洞庭湖水系范圍。圖源:《中國國家地理》
洞庭湖的形成經歷了一個由小變大、由大變小的演變過程,歷史上長江大水帶來大量泥沙涌入洞庭湖區后沉降。洞庭湖區堤防基本為土堤,地基大多直接坐落在軟弱的黏土、粉質黏土之上,下部大多還存在淤泥質土及粉細砂、砂礫石等不良松軟地層,堤防存在的工程地質問題和險情隱患較多。
洞庭湖堤垸的形成
長江四口及湘資沅澧四水大量泥沙沉積在洞庭湖,形成大量洲灘,吸引人們來墾種,剛開始墾種的時候無堤防,若遇小水年份則有收成、遇大水年份則無收成,當時被稱為“湖田”。
為了使收成年份增加,人們在洲灘周圍開始建堤防擋水,隨著堤防加高加大,就逐漸形成了現有的堤垸,堤防保護的范圍也是我們所說的堤垸。
目前湖南洞庭湖區千畝以上堤垸有226個,其中重點垸11個、蓄洪垸24個、一般垸191個,一線防洪堤防總長3471公里,保護著垸區1844萬畝、耕地912萬畝、人口1049萬人。
在堤垸形成過程中,堤防是在沙洲泥灘建設起來的,部分堤段還跨越原有河道水面建設。當時建設堤垸并無現代技術,未進行清基處理,無法保證堤防的質量。而且當時的堤防也是由老百姓自發填筑起來的,如部分地區將柳樹砍下來作為堤防的地基,必然導致堤防存在先天性缺陷。
洞庭湖堤防存在的主要問題包括哪些?
從地質分類來看,洞庭湖堤防存在的主要問題有沙基、軟基、堤身土質差、堤線不科學等。
沙基:地層結構上一層為黏性土,一般小于2米,其下為透水性較強的粉細砂、中細砂、沙礫石層。當外河外湖水位過高,水將通過沙基向堤面內部滲透,主要有分散性滲漏和集中滲漏兩種形式。洪水期集中滲漏較普遍,初期以流土為主,最終形成管涌,管涌將帶走沿途土質顆粒,當空洞到一定程度后,可能造成堤防塌陷,進而發生潰垸險情。
軟基:湖區較多堤基淺部存在淤泥質類軟土,天然含水量高,孔隙比大,存在強度低、壓縮性高、透水性差、固結排水時間長等特點。部分堤防也是在此地質條件下建成,湖區老百姓稱為“橡皮土”,在高洪水位期間,大堤容易發生滑坡險情。如錢糧湖垸采桑湖一線大堤,經過數十年仍然發生沉陷。
堤身土質:堤防建設從三國時期就開始,經歷過多次的加大加厚,逐步形成目前的局面,受制于當時施工工藝技術水平,修堤土均為就近就地取材,無法對土質作出嚴格篩選,所建堤防存在堤身滲漏、堤身孔洞、滑坡失穩等問題。
堤線:堤防建設之初,堤防的堤線未科學分析,一般沿著洲灘的方向填筑,造成河道彎曲多,汛期在迎流當沖或外灘較窄的河段,在水流的底蝕和側蝕作用下,外灘變窄,有的直接破壞了堤基,導致堤腳掏空失穩。在東、南洞庭及目平湖地區,湖面開闊,風的吹程大,雍浪高對一線湖堤產生浪蝕,堤基岸坡淘刷垮塌現象較普遍。
管涌險情應該如何處置?
管涌險情是洞庭湖區最危險的險情。上世紀90年代以來,洞庭湖區發生多處特大管涌險情,如1996年長春垸、錢糧湖垸、共雙茶垸,1998年南漢垸、安造垸,1999年民主垸,2014年善卷垸,2017年爛泥湖垸特大管涌險情,嚴重威脅堤垸安全,其中安造垸、錢糧湖垸、共雙茶垸、民主垸均因特大管涌險情潰堤,造成重大經濟損失。
發生管涌險情處理方法包括反濾導滲、反濾圍井、蓄水反壓等。
反濾導滲:在翻砂鼓水險情較小時,宜適當清理管涌點周邊雜物、淤泥后按要求分層鋪設反濾料,按清水流出不帶砂的要求控制反濾層厚度。
反濾圍井示意圖
蓄水反壓:如管涌出水量較大,或涌水口在水塘中,難以鋪設反濾料時,應利用周邊地形修筑圍堤,壅高水位,形成反壓,減少涌水、帶砂量,控制險情。
“發生管涌一定要搶早、搶小。發現管涌時出來的水是清水問題就不大,如果帶出細沙也還行,如果砂石都帶出來了就非常嚴重,搶不住的話,砂石不斷往外涌,堤下面就會被掏空,最容易潰堤。”湖南省水利廳專家說。