李 坤，司富安，張小寶，趙 鑫，羅 飛

（1.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，100120，北京；2.長江設計集團有限公司，430010，武漢）

長江中下游干流河道上起宜昌，下迄長江河口，全長1880 km，承泄上游干流及中下游支流的巨大洪水。1998年汛后，長江中下游重要堤防進行了全面系統(tǒng)的除險加固建設，堤防防洪能力得到很大提升，在1999年防汛抗洪中發(fā)揮了巨大作用，取得顯著效益。但由于河道安全泄洪能力仍遠小于上游來水量，且長江中下游平原地面高程普遍低于當?shù)睾樗?，因而是長江流域水災害最集中、最嚴重、最頻繁的地區(qū)。堤防工程是防洪減災體系的重要組成部分，我國5級及以上江河堤防總長328 181km，其中長江中下游5級以上堤防長81 108 km，涉及8個?。ㄖ陛犑校Ｗo853.3萬hm2耕地和16 179萬人口，是長江最有效的基本防洪設施之一。

一、工程概況

長江中下游干流干堤長3904 km，支民堤約3萬km，共有堤防27段。1級堤防包括荊江大堤、南線大堤、漢江遙堤、無為大堤以及沿江重點防洪城市堤防，長638 km；2級堤防包括松滋江堤、荊南長江干堤、洪湖監(jiān)利江堤、岳陽長江干堤、四邑公堤、粑鋪大堤、黃廣大堤、九江長江干堤、同馬大堤、廣濟圩江堤、樅陽江堤、和縣江堤、江蘇長江干堤等，長1360.5 km，其余為3～4級堤防。另外，洞庭湖、鄱陽湖區(qū)重點垸堤防擬定為2級，蓄洪垸堤防為3級。

長江干流堤防均修建在第四紀沖積平原上，1954年大洪水后，長江中下游以1954 年實測最高洪水位29.73 m為設計防御標準全面加培堤防；1972年、1980年后，除武漢段仍按1954 年最高水位不變外，其他河段分別比1954年實際水位提高0.33～0.82 m作為設計水位進行堤防加高加固；1998 年以來，陸續(xù)開展長江中下游干流河道治理工程，通過采取護岸、裁彎、堵汊、疏挖、岸線調整等一系列綜合治理措施，對長江中下游重要堤防進行了全面、系統(tǒng)的除險加固，使長江中下游河道行洪和堤防防洪能力明顯提高。

根據(jù)2009—2021年《中國水利統(tǒng)計年鑒》長江中下游堤防歷年數(shù)據(jù)可以看出（圖1），長江中下游堤防總長度呈緩慢增加趨勢；而累計達標長度和達標率在2008年汶川地震之后驟降，經(jīng)過除險加固后，在2012年恢復到震前水平，且近年逐年升高。目前，長江中下游堤防達標率約63.63%，其中3904 km干堤已全部達標。長江中下游建立了較為完整的堤防工程體系，極大提高了長江堤防防御洪水的安全可靠度。中下游干流荊江河段防洪標準達到100 年一遇，配合荊江地區(qū)蓄滯洪區(qū)的運用，可防御歷史上發(fā)生的1860年、1870年特大洪水；城陵磯及以下干流河段堤防通過干支流水庫調蓄可防御1954年大洪水；漢江中下游堤防依靠綜合措施可防御1935年大洪水，其他支流堤防一般可防御10年一遇～20年一遇洪水，相較于新中國成立前防御3年一遇～5年一遇洪水，均得到大幅度提升。依靠現(xiàn)有防洪工程體系，長江流域成功抵御了2016年、2017年、2021年區(qū)域性大洪水以及2020年流域性大洪水。

二、歷史洪水和災情

長江洪水主要由暴雨形成，以5—10 月最為集中，占全年降雨量70%～90%以上。長江流域面積廣，暴雨頻繁、歷時長，導致中下游干流洪水峰高量大，持續(xù)時間長，洪災頻繁且嚴重。根據(jù)《長江年鑒》記載，截至1993 年的近500 年內，長江流域發(fā)生災害性洪水346次，平均不到2 年一次。

中華人民共和國成立以來，長江發(fā)生多次大或特大洪水，造成嚴重災害。1954年，長江中下游遭遇百年罕見的流域性特大洪水，共淹農(nóng)田4755萬畝（1畝=1/15 hm2，下同），受災人口1888萬，被淹房屋428萬間，受災縣市123個。1998年，長江再次發(fā)生流域性洪水，中下游潰決堤垸1975座，淹沒耕地358.6萬畝，倒塌房屋212.85萬間，受災人口231.6萬，此后，除險加固工程顯著提升了長江中下游堤防防洪能力。1999年汛期，在水位僅次于1998年最高洪水位時，長江中下游沿江堤防出險點數(shù)與1998年相比明顯減少，險情明顯減輕，抗洪搶險的艱苦程度和災害損失也大大低于1998年，所消耗的人力、物力、財力等與1998年相比大大減少。2016年長江再次發(fā)生流域性大洪水，導致5608萬人受災。2020年，長江發(fā)生了新中國成立以來僅次于1954年、1998年的流域性大洪水，導致3417.3萬人受災。2021年長江流域共有715個縣（市、區(qū)）8446個鄉(xiāng)鎮(zhèn)約1804萬人受災，農(nóng)作物受災面積達123.7萬hm2。

三、險情類型及成因

根據(jù)1995 年、1998 年和2020 年長江中下游干堤險情數(shù)據(jù)結果來看（表1），堤防險情類型中以管涌、散浸、裂縫、脫坡最為頻發(fā)。3110組險情數(shù)據(jù)中，堤基出險1892組，占61%，堤身出險970組，占31%。堤防險情表現(xiàn)形式中，管涌和散浸數(shù)量最多（圖2），與1995—2020年險情數(shù)據(jù)特征大體一致。

表1 長江中下游干堤險情數(shù)據(jù)表

圖2 長江流域堤防險情類型分布直方圖

1.堤身險情類型及成因

堤身險情主要包括滲透破壞與變形失穩(wěn)兩種破壞類型。滲透破壞的表現(xiàn)形式主要包括堤身散浸和管涌、漏洞等；變形失穩(wěn)險情的表現(xiàn)形式主要包括堤身裂縫、脫坡等。此外，漫頂、潰決破壞形式也偶有發(fā)生。

在統(tǒng)計到的970 組堤身險情數(shù)據(jù)中（表2），包括了漫頂、滲透破壞和變形失穩(wěn)三種類型，其中滲透破壞類型主要表現(xiàn)形式為管涌險情，變形失穩(wěn)以裂縫、脫坡表現(xiàn)形式為主。

表2 堤身險情類型

（1）漫頂潰決

20 世紀以來，隨著人口增長和經(jīng)濟建設發(fā)展，人為圍湖造地、侵占河道情況日益嚴重，導致洪水量大與河道泄洪能力不足的矛盾特別突出。汛期洪峰過高、河道泄洪能力不足時常導致洪水漫出堤頂，堤身長期浸水、水流沖刷作用強、堤身填土質量差且抗沖刷能力弱、堤身斷面不達標等是堤防漫頂潰決的主要原因。另外，汛期分洪也是堤防潰口的原因之一，尤其在1954年洪水期間較為突出。

（2）滲透破壞

滲透破壞是堤身的主要破壞類型，占比67.55%。散浸險情呈現(xiàn)出堤身背水坡滲水、流量隨水位升高的特點。堤身管涌和漏洞險情以堤身背水坡出現(xiàn)直徑數(shù)厘米的“清水漏洞”或“渾水漏洞”為主。

根據(jù)地質勘察和調查綜合分析認為：由于長江堤防多是逐次分階段加培或搶險臨時加高培厚而成，堤身單薄、斷面不達標等易導致堤身發(fā)生滲透破壞；搶險過程中臨時就近取土，堤身含有滲透系數(shù)大的砂性土，土質復雜容易導致接合不良部位土的顆粒和滲透特性不同，堤身長時間高水頭運行，容易導致堤身背水坡滲水；堤身存在大量蟻穴、鼠洞等生物洞穴，以及腐爛植物根系等也是堤身易產(chǎn)生滲透破壞的重要原因；郵輪等船只對堤身的撞擊，導致堤身土體松散甚至變薄，是堤身產(chǎn)生滲透破壞的原因之一。

（3）變形失穩(wěn)

在堤身險情類型中，裂縫、脫坡變形導致的失穩(wěn)破壞占比最大，浪坎其次，滑坡則相對較少。裂縫、脫坡險情主要表現(xiàn)為：迎水坡堤頂或堤身出現(xiàn)1 mm至2 m寬、幾米到數(shù)百米長的裂縫，沒有護坡堤段迎水坡凹岸堤身發(fā)生滑坡、堤身內外坡出現(xiàn)脫坡。浪坎險情特征主要為：臨水側堤身出現(xiàn)長數(shù)米至數(shù)百米、高0.3～2.5 m的梯形坎。

通過險情調查和地質勘察，分析認為：①堤身土質接合不良、土質復雜，砂堤段背水坡滲水，沒有及時處理，堤身長時間浸水土體結構發(fā)生破壞，堤身背水側易產(chǎn)生變形和脫坡；②長江中下游江水流速較快，迎流頂沖對凹岸側蝕沖刷能力較強，尤其三峽大壩運行以后清水下泄導致洪水期清水對岸坡側蝕能力增強，水土流失嚴重，堤身容易下挫產(chǎn)生裂縫、發(fā)生滑坡；③汛期臨水側風浪較大，堤身夯實不嚴，抗沖刷能力差，容易形成浪坎。

2.堤基險情類型及成因

長江中下游堤防多建在一級階地和高漫灘前緣，長江兩岸分布大量黏土和壤土等，堤基地質結構以上厚層黏性土的雙層結構為主，占比41.3%；其次為多層結構堤基，占比26.87%，其他結構占比較少，百分之幾至十幾不等。

無黏性土或少黏性土的空間分布狀態(tài)決定了堤基滲透破壞的表現(xiàn)形式，長江中下游地區(qū)滲透破壞主要發(fā)生在無黏性土或少黏性土地層中。如湖北省鄂州市昌大堤四房灣堤段堤基砂性土厚度達40 m左右，1998年汛期發(fā)生了嚴重的滲漏險情；南線大堤堤基上部為全新統(tǒng)沖積物，以砂性土為主夾黏性土，或砂性土與黏性土互層，1998年汛期擋水堤段發(fā)生管涌等滲漏險情。

統(tǒng)計的1892組堤基險情全部為滲透破壞類型，表現(xiàn)形式為管涌、漏洞、散浸和流土。其中，管涌和散浸險情共1848組，占比98%。917組管涌險情多表現(xiàn)為堤內坑塘出現(xiàn)翻砂鼓水現(xiàn)象，如：1998年8月7日上午10點，安慶江堤樁號14+737處，距內堤腳約200 m處水塘相繼發(fā)生7處管涌，管涌群面積約1000 m2，管涌口直徑10～35 cm，水頭上沖約20 cm。931組散浸險情多表現(xiàn)為堤腳或距離堤腳數(shù)米到數(shù)十米之外發(fā)現(xiàn)地面潮濕或滲水。40組漏洞險情為現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有清水流出的小孔洞，如1998年荊南長江干堤樁號618+400處，距堤腳5 m處見直徑2.5 cm的6個清水洞，范圍在5 m2內，流量2 L/min。

根據(jù)堤防工程地質勘察和險情統(tǒng)計數(shù)據(jù)，長江中下游堤基險情數(shù)量分布與堤基地層結構占比差距較大（圖3），占比最大的上厚層黏性土二元堤基結構堤段內出險占比僅24.89%。

圖3 不同堤基地層結構類型總長、險情占比柱狀圖

根據(jù)調研和地質勘察分析認為：堤基存在滲透性較好的砂性土是導致滲透破壞的重要原因；汛期堤防搶險臨時就近取土，堤內存在大量地勢低凹的坑塘、溝，導致蓋層有效厚度減小、滲徑變短、無法承受高水頭而發(fā)生管涌或散浸（圖4），這也是數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果中，上厚層黏性土堤基的堤段出現(xiàn)險情數(shù)量較多的重要原因；汛期堤基長時間承受高水頭；堤內分布有生物洞穴、腐朽植物根系、鉆孔、取水井等，導致堤基質量下降。

圖4 堤基管涌典型地質剖面示意圖

3.岸坡險情及成因

長江中下游干流河道長1893 km，崩岸是長江中下游河岸普遍存在的一種自然現(xiàn)象，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003—2020 年以來中下游干流河道共發(fā)生崩岸險情1010處，崩岸總長度729.5 km。其中，以下荊江河段、池州河段、安慶河段和蕪湖河段最為頻發(fā)。崩岸險情為變形失穩(wěn)類型，主要表現(xiàn)為條崩（119 組）、窩崩（19組）和滑坡（10組）。

條崩一般沿岸線呈長條形，長度十米到幾千米不等，寬度一般3～5 m，寬者可達7～8 m，多出現(xiàn)在順直型河道主流貼岸的一側，在彎曲型河道的凹岸也有發(fā)生。條崩多出現(xiàn)在順直型河道主流貼岸的一側，在彎曲型河道的凹岸也有發(fā)生，一般先產(chǎn)生縱向裂縫，然后在平面上形成條帶狀崩塌。條崩的發(fā)生主要與岸坡土質抗沖刷能力差、深泓逼岸、迎流頂沖、河床沖淤變化頻繁以及長江中下游清水下泄等有關。

窩崩的崩滑面呈圓弧形或鋸齒形，一般沿岸線的長度數(shù)十米至百余米，崩進江岸的寬度大約為其長度的1/2。窩崩的發(fā)生主要受河勢條件控制，一般出現(xiàn)在水流動力作用較強的岸段，如：彎曲型河道的凹岸，分汊型河道的彎曲主、支汊凹岸及其匯流段。在近岸遭受強烈沖刷的情況下，順直型河道也會發(fā)生連續(xù)窩崩，導致岸線在平面上呈鋸齒形。窩崩發(fā)生的主要原因包括岸坡地層層次變化大、抗沖刷能力差、深泓逼岸、迎流頂沖、河床沖淤變化等。在江水強烈沖刷和地下水滲流共同作用下，下部土體被沖刷帶走導致岸坡變陡、岸坡坍塌、岸線后退速度較大，則會形成窩崩。如1984年7月，發(fā)生在揚中河段嘶馬彎道的口袋型窩崩塌口寬330 m，崩窩坍進500 m。

滑坡一般發(fā)生在河岸分布有淤泥質土，或者河岸存在傾向江河的軟弱結構面的岸段，主要與迎流頂沖、岸坡土體松軟或抗沖刷能力差、河水淘刷河岸坡腳、順向坡或存在軟弱結構面等有關。如1998 年耙鋪大堤樁號K98+313至98+653段發(fā)生的衛(wèi)家磯滑坡，厚度4～6.6 m，體積約1.5×104m3，滑帶傾角10°～13°；1999年對滑坡進行了簡易處理；2000年9月，近堤腳處再次出現(xiàn)兩條長20～30 m的裂縫。

4.穿堤建筑物險情及成因

統(tǒng)計數(shù)據(jù)中包括穿堤建筑物險情100組，主要為接觸沖刷（57組）、建筑物損毀（35組）和沉降變形（8組）。

接觸沖刷主要表現(xiàn)為建筑物、閘基或涵管與土體接觸部位發(fā)生散浸、管涌或流土，如：1998年8月1日，在荊南長江干堤幸福閘出口30 m、高程39 m的蓄水池頂出現(xiàn)四處管涌，直徑1～4 cm；8月11日，在洞身出口20 m處泄水槽(高程36.5 m)上，高程39 m處又有3處直徑2～3 cm的砂眼，形成砂盤0.4 m2，另在高程39.5 m處出現(xiàn)直徑3 cm的渾水砂孔，出險時外江水位45 m；閘上游側內堤腳處見散浸，同時防於閘兩側堤防背水坡散浸嚴重。

建筑物損毀表現(xiàn)為涵管斷裂、漏水，機電設備損壞、閘門變形無法啟動等。沉降變形則主要為閘室下沉、閘身出現(xiàn)裂縫等。破罡湖閘站基礎為淤泥質黏土，1998年汛期破罡湖閘室兩側引橋刺墻分縫止水損壞，空箱內漏水，迎湖側1#至5#閘孔胸墻與閘墩接合部滲水；泵站匯水箱與穿堤涵箱第一道沉陷縫冒清水，泵室匯水箱下12 根立柱上端出現(xiàn)最大15 mm 的水平或斜向裂縫，水泵層框架梁兩端在電機層澆筑加載后出現(xiàn)0.2～0.5 mm 的螺旋形裂縫，整個泵房朝出水側傾斜，底板兩端高差約5 cm。

根據(jù)工程地質勘察，分析認為穿堤建筑物出險的主要原因為：建筑物直接與抗?jié)B性差的砂性土接觸，易發(fā)生滲透破壞；機電設備運行產(chǎn)生振動導致建筑物與周圍土體接觸部位出現(xiàn)縫隙，高水位運行期間，產(chǎn)生滲透破壞；軟土地基承載力差，易發(fā)生沉陷、抗滑失穩(wěn)，導致建筑物變形或損壞；建筑物修建時間較早，多年運行后機器老化。

四、結論

長江中下游堤防險情頻發(fā)，險情類型多樣，堤身、堤基、岸坡和穿堤建筑物等部位均有險情發(fā)生。堤身險情破壞主要有漫頂潰決、滲透破壞和變形失穩(wěn)三種類型，滲透破壞最為頻發(fā)，管涌和散浸最為突出。堤基險情主要為滲透破壞類型，以管涌和散浸最多，在堤基險情中占比98%。崩岸是長江中下游河岸常見的險情，其中，條崩和窩崩是最為常見的表現(xiàn)形式。100組穿堤建筑物險情中，接觸沖刷57組，說明滲透破壞類型在穿堤建筑物險情中仍為主要類型?？傮w來看，長江中下游堤防險情以滲透破壞最為突出，變形失穩(wěn)次之。

長江中下游堤防堤身出險主要由洪水期堤防高水位運行、水流的強沖刷作用、堤身質量差、堤身斷面不達標等原因造成。堤基出險主要與長江中下游兩岸特殊的二元堤基結構有關，而堤內不遠處存在坑塘、生物洞穴和植物根系等也是造成堤基滲透破壞的原因；長江中下游兩岸土體抗沖刷能力差、河道彎道多、深泓逼岸、河勢變化大、河床沖淤變化頻繁以及洪水下落造成的潛蝕等均為造成崩岸險情發(fā)生的重要原因。穿堤建筑物多在河岸線不遠處修建，堤基、堤身含有砂性土，建筑物修建時間較早，機械設備常年運轉振動導致接觸部位存在縫隙，長時間高水位運行等是穿堤建筑物出險的主要原因。

目前，長江中下游建立了較為完整的堤防工程體系，但部分險工弱段仍然需要治理。進一步加強長江中下游干流堤防新出險部位除險加固及隱蔽工程防滲護岸工作，提升堤防工程品質，是護佑長江安瀾、助力經(jīng)濟高質量發(fā)展的重要基礎。