第二松花江堤防险情类型及成因分析

司富安，李 坤，段世委，张小宝

(水利部水利水电规划设计总院，北京 100120)

发源于长白山天池的第二松花江(简称二松)是吉林省最大的河流，流域总面积7.38万km2，干流河道长825km，14个保护区，工程保护人口154.78万人，保护耕地面积116.09万亩。根据《吉林省场次洪水》、《松花江干流治理工程可行性研究报告》、《吉林省松花江干流治理工程初步设计报告》等有关资料，第二松花江历史上洪涝灾害频繁。由于第二松花江干流堤防占线较长，在2014年松花江干流治理之前，险工弱段多，行洪期常出现多处堤防险情及隐患，对堤防安全构成威胁，每次抗洪抢险工作要耗费大量的人力、物力和财力。

目前，有关第二松花江堤防工程险情类型及其成因系统分析的论文和文献相对较少。本文通过对1998—2013年间第二松花江典型段堤防险情资料进行统计，分析和总结了第二松花江堤防险情类型及其成因，以期为松花江流域及国内外具有类似条件的堤防工程地质勘察、设计和堤防运行管理、防汛抢险提供参考和帮助。

1 工程概况

二松堤防共40个堤段，总长490.69km(后通溪—三岔河口段)，其中干堤467.09km，回水堤23.60km。左岸8个保护区，23个堤段，堤防长275.49km；右岸6个保护区，17个堤段，堤防长191.6km。堤防堤顶宽度5～8m，堤高大于3m时，堤顶下2.5m背水坡设6～8m马道，堤防迎背水侧边坡均为1∶3，堤身大部分为黏性土，少部分为砂壤土、细砂及中砂。

二松护岸110处，长度99.95km，护岸工程采用干砌石、模袋混凝土、混凝土板块、石笼四种护坡型式，护底均采用石笼护底；穿堤建筑物98处(含废弃需拆除3处)。护岸工程岸边岩性一般为二元结构，上部为黏性土层，下部为中细砂层。

第二松花江主要防洪保护区位于丰满水库以下，包括吉林市、松原市、松原油田和广大农田，防洪任务由二松干流堤防、丰满、白山水库共同承担。堤防防洪标准为50年一遇，松原市城区堤防防洪标准为100年一遇，堤防工程、护岸工程、穿堤涵闸按2级建筑物设计，松原市城区段工程按1级建筑物设计，大多数穿堤建筑物规模小、荷载小。

2 历史洪水险情

第二松花江洪水发生在7—8月的次数占80%，暴雨出现频繁，年内可能出现2—3次洪峰，个别年份可能出现4—5次洪峰，一次洪水历时为40～60天。

第二松花江历史上洪涝灾害频繁，据调查自 1800 年以来的 200 多年间，第二松花江流域共发生较大洪水 64 次，平均每三年一次。建国后的60多年中，共发生较大洪水 14 次，给两岸人民造成很大损失，成灾面积大于 40 万亩就发生 5 次。1998、2010、2013年3次大洪水，导致第二松花江堤防出现多处管涌、脱坡、塌岸现象，受灾人口数百万人，农作物受灾面积数千万亩。

3 险情类型及成因

选取了第二松花江典型堤段1998—2013年堤防险情数据进行统计，根据250个险情点数据分析显示第二松花江以堤身险情和堤基险情为主，分别占比50%和40%，穿堤建筑物险情和堤岸险情各占5%。险情发生部位的比例如图1所示。

图1 第二松花江堤防险情发生部位占比图

3.1 堤身险情类型及成因

在统计到的126条堤身险情数据中，包括了漫顶溃决、渗透破坏和变形失稳3种类型，其中渗透破坏类型主要表现形式为管涌险情，变形失稳表现为堤身变形和脱坡表现形式为主，不同类型险情所占比例见表1。

表1 堤身险情类型 单位：个

(1)漫顶溃决

统计到的5处漫顶溃决险情点全部发生在堤防的凹岸部位，堤高2.8～3.6m，堤身填土为壤土(如：舒兰市前江四社堤防)或黏土(如：德惠市姚家岗下段堤防)。分析认为洪水期堤防高水位运行、堤防欠高、水流的强冲刷作用和堤身土抗冲刷能力弱是导致堤防漫顶溃决的主要原因。

(2)渗透破坏

2处接触冲刷险情表现为“堤防迎水侧砂基直接出露”，主要由于堤基和堤身填土特性不同导致接触部位岩土颗粒和渗透特性不同，迎水侧水流将细颗粒带走导致接触冲刷，砂基出露。

32处发生堤身管涌险情表现为砂堤出现渗漏。除个别险情点堤身填土为壤土外，其余堤段全部为砂壤土、细砂、中砂等砂性土。根据地质勘察结果分析，认为导致堤身渗漏发生管涌险情的原因有：①填土为砂性土的堤身渗透性相对较强；②高水位运行条件下堤身承受水头较大；③堤身断面较窄；④部分堤身土质不好，有腐殖土、杂草和草筏子。

(3)变形失稳

87处堤身变形和脱坡在堤身险情中占比69%，为堤身主要险情。险情特征为：砂堤段出现渗水现象，没有护坡地段坡面普遍遭到不成程度破坏，凹岸堤身局部出现脱坡。

通过调查和地质勘察分析，认为发生堤身变形和脱坡的主要有原因：①江道比降大，江水流速较快，迎流顶冲对凹岸侧蚀冲刷能力较强，尤其洪水期侧蚀能力增强，水土流失严重，堤身下挫发生脱坡；②砂堤段背水坡渗水，没有及时处理，堤身长时间浸水，土体结构发生破坏，产生变形和脱坡；③堤基表层黏性土属于冻涨性土，反复冻融作用引起堤防发生变形和脱坡。

3.2 堤基险情类型及成因

统计的101条堤基险情全部为渗透破坏类型，表现形式为管涌、流土、散浸和接触冲刷，不同类型险情所占比例见表2。如：吉林省九台市前排堤防险情为“在桩号0+300左右，堤后25m附近出现1处管涌”，吉林省松原市泔水缸上段堤防险情描述为“在桩号1+200，堤防后侧10～30m处出现3处管涌，砂堤出现渗漏”。

表2 堤基险情类型 单位：个

根据对堤防工程地质勘察所揭示的堤基地层结构类型和险情统计数据分析，101个出险点的堤基地层结构类型如图2所示。

图2 堤基险情的堤基地层结构类型柱状图

据图可以看出：堤基险情主要发生在砂性土堤基和上覆薄层黏性土的堤基条件区域，发生在上覆厚黏性土的双层结构的12例险情中，个别堤段堤后存在坑塘。根据地质勘查和数据分析认为堤基渗透变形险情产生的主要原因包括：①砂性土堤基和上覆薄层黏性土堤基渗透稳定性差；②在长期高水头作用下，堤基产生渗透破坏；③堤基存在生物洞穴、植物根系，导致堤基质量下降；④堤防前后存在坑塘，在一定程度上减少了黏土层的厚土导致渗径变短。

3.3 穿堤建筑物险情及成因

二松有穿堤建筑物98处，统计到11处穿堤建筑物险情主要表现为建筑物无进出口、闸室和洞身损坏渗水、机电设备损坏、闸门无法启动、建筑物损坏等问题。

根据工程地质勘察分析认为，产生穿堤建筑物产生的主要原因为：①建筑物修建时间较早，多年运行后机器老化；②堤防加固提高标准后，旧洞洞身较短，渗径不足；③多年前施工质量差，多年反复冻融作用，地基承载力不能满足基底压力要求，存在沉陷、抗滑稳定，导致建筑物变形或损坏；④机电设备运行产生振动导致建筑物与周围土体接触部位出现缝隙，高水位运行期间，产生渗透变形。

3.4 堤岸险情及成因

二松堤岸险情为变形失稳类型，以坍岸为主，如：吉林农安县后杨家护岸段表现为“凹岸处大片耕地坍塌、沿水边形成高低不一的陡岸，水土流失严重，距江堤不足百米”。分析堤岸险情产生的主要原因如下：①护岸工程岸边岩性一般为二元结构，中细砂层及少黏性土抗冲刷能力弱，允许渗透比降较小；②江水的侧蚀冲刷能力较强，使岸边坍岸；③高水位运行过后，洪水下落时，地下水位较高，向江水排泄，渗透比降增大，产生潜蚀，使坍岸加速；④表层黏性土属于冻胀性土，冻融作用及江水冲刷导致岸坡容易发生坍岸。

4 结论

第二松花江是吉林省最大的河流，共40个堤段，堤防总长490.69km，历史上洪涝灾害频繁，堤身、堤基、穿堤建筑物和堤岸均有发生险情。文章对1998—2013年典型段堤防险情进行了统计及现场调研，主要研究结论如下：

(1)险情类型。堤身险情包括了漫顶溃决、渗透破坏和变形失稳3种类型，其中渗透破坏和变形失稳最为常见；堤基险情主要为渗透破坏类型，以管涌和散浸占比最大；穿堤建筑物险情主要表现为建筑物无进出口、机电设备和建筑物损坏等问题；堤岸险情主要为坍岸形式的变形失稳类型。

(2)险情成因。堤身出险的主要原因有洪水期堤防高水位运行、水流的强冲刷作用、堤身质量不好、堤身断面较窄以及存在冻胀性填土等；堤基出险主要由于砂性土堤基渗透稳定性差、堤基存在生物洞穴和植物根系、堤防前后存在坑塘；建筑物修建时间较早、旧洞洞身较短、施工质量差、地基承载力不足、高水位运行等是穿堤建筑物出险的主要原因；岸坡抗冲刷能力弱、江水的侧蚀冲刷能力较强、洪水下落造成的潜蚀以及表层存在冻胀性土是导致坍岸产生的重要原因。