塔吉克斯坦薩雷茲堰塞湖減災工程及其發(fā)展機遇

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塔吉克斯坦薩雷茲堰塞湖減災工程及其發(fā)展機遇

[意大利] A.帕爾米耶里等

塔吉克斯坦烏索伊壩是世界上海拔最高的堰塞壩。自1911年以來，在帕米爾山區(qū)形成了蓄水面積達17 km2的薩雷茲堰塞湖。自從薩雷茲湖形成以來，其安全性引起了廣泛擔憂。2004年，世界銀行主導的薩雷茲湖減災工程將該蓄水系統(tǒng)的風險降低到了合理范圍內(nèi)。然而，對該系統(tǒng)在今后是否能安全抵御相同震級(7.7級)的地震仍有疑慮。2015年12月，該地區(qū)發(fā)生了7.2級地震，證實了之前風險評估的有效性，并為今后合理應對地震等類似災難性事件奠定了基礎(chǔ)。

堰塞湖；地震；防災減災；塔吉克斯坦；薩雷茲湖

1911年，帕米爾地區(qū)發(fā)生里氏7.7級的地震，導致烏索伊堰塞壩形成。此后，大量坍塌堆積的巖石在后方形成了薩雷茲堰塞湖。如今的薩雷茲堰塞湖地處帕米爾地區(qū)的雪峰環(huán)抱之中，是世界上風景最美的湖泊之一。在烏索伊堰塞壩下游的巴坦(Bartang)河谷地區(qū)有人口居住，薩雷茲湖由于其形狀像一條蜿蜒的長龍，因此得名“帕米爾之龍”。圖1為沙雷茲湖的地理位置。

圖1 沙雷茲湖地理位置示意

烏索伊堰塞壩壩高約600 m，是世界上最高的天然形成的擋水堰塞壩(見圖2)。形成堰塞湖的滑坡體體積達21億m3。相比之下，1968年的意大利瓦永特(Vajont)堰塞壩，滑坡體體積僅有3.2億m3?；露逊e體雖然龐大，但由于該地區(qū)水文情勢適宜，烏索伊堰塞壩能夠長期保持安全穩(wěn)定，這在世界堰塞壩中都很少見。

薩雷茲湖長55.8 km，湖面平均海拔3 263 m，體積約17 km3(約為日內(nèi)瓦湖的一半)，湖泊水位最大周期性波動達12 m，水面和壩底的相對高度約40～50 m。通過壩體滲流和一定程度的蒸發(fā)來保證出流入流的平衡。

圖2 烏索伊大壩規(guī)模對比示意

1 研究背景

在發(fā)生地震并形成烏索伊堰塞壩之后，俄羅斯科學界就立即著手研究堰塞壩的穩(wěn)定問題以及堰塞湖體積增大最終潰決導致大洪災發(fā)生的概率。值得注意的是，不只是科學家，普通大眾也開展了相關(guān)的預報工作，預報結(jié)果有喜有憂。在該地區(qū)，存在數(shù)個自然形成的堰塞湖，如帕米爾地區(qū)的亞斯西庫湖(Yashirkul lake)和塔吉克斯坦中部的伊斯堪德爾湖(Iskanderkul lake)，這些堰塞湖都穩(wěn)定存在了較長時間。

前蘇聯(lián)的一些相關(guān)組織曾對薩雷茲湖地區(qū)開展了系統(tǒng)研究。研究了大壩結(jié)構(gòu)，對薩雷茲湖和堰塞壩壩區(qū)進行了詳細的地質(zhì)勘探，分析了湖岸邊坡的穩(wěn)定性及壩體的滲透特性。

主要研究成果表明：滑坡、沖刷以及泥石流等因素都不會導致潰壩。對大壩安全造成最大威脅的是位于壩上游的大體積不穩(wěn)定巖體，即右岸滑坡體。如果發(fā)生強烈地震，會導致右岸滑坡體坍塌至湖水中，引起湖水溢流壩頂，進而造成大壩潰決。

后續(xù)研究主要集中在右岸邊坡，并對薩雷茲湖的邊坡開展了詳細研究。1986年，通過鉆孔對巖體內(nèi)部可能存在的深層滑坡位置進行了勘察，孔深達243 m，但是，該研究工作并未得到確定性結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，科學家們可以對右岸滑坡體的構(gòu)成進行更詳細研究，從而了解巖體構(gòu)成及其體積。

2 薩雷茲湖減災工程

隨著前蘇聯(lián)的解體，對薩雷茲湖的監(jiān)測工作陷入停滯，因此無法準確評估堰塞湖系統(tǒng)的實際安全性。針對這一狀況，塔吉克斯坦總統(tǒng)于1998年呼吁國際社會提供援助以解決薩雷茲堰塞湖的安全隱患問題。

此后，在“國際減輕自然災害十年”(the International Decade for Natural Disaster Reduction, IDNDR)組織框架下，聯(lián)合國于1999年成立了一個國際特派團。該特派團召集了一批專家對薩雷茲堰塞湖及巴坦河谷作了進一步研究。

研究認為，烏索伊堰塞壩完全潰決或者部分崩塌的可能性比較小，因此也基本不會由此產(chǎn)生其他災難性影響。然而，右岸巖體仍然存在坍塌的威脅，盡管失穩(wěn)的可能性要小于預期，但威脅仍然存在。一個中型漫壩涌波都會影響居住在巴坦河谷地區(qū)的約7 800人口，而且還有可能延伸到前方的魯善(Rushan)市，甚至影響到噴赤(Panj)河3個主要城鎮(zhèn)。

研究總體結(jié)論認為，薩雷茲堰塞湖和烏索伊堰塞壩必須引起國際社會高度關(guān)注。由于風險的真實存在，國際社會必須制定出減少災害威脅的綜合策略。通過前期觀測和研究結(jié)論，其后聯(lián)合國特派團在薩雷茲堰塞湖的相關(guān)工作中發(fā)揮了關(guān)鍵的協(xié)調(diào)促進作用。

2000年，在世界銀行主持下，薩雷茲湖減災工程(LSRMP)正式立項，總預算達430萬美元。同時，瑞士經(jīng)濟事務秘書處(Swiss Secretariat for Economic Affairs , SECO)和阿加汗發(fā)展組織(the Aga Khan Development Network, AKDN)也提供了財政支持，主要合作伙伴為民防應急部(the Ministry of Emergencies and Civil Defence)。項目主要是為受薩雷茲堰塞湖突發(fā)洪水影響的民眾提前預警，并幫助其應對災害，同時，努力尋求長期解決方案。

薩雷茲湖減災工程解決方案如圖3所示。

圖3 薩雷茲湖風險減緩工程解決方案

薩雷茲湖減災工程傾向于采用非工程措施應對突發(fā)災害以避免造成嚴重后果。非工程措施包括監(jiān)測、預報系統(tǒng)、提高居民防災意識并做好防災應對和準備工作。同時，為了減少各種災害事故發(fā)生率，研究長期的工程性解決方案。

兩個專家組采用事件樹分析法對右岸的穩(wěn)定性進行評估。專家們認為實際滑坡體體積約為0.25 km3，遠小于最初估計的2.2 km3。最終計算的失穩(wěn)概率為6×10-5，遠大于現(xiàn)代已建大壩的失穩(wěn)概率，但是又明顯低于堰塞湖的典型失穩(wěn)概率。

薩雷茲湖減災工程于2006年完工， 包括在建立了早期預警和監(jiān)測系統(tǒng)之后， 又對系統(tǒng)的操作和管理進行了3 a的協(xié)助指導工作。 實際上， 薩雷茲湖減災工程實施后， 仍然存在以下幾點不確定因素：

(1) 烏索伊相關(guān)部門使用監(jiān)測和預警系統(tǒng)的能力；

(2) 當?shù)鼐用駥ο到y(tǒng)發(fā)出預警的響應能力；

(3) 堰塞壩和薩雷茲湖減災系統(tǒng)對于將來可能發(fā)生的地震災害的響應，特別是對右岸邊坡失穩(wěn)的響應。

對于第一點，烏索伊相關(guān)部門已經(jīng)承諾密切關(guān)注堰塞壩性狀特征的變化并建立相應的數(shù)據(jù)庫。然而，由于系統(tǒng)實施以來的很長一段時間，即2015年12月7日，該地區(qū)發(fā)生里氏7.2級地震之前，未有大地震發(fā)生，所以其他兩種不確定性一直存在。

3 強震考驗

根據(jù)塔吉克斯坦國家地質(zhì)勘察局的監(jiān)測，2015年12月7日的地震震中位于薩雷茲湖左岸達夫拉特-馬馬達什(Davlat-Mamatdash)地區(qū)的魯善-帕夏特斷裂帶(Rushan-Pshart Fault)，震源深度為30～40 km。塔吉克斯坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦、阿富汗和中國均有震感(圖4)。

圖4 2015年薩雷茲地震等震線

值得注意的是，1911年地震震中也與魯善-帕夏特斷裂帶有關(guān)，并且位于巴爾坦格(Bartang)河上游的幾個村莊在這兩次地震中都遭到嚴重損毀。

地震之后對薩雷茲湖水域的詳細地質(zhì)勘查表明，減災系統(tǒng)對于此次地震做出了積極響應，同時也驗證了右岸滑坡可以經(jīng)受里氏7.2級地震而不發(fā)生失穩(wěn)的結(jié)論。

地震前后在右岸滑坡拍攝的照片顯示，坡體并未受到此次強震影響。而且，在堰塞湖下游沿峽谷下部地區(qū)并未發(fā)現(xiàn)巖體活動跡象，滲透率也沒有明顯增大。

此次地震證實了薩雷茲湖減災工程中相關(guān)專家的預測。然而，此次地震仍然導致了當?shù)孛穹康拇罅繐p毀，這些民房均是就地取材，施工質(zhì)量較差。與1911年的地震類似，大量被損毀的村莊都靠近薩雷茲湖，包括位于巴爾坦格河谷的28個村莊。其中，損毀最為嚴重的是賈莫阿特-薩夫諾博(Jamoat)村，有超過400棟房屋損毀，整個帕米爾地區(qū)損毀的房屋約為1 090棟。

盡管房屋遭受了嚴重損毀，但無一例人員傷亡的報告。而且，當時正處寒冬，帕米爾中央地區(qū)的寒冷程度堪比西伯利亞，卻沒有收到災民受凍的報告。這是因為薩雷茲湖減災工程發(fā)揮了不可替代的作用，包括國內(nèi)外團隊的緊密合作、先進科技手段的成功運用。其中最關(guān)鍵的是，該工程發(fā)揮了積極的社會效益，保護了當?shù)鼐用竦娜松戆踩４舜慰篂慕?jīng)驗值得廣泛借鑒，尤其是值得中亞地區(qū)學習參考。減災工程的社會保障措施包括組建地方搜救隊伍并進行培訓，建造“安全屋”并配備應急儲備物資，每6個月進行一次居民逃災疏散演練。所有居民，包括學生在內(nèi)，都知道去往最近安全屋所需的時間，不同地區(qū)在16～28 min不等。1999年以來，安全屋不時在應對當?shù)鼐植繛暮χ邪l(fā)揮作用，早期預警系統(tǒng)也挽救過很多人的生命，但直到2015年12月7.2級強震，所有措施才得以全面大規(guī)模使用。

地震后，巴爾坦格河谷地區(qū)28個村莊的幾乎所有村民都成功轉(zhuǎn)移至指定安全屋內(nèi)，并在此度過了8 d時間，直到第一架救援直升飛機到達災區(qū)。一些村莊幾乎90%的房屋損毀，但無一傷亡報告。救援隊員抵達時，發(fā)現(xiàn)成百上千的災民在帳篷里避險。在強震災害中，災民依靠安全屋內(nèi)的各種應急物資保障安全和生活，包括暖爐、御寒衣服和毛毯等。而且，在等待救援的8～9 d里，災民仍然可以跟當?shù)匾约爸醒胝〉寐?lián)系，這是因為1999年在該地區(qū)安裝了應急通訊系統(tǒng)，而且在此次地震發(fā)生前的若干年內(nèi)，都對系統(tǒng)進行了有效維護。

此次抗震救災經(jīng)驗值得廣泛宣傳，整個減災系統(tǒng)投資并不大，但實施和執(zhí)行力度強，因此能夠在大災之中成功保障災民的生命安全。

4 后續(xù)解決方案

2015年12月的地震證實了薩雷茲湖減災工程能夠有效發(fā)揮防災救災作用，保障人民生命安全，因此，可以考慮今后合理開發(fā)利用薩雷茲湖，為該地區(qū)尋求新的發(fā)展機遇。通過控制并降低水位的方式可以徹底消除湖水潰決的風險。修建1座中等規(guī)模的水電站，可為薩雷茲湖的安全保障提供徹底的解決方案。圖5顯示了不同階段薩雷茲湖的風險水平。

圖5 薩雷茲湖風險水平示意

在薩雷茲湖風險減緩工程中，安裝了早期預警系統(tǒng)后，薩雷茲湖的風險程度有所降低；當實施了水電項目后，風險程度可降低更多。

運行大壩安全監(jiān)測項目的國際機構(gòu)都認為，薩雷茲湖的殘余風險基本上在可接受范圍之內(nèi)。

電站將把現(xiàn)有的薩雷茲湖作為上游水庫，全部工程都建在地下(圖6)。從工程性(該地區(qū)屬于高烈度區(qū))和環(huán)保性來看，該方案都是最佳選擇，且不占用土地資源，無需考慮移民安置。

圖6 擬建水電站縱剖面示意

從圖7設(shè)計剖面圖來看：在善稻湖(Lake Shandau)設(shè)置了取水點，有壓隧洞、調(diào)壓井和壓力鋼管與位于地下發(fā)電廠房的發(fā)電機組相連接，尾水隧洞將溢流引入穆爾加布(Murgab)河。整個剖面長約4 km，總水頭達460 m。圖7為電站布置鳥瞰圖。

需要強化在薩雷茲湖和善稻湖之間的水力聯(lián)系。在湖水水位下降階段，項目可以高效運行。本階段主要依靠渦輪給水流增壓，通過優(yōu)化可使這一階段持續(xù)將近10 a。根據(jù)水位下降速率，裝機容量可達220～250 MW，年發(fā)電量達2 000 GW·h。當達到目標水位后，發(fā)電機組將按照1 100 GW·h/a長期運行，同時，水電站調(diào)峰發(fā)電利用率可達50%左右。

圖7 電站布局鳥瞰

水電站作為可再生能源項目，不僅可以消除災害威脅，同時能促進經(jīng)濟發(fā)展，在旅游、小規(guī)模采礦業(yè)和供水等方面促進地區(qū)發(fā)展。相信經(jīng)過多年的努力，薩雷茲湖及相關(guān)區(qū)域?qū)瓉硪粋€安全穩(wěn)定、蓬勃發(fā)展的未來。

譚峰屹郭佳譯

2017-03-08

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(編輯李慧)