完成，在此衷心感谢！