管涌如何引起洞庭湖决堤

文摘   2024-07-19 16:31   北京  

管涌

如何引起洞庭湖

决堤

—汛期来临 谨慎出行—

洞庭湖


洞庭湖,中国第二大淡水湖,坐落于湖南省北部,与长江水系紧密相连,其水位变化与堤防安全始终是社会关注的热点。近期,湖南岳阳市华容县团洲垸洞庭湖一线堤防(具体桩号19+800)遭遇了一场严峻的管涌危机,随后在紧急封堵失败后,堤坝不幸决堤。此次溃堤的团洲垸属于洞庭湖区24个蓄洪垸之一,大堤由于管涌而引发溃堤。

下面,我们来看看洞庭湖溃堤是如何发生的,  以及如何处理管涌险情。



洞庭湖水系图

(来源:水投策论)


洞庭湖遥感图

(来源:大地理馆)


堤垸的形成

说到溃坝,我们就不得不提到堤垸。洞庭湖堤垸的形成可追溯至历史长河中人类为应对湖泊洪水而采取的工程措施。长江四口与湘资沅澧四水携带的泥沙在洞庭湖沉积,形成了广阔的洲滩,吸引了垦种活动。初期垦种时,因无堤防保护,收成受水情波动大,被称为“湖田”。为稳定收成,人们开始在洲滩周边筑堤挡水,堤防逐渐增高扩展,形成了现今的堤垸体系。洞庭湖区现有千亩以上堤垸226个,涵盖重点垸、蓄洪垸及一般垸,总长达3471公里的防洪堤防,守护着广袤的垸区、耕地及上千万人口。


溃堤事件的经过

团洲乡坐落于洞庭湖北岸的西侧,与东岸的岳阳市隔湖相望,在历史上曾多次成为洪水侵袭的对象。特别是1996年与1998年的特大洪水,团洲便遭遇了堤防决堤的灾难性后果。二十六年时光流转,相似的危机再次悄然降临,而这次,洞庭湖的堤防安全正遭受着管涌现象的严峻挑战。

此次险情的核心区域,锁定在华容县团洲乡的团洲垸一线堤防。2024年7月3日15时30分左右迎水侧岸边出现漩涡,表明管状通道已经形成。初期,堤岸上细微的裂缝如同预警信号,逐渐在地面蔓延开来。紧接着,局部区域开始显现出缓慢下沉的趋势,堤防堤顶塌陷下挫1m有余,表明已有大量堤身砂土被流水带走从而形成空洞,致使坝体形成V字形。随着事态的恶化,堤防终在不堪重负之下发生决口,初始宽度约为10米,却在短时间内急剧扩大,至次日深夜已扩展至百余米之宽。最终,决口宽度飙升至226米,其导致的洪水泛滥,覆盖了约45.92平方公里的广阔区域。本次险情不仅造成了严重的灾情,也凸显了及时应对与有效治理管涌现象对于保护洞庭湖周边地区安全的重要性。

管涌示意图及现场照片

(来源:腾讯网)


哪些因素导致的溃堤

管涌示意图

(来源:中国青年报)

管涌现象,其实质为水流悄无声息地渗透进土壤深层,通过不断侵蚀与拓宽,形成隐蔽的地下通道,宛如一条条潜行的暗河,悄无声息地削弱着堤岸下的土壤结构,直至形成巨大的空洞。这些空洞如同堤岸下的定时炸弹,随着其规模的不断扩大,堤防的稳定性被逐渐瓦解,最终可能导致堤岸的崩溃,引发严重的自然灾害。那么,都有哪些因素可能引起管涌现象呢?

1、沙基问题:洞庭湖区的堤防构筑于沙质基础之上,其地质构造复杂,上层覆盖着黏性土层,而下部则广泛分布着透水性较强的粉细砂、中细砂及砂砾石层。当水位高涨时,这些高透水性地层成为水流渗透的主要通道,威胁着堤防安全。管涌现象作为这一问题的典型表现,初期表现为流土现象,即水流携带细小土粒移动。随着水流持续冲刷,土粒被逐步侵蚀,形成内部空洞,最终可能引发堤防的局部塌陷,对防洪安全构成严峻挑战。

2、软基问题:在湖区的堤防系统中,浅表层广泛分布着淤泥质软土,这类土壤特性显著,表现为极高的天然含水率、显著的孔隙率、较低的力学强度、高压缩性以及不良的透水性,形象地被称为“橡皮土”。在遭遇高洪水位的极端条件下,这类地基的固有弱点暴露无遗,极易诱发滑坡现象,进而对堤防的稳定性构成严重威胁,增加了堤防失稳的风险。

3、堤身土质差:堤防构筑初期,受限于当时的技术条件和施工手段,建设材料多就地取用,未能实施严格的土质筛选流程。这一现状导致堤身结构中存在诸多隐患,如渗漏通道、内部孔洞以及滑坡倾向,这些问题在堤防稳定性上埋下了伏笔。尤为严峻的是,当遭遇高水位考验时,这些潜在问题会显著加剧,使得堤防面临更为严峻的溃堤风险,对防洪安全构成直接威胁。

4、堤线不科学:堤防工程初建时,堤线布局多顺应洲滩自然走向,此举虽便于施工,却也无形中增加了河道的曲折度。进入汛期,复杂的水流动态在正面冲击或外滩狭窄的河段尤为显著,易引发底部与侧面的侵蚀现象,逐渐缩减外滩宽度,甚至直接威胁到堤基的完整性。这种侵蚀作用若持续加剧,将造成堤脚被掏空,进而引发堤防失稳,对防洪安全构成严峻挑战。

此次管涌事件的发生由于洞庭湖区的堤防基础多为深厚砂卵石,夹有粉细砂,透水性强,在堤外河道涨水的情况下,两边水压差会使地下水夹带泥沙从薄弱环节涌出,造成堤坝空洞变形,最后溃堤。




处理管涌险情的方法

管涌作为洞庭湖区防洪安全的重大威胁,其一旦发现便需即刻应对,以防范溃堤之虞。在处理管涌时,多元化的技术手段被广泛采用,包括但不限于反滤导渗措施、构建反滤围井以及实施蓄水反压法。这些策略的核心目标均聚焦于降低涌水量与带砂量,从而有效遏制险情的进一步恶化,确保堤防安全。下面,我们针对管涌形成的不同阶段,看看都有哪些有效的治理方法。

1、在管涌形成初期,最常用的方法是“反滤导渗法”。针对管涌点,首要任务是彻底清理周边的杂物与淤泥,随后分层铺设适宜的反滤材料。此过程中,需精细控制反滤层的厚度,以确保既能允许清水顺畅流出,又能有效阻止砂粒随水流失,从而达到稳定管涌、保障堤防安全的目的。

反滤导渗法处理管涌现场照片

(来源:bilibili网)

2、面对大涌水量的紧急情况,用得最多的处置措施是“反滤围井法”。根据泡泉的大小用不透水的粘土或土(砂)装袋围一井圈,称为“围井”,并在此基础上分层铺设滤料。这一操作旨在精心调控涌水的流出过程,确保其在流动中不夹带泥沙,从而有效缓解险情,保障堤防的稳固性。


反滤围井法现场图

(来源:水利水电报)

3、若管涌情况严重,应考虑“蓄水反压法”。当出水量大或涌水口位于水塘深处,直接铺设反滤料存在困难时,可巧妙利用周边地形特点,构筑围堤以抬高水位,进而形成反压效应。此举旨在通过改变水流动力条件,有效减少涌水及其携带的砂量,从而控制险情发展,保障堤防安全。


处理管涌的现场照片

(来源:水利水电报)

4、当发生溃堤后,封堵决口是重中之重。目前决口封堵主要采取土石封堵、身体封堵、卡车运送石料封堵、土石坝封堵和决口封堵网等办法。在此次华容县团洲垸洞庭湖一线堤防决口封堵中,“以车代仓”的方法为抢险赢得了宝贵的时间。中国安能技术专家组研究提出采取“机械化双向立堵+船舶水上抛投”战法,按照“抢筑裹头、双向立堵、水上抛投、突击合龙、加高加固、防渗闭气”的程序进行封堵。一辆辆满载块石、砂卵石的卡车依次在决口两侧投放物料,大型挖掘机、推土机进行填埋作业,大型驳船同步开展水上抛投作业。于2024年7月9日,洞庭湖完成封堵。
封堵决口现场照片
(来源:中国青年报)



警钟

洞庭湖的决堤再次敲响了防洪安全的警钟。千里之堤,溃于蚁穴。为确保堤防安全,持续强化监测与维护工作至关重要。一旦发现管涌苗头,应秉持“早发现、早处理、小范围控制”的原则,立即行动,采取精准而迅速的措施,将潜在危机化解于萌芽状态,有效避免溃堤等严重事故的发生。



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编辑:王英超  审核:张敏


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