堤防杀手——管涌险情,如何处置
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2022年05月18日 14:24:40
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      鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,处于江西省北部,长江中下游南岸,汇集赣江、抚江、信江、饶河、修水五大河流之水,经调蓄后由湖口注入长江。同时,鄱阳湖还承纳长江干流倒灌洪水,对长江洪水进行调蓄,是长江最大的通江湖泊。       1998年洪水之后,江西省加大水利投资,初步建成了以水库调蓄洪水、重点堤防抵御洪水、平垸分洪、蓄滞洪区蓄洪为一体的综合防洪工程体系,在应对2020年超历史大洪水中发挥了重要作用。

      鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,处于江西省北部,长江中下游南岸,汇集赣江、抚江、信江、饶河、修水五大河流之水,经调蓄后由湖口注入长江。同时,鄱阳湖还承纳长江干流倒灌洪水,对长江洪水进行调蓄,是长江最大的通江湖泊。

      1998年洪水之后,江西省加大水利投资,初步建成了以水库调蓄洪水、重点堤防抵御洪水、平垸分洪、蓄滞洪区蓄洪为一体的综合防洪工程体系,在应对2020年超历史大洪水中发挥了重要作用。

    


 
       
       
洪水之眼        


在江湖堤防的内侧

每当大洪水退去

经常可以发现各种各样的砂袋土圈


摄影:胡国平

摄影:蒋勇

有的远在堤坝内侧的稻田里

摄影:蒋勇

摄影: 魏思奇

有的散落在池塘中

摄影:魏思奇

摄影:张洪杰

有的在房前屋后

像一个个怪圈

摄影:蒋勇

摄影:魏思奇

有的紧靠堤脚

摄影:蒋勇

摄影:蒋勇

有的三五成群

散若北斗七星

摄影:陈九灵

有的体型庞大

土圈围上可站几十人

摄影:蒋勇

摄影:蒋勇

有的被插上三角旗以示警

摄影:陈九灵

摄影:陈九灵

有的气泡翻滚

甚至一点就着

被戏称为“火泡泉”

摄影:张华明

摄影:张华明

走近观察

外围堆筑了一圈编织土袋

土圈中的水或清澈

如一泓清泉

或浑浊

如一池泥浆

摄影:蒋勇

里面堆满了砂卵石

摄影:胡国平

有人称之为“ 大地溃疡

摄影:蒋勇

也有人称之为“ 洪水之眼

摄影:魏思奇

更有人称之为“ 堤坝杀手

供图:詹耀煌

在洞庭湖边

它被称为“ 沙眼


在鄱阳湖畔

它有一个更响亮、形象的名字——“ 泡泉

每到汛期

泡泉在鄱阳湖区频频出镜

谈之色变

为了找出泡泉

需要多人排成一排

拉网式不间断巡查

图源:人民视觉

为鼓励全民参战

有些地方甚至论个悬赏


老水利人讲

一个泡泉就是一个惊心动魄的故事

摄影:李建春

新水利人说

每个泡泉围井

都是一个值得学习的成功案例

江西省水利科学研究院防汛专家实地讲解泡泉抢险案例   摄影:蒋勇

摄影:张勇奋

翻开地方水利志和有关文献

江湖圩区百姓简直是一部与泡泉的 斗争史


         

以江西省为例

历史上很多重要堤防的决口

均由泡泉造成:


1995 年   保护 6 万余人

耕地 20 万亩的新建县二十四联圩

因泡泉决口


1998 年  保护 4 万余人

耕地近 8 万亩的九江县江心洲大堤因泡泉决口


1998 8 6

长江九江城防堤因泡泉决堤

牵动了全国的心


2010

临川区唱凯堤因管涌决口

造成 4 个乡镇 10 万余人受淹


     


         
         
何为泡泉          


泡泉,学名管涌

是一种土质堤坝最常见的险情




圩堤都修筑在河流中下游

或三角洲的河漫滩上

摄影:蒋勇

洪水期河流断面扩大

河漫滩洪水流速减小

挟带的细粒泥沙

沉积并覆盖在河床上

形成下部为粗砂和砾石组成的河床沉积物

上部为细砂或黏土组成的河漫滩沉积物

这种下粗上细的沉积结构

称为“ 二元结构

圩堤修筑时就地取材

堤身由细砂或黏性土组成

简称“ 均质土堤

摄影:蒋勇

当河湖的水位升高时

圩堤开始临水

水体慢慢洇渗进入堤身

在压力的作用下

整个渗入过程从高到低

一直持续到背水面的堤脚

这个时候把堤坝垂直坝轴线

横向切开

可以分成上干下湿两部分

干湿交替的分界线

称为“ 浸润线

浸润线以下

土体被完全浸透

持水量已达到饱和

力学性质变差

浸泡软化、抗剪力下降

称为“ 完全饱和土体


浸润线以上

为较干部分

含水量尚未达到饱和状态

称为“ 非饱和土体

浸润线的起点

是外河水位和圩堤的接触点

终点为背水面的堤脚附近

称为“ 出逸点

或出逸高程

水从堤脚出逸点以下

开始慢慢渗出

这种现象俗称“ 堤出汗

学名“ 散浸

摄影:万怡国


河湖水位越高、出逸点越高

渗水量越大

土的力学性质越差

甚至造成淤泥“ 软脚 ”现象

对堤坝越危险

 

散浸是非常普遍的堤防险情

最好的处理措施

是第一时间开挖排水沟

让渗水尽快排出去

不会产生“ 软脚 ”现象

这种险情处理方法称为开“ 导渗沟

摄影:万怡国


由于堤防都修筑在二元结构上面

上层是细砂或黏土

下层是更粗的砂砾石层

当河湖水位继续上涨

堤内上下水位压力差继续加大

堤身或者堤基础内部的细颗粒砂土

在水压的推动作用下

会顺着水流方向被移动、带走

形成管状通道

从堤脚甚至更远的薄弱地段

如堤身、池塘、稻田

人工水井、腐植土层、房前屋后

持续将含有泥砂的浑水

涌出地面

出水时涌口上下翻滚

并形成明显的砂环

这种现象就是 管涌

当其出口处于黏性土时

表象为土体局部表面隆起

浮动或大块土体移动流失

此时也称为 流土


       
       
上堵下排        


管涌的危害非常大

由于挟砂带土

管涌通道会越来越大

如果处置不及时

管涌发展非常迅速

当堤身或堤基大量砂土被带走后

形成空洞

堤坝会突然塌陷

甚至 溃决

管涌决堤实验


1998年

震惊全国的长江九江城防堤管涌

从发现到决口 不到 1 小时!!!

决口过程:         8                 7         日中午         12                 45         分,该堤         4                 5         号闸之间,内侧堤脚处发现小泡泉,         13         时出现         3         个泡泉喷水点并夹有泥块,高度达         30厘米         。时隔半小时,出水点扩大,因大量堤身土体被带走,堤顶出现直径约         2米         的塌陷洞,十分钟后大堤决口,最终口门宽度扩大到         50                


经过数万军民五天五夜的英勇奋战

最终堵口成功

创造了世界第三大河流上

在超历史高洪水位情况下

堵口成功的人间奇迹

形成伟大的98抗洪精神

来源:见图

管涌必须尽早发现

第一时间处置

把险情控制在萌芽阶段

这也是汛期要求人员拉网式巡堤的原因

2020年8月7日,江西省水利科学研究院青年志愿者在九合联圩体验巡堤

为了减少渗水量

堤防迎水面通常采用

透水性差的粘土材料

为使渗水顺利排出

背水面坡脚采用透水性好的反滤材料

保护出口

也就是常说的“ 上堵下排

 

管涌发现以后

用得最多的处置措施是“ 反滤围井

根据泡泉的大小

用不透水的粘土装袋

围一井圈,称为“ 围井


利用连通器原理

抬高井内水位

减小上下游水位差

这种方式称为“ 养水盆

摄影:王志超

摄影:李建春

同时,在围井内泡泉口

依次铺填粒径由细到粗的

粗砂、砾砂、卵砂

把渗水中的泥沙反向过滤

在铺填的砂石层中

渗水自由流出


渗清水,是泡泉险情处置成功的 标志

这种措施称为“ 反滤

反滤也被广泛用于堤脚导渗沟出口保护

根据险情的现状,反滤围井或大或小

有时甚至像“锤地鼠游戏”

处理好一个,边上又冒出一个

形成管涌群

这时,需要将围井尽量圈大

供图:陈金昌

反滤围井

属于堤防管涌险情的应急抢险措施

为了减小或消除管涌隐患

在修筑堤防时

需要反复碾压土层

提高堤身的密实度

减小细颗粒在水压的作用下被带走

在迎水面铺筑不透水的粘土层

降低浸润线

这种措施称为“ 粘土斜墙

沿堤轴线

选择适宜的施工方法

增加一层垂直防渗体

降低浸润线

提高堤身防渗性

统称“ 垂直防渗

常用的方法有:

垂直铺膜

喷射注水泥浆

射水成墙

深层搅拌桩

这种措施施工方便,效果良好

大量用于堤防的除险加固

由于很多堤防都是就地取材

使背水面堤脚不远处

会形成大量因取土产生的沟塘

成为养殖鱼塘、藕塘或长满水草

高水位时极易成为土体的薄弱环节

产生管涌 且巡查难度很大


常用的措施是:

将河道里的砂质土利用机械方式吹填

填平沟塘,形成透水性好的“ 压浸平台”

保护浸润性出口

以上措施简称为“ 填塘压浸

管涌作为一类常见的堤防工程险情

各地圩区人民在实践中

积累了丰富的抢险经验

本文仅对管涌机理

和常见处置原则进行了简单介绍

在险情处置过程中

需要结合实际情况综合确定适合的措施

未来 如巡堤人再遇管涌险情

定能快速判查险情类别

合理选择处置措施

有效控制险情发展



参考文献:

[1] 陈介夫 . 波阳湖区圩堤泡泉发展的趋势 [J]. 江西水利科技 ,1984(1):35-37.

[ 2 ] 汤思禄 . 痛定思痛   未雨绸缪——南昌市 1998 年洪灾反思 [J]. 江西水利科技 ,1999(S1):3-5.

[ 3 ] 陈远志 .1998 抗洪抢险启示录 [J]. 江西水利科技 ,1999(S1):3-5.

[ 4 ] 丁留谦 , 张启义 , 姚秋玲 .1998 年长江流域管涌险情特点分析 [J]. 水利水电技术 ,2007(2):44-45.

[ 5 ]ASCE/EWRI Task Committee on Dam/Levee Breaching. Earthen embankmentbreaching[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2011, 137(12): 1549-1564.

[ 6 ] 肖承煌 . 长江九江决口缘由及根治对策 [J]. 湖北地矿 ,1999(1):3-5.

[ 7 ] 成昆煌 , 吴江春 . 长江九江市城防大堤溃口原因探讨 [J]. 长江职工大学学报 ,1999(2):3-5.

 


     

     

编写单位: 江西省水利科学研究院、江西省水利学会

编写: 雷声、 周王莹

绘图: 付佳伟、张喆

编辑: 周王莹、彭敏萱

校核: 王萱子


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云淡风清88
2022年05月18日 16:19:56
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蓝瑟妖姬m
2022年05月19日 15:35:01
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