2020年汛期洞庭湖湖区典型堤岸险情分析及其处置建议

（长江科学院河流研究所，湖北武汉 430010）

1 研究背景

洞庭湖是长江中下游重要的调蓄湖泊，担负着长江干流的分流分沙和洪水调蓄任务，在长江中游历次大洪水中，荆江洞庭湖区堤岸险情频发、灾情也最为严重。洞庭湖筑堤围垸开始于宋代，到明清和近代进入极盛期［1］。1954年长江流域发生特大洪水后，湖南省人民政府开始大规模修复堤垸工程。1986～1996年洞庭湖区一期治理工程对湖区11个重点垸1 191 km堤防进行了除险加固，对24个蓄洪垸进行了阶段性安全建设和洪道整治建设［2］。至2008年，11个重点垸达标建设与234个巴垸、堤垸的平退任务基本完成。2009年起，国家投资30.16亿元进一步加强洞庭湖区11个重点垸和24个蓄洪垸的建设。随着水利工程建设的不断实施，堤防质量有明显改善，洞庭湖区堤防整体防洪能力显著提升。然而，当发生流域或区域性大洪水时，渗漏、管涌、滑坡等一般险情仍时有发生，如2016年湖区11个重点垸共发生堤基管涌、大堤崩岸垮坡、堤身渗透破坏等险情188处，给地方政府及人民群众带来了较大的防汛压力［3］。

受持续强降雨影响，2020年入汛以来，长江中下游干流水位持续上涨，监利以下江段及两湖区域全线超警戒水位，数条支流出现超保证甚至超历史洪水，至2020年9月4日，中下游干流及两湖区域主要控制站点水位退至警戒水位以下，长江流域汛情才趋于平稳。本文在对2020年汛期江湖汇流段水文特性、洞庭湖区典型堤岸险情时空分布、处置措施总结分析的基础上，从水文过程、堤防地质等方面分析典型堤岸险情的成因，结合湖区堤防巡堤查险暗访督查情况，对洞庭湖区堤岸险情与处置提出了下一步的工程、管理等措施建议。相关成果可为洞庭湖区堤防综合治理与管理维护等提供参考。

2 2020年汛期洞庭湖区水文过程

自然通江的洞庭湖承纳荆江三口分流和湘、资、沅、澧四水后在城陵矶汇入长江，与长江形成复杂的江湖关系［4］。下荆江出口控制站为监利水文站（位于汇流区上游约80 km），洞庭湖出口控制站为七里山水文站（位于汇流区上游约5 km），江湖汇流后控制站为莲花塘水位站（位于江湖汇流处）、螺山水文站（位于汇流区下游约30 km），长江与洞庭湖水系的江湖关系见图1。监利站、七里山站、莲花塘站、螺山站的警戒水位（冻结基面）分别为35.50，32.50，32.50 m和32.00 m。

图1 长江与洞庭湖水系的江湖关系示意

2020年6月28日开始，湖南省降雨持续时间长达13 d，累积降雨量142 mm。7月2日10∶00，长江1号洪水形成。澧水、沅水与长江洪水在洞庭湖区组合叠加，湘水、资水洪水也汇入洞庭湖，最大入湖流量一度超过50 000 m3/s。根据七里山站日均水位过程可知（2020年汛期监利站与七里山站日均水位与流量过程见图2），从7月1～12日，洞庭湖出口流量快速增加至33 000 m3/s，同时期长江干流监利站流量从30 000 m3/s降至20 000 m3/s以下，可见该阶段三峡水库的拦蓄作用在一定程度上减少了上游来水，洞庭湖区强降水是湖区水位快速上涨的直接原因。8月6～21日，洞庭湖出口流量从20 000 m3/s减小至10 000 m3/s，七里山站水位降幅较小，但仍在警戒水位以上，同时期长江干流流量较大（同年8月22日监利站流量达39 700 m3/s），此阶段湖区水位未能明显降低，主要是由于长江对洞庭湖出流的顶托作用。洞庭湖七里山站7月5日开始超警戒水位，至9月2日退出警戒水位，共持续60 d。对超警戒水位时间内七里山站日均水位及流量变幅进行分析，2020年七里山站超警戒水位期间日水位、流量变幅见图3。由图3可知，日最大水位涨幅为0.37 m，发生在7月6日；最大水位降幅为0.23 m，发生在8月7日；日最大流量涨幅为5 700 m3/s，发生在7月10日；最大流量降幅为5 000 m3/s，发生在9月1日。流量及水位最大涨幅均出现在7月上旬。

图2 2020年汛期监利站与七里山站日均水位与流量过程

图3 2020年七里山站超警戒水位期间日水位、流量变幅

图4比较了2020年汛期湖区水位流量过程与三峡水库试验性蓄水后2008～2019年汛期平均水位流量过程的差别（2020年与2008～2019年汛期七里山站日均水位及流量过程对比见图4）。由图4可知，2020年汛前七里山站水位较历年平均水位偏低，从6月中旬开始，七里山站水位快速抬升，此时流量并未有明显增大。至7月4日，七里山流量与2008～2019年平均值相近（分别为16 200 m3/s和16 900 m3/s），但水位偏高2.41 m，这是受上游监利站来水量快速增加（上压）与下游螺山站水位顶托（下顶）的共同影响（见图5）。

图4 2020年与2008～2019年汛期七里山站日均水位及流量过程对比

到2020年8月21日，七里山站流量已减小至与2008～2019年平均值相当（均为11 000 m3/s），但水位偏高4.25 m，由于三峡水库拦蓄作用上游监利站流量明显减小，此阶段水位偏高主要受下游水位顶托（下顶）的影响（2020年汛期七里山水位与监利站流量、螺山站水位的关系见图5）。

图5 2020年汛期七里山水位与监利站流量、螺山站水位的关系

为进一步分析2020年汛期水位流量过程的特点，将2008年以来4个大水年（2010年、2012年、2016年、2017年）汛期水位流量过程与2020年对比，见图6。由图6可知，2020年汛期洞庭湖出口洪峰出现时间晚于2016年和2017年，洪峰流量及7月初水位上涨至警戒水位以上的速度也均小于2016年和2017年，但其超警戒水位后高水位持续时间明显长于其他年份，这与三峡水库消减洪峰，一定程度延缓与坦化洪水过程有关。同时由于长江对洞庭湖顶托效应明显，洞庭湖区水位消落较慢，2020年汛期江湖汇流处控制站退出警戒水位的时间最晚，超警戒水位时间最长，因此高水位持续时间明显加长是2020年汛期洞庭湖区最显著的水文特点。

3 洞庭湖区典型堤岸险情分析

3.1 洞庭湖区堤岸险情分布

洞庭湖区现有重点垸11个，蓄洪垸24个，一般垸213个，堤防总长度分别为1 215.60，1 176.72，1 439.69 km，重点垸和蓄洪垸基本情况见表1，2。

图6 不同洪水年汛期七里山站日均水位及流量过程对比

表1 洞庭湖重点垸堤防基本情况

根据长江水利委员会水旱灾害防御局的统计，2020年汛期洞庭湖区蓄洪垸、一般垸、重点垸所在湖区堤防共发生险情41处。从险情类型来看，41处险情包括27处管涌、6处滑坡、3处散浸、3处裂缝、1处漏洞及1处穿堤建筑物冒水（2020年汛期洞庭湖区蓄洪垸、一般垸、重点垸险情类型分布见图7）。从险情所在堤防类型来看，重点垸险情7处，蓄洪垸18处，一般垸16处。

表2 洞庭湖蓄洪垸堤防基本情况

2020年汛期，管涌发生最为频繁，占65.9%，是洞庭湖堤防安全的最大威胁。蓄洪垸和重点垸中民主垸发生险情最多，达7次，另外长春垸、烂泥湖垸、共双茶垸、屈原垸和南鼎垸各发生2次险情（洞庭湖重点垸堤防基本情况见表1）。从时间分布上来看，险情发生时间为2020年7月7～31日，且集中在7月8～13日、7月17～19日、7月21～23日以及7月26～29日这4个时间段（2020年汛期洞庭湖区蓄洪垸、一般垸、重点垸险情时间分布见图8）。

图7 2020年汛期洞庭湖区蓄洪垸、一般垸、重点垸险情类型分布

图8 2020年汛期洞庭湖区蓄洪垸、一般垸、重点垸险情时间分布

3.2 洞庭湖区典型堤岸险情处置过程及原因分析

在堤防险情中，能否采用正确的抢险方法直接影响到抢险效果。不同类型的险情处置方式不同。具体来看，对不均匀沉陷引起的横向裂缝，无论是否贯穿坝身，均应迅速抢护；对纵向裂缝，如属滑坡性裂缝或较宽较深的不均匀沉陷裂缝，也应及时抢护。如裂缝较窄较浅或呈龟纹状，一般可暂不处理，也可用彩条布盖住裂缝口，以免雨水渗入。对于散浸险情，抢护的原则是“临水面截渗、背水面导渗”，即在临水面用不透水材料如彩条布、黏性土截住渗水入口，减少渗水量；在背水面用透水材料如砂砾石等做反滤层；对散浸范围大的应开导渗沟，避免渗水带走堤坝土。为避免贻误时机，一般先进行“背水面导渗”，视情况再进行“临水面截渗”。对于滑坡险情，若发生在背水侧，抢护原则为“上部削坡减载，下部固脚压重”；对于迎水侧风浪引起滑坡，宜优先选用土工织物防浪法。管涌险情的抢护原则为反滤导渗，控制带沙，常见工程措施包括反滤铺盖、反滤围井、背河月堤。漏洞险情必须尽快查出进水口，全力以赴，迅速抢堵。同时，在背河出水口采取反滤措施，以缓和险情。抢堵后应有专人观察。

3.2.1 典型堤岸险情及处置过程

根据2020年汛期洞庭湖区堤防的41处险情处置情况并结合湖南省堤防巡堤查险暗访督查工作来看，当地堤防巡查及工作人员较为熟悉堤防抢险技术，堤防巡查中发现的管涌、滑坡散浸、裂缝、漏洞等堤岸险情基本得到了及时处置和有效控制。下面选取4处影响较大典型险情，对其处置过程进行说明。

（1）南鼎垸浪拔湖镇红堰湖村东洲段散浸险情。因藕池河中支外江水位高，持续时间长，2020年7月23日0：05，红堰湖村东洲堤段原已处置过沙眼群险情所在堤脚的旱改水田内发生散浸险情，致使距堤脚20 m范围内的水田土地整体上浮。险情发生后，当地共组织人力910人，其中群众劳力300人，青树嘴镇、县森林消防队、益阳市消防队、省武警官兵增援力量共610人，采用如下方法进行抢护：①堤身每5 m开挖一道导浸沟，导浸沟长5～6 m，上口宽0.4 m，深0.8～1.0 m，沟内依次铺设30 cm黄砂、40 cm砾石；②在距大堤内脚20 m的位置砌筑砂石围堰，围堰长200 m，高1.2 m，围堰内先铺垫一层土工布，再铺填1 m厚的砾石。险情处置后情况总体稳定。南鼎垸浪拔湖镇红堰湖村东洲段散浸处置点航拍见图9。

图9 南鼎垸浪拔湖镇红堰湖村东洲段散浸处置点（2020年8月3日拍摄）

（2）屈原垸东大堤2+800管涌险情。2020年7月21日，屈原垸河市镇境内东大堤2+800处发生管涌、内滑坡险情，距离堤脚约25 m稻田中发现2处管涌，出水浑浊，流量约0.03 m3/s，该处西侧路肩（省道316）距堤脚20 m处，发现一条宽约0.1 m，长36 m的裂缝。险情发生后当地已用围井反滤和压浸平台等方式进行处理，共填压土方4 040 m3。压浸平台分为两级，一级平台面宽6 m，长75 m，台面高程31.2 m，平台坡比1∶3；二级平台面宽12.5 m，长75 m，台面高程29.8 m，平台坡比1∶2。8月5日督查到访时，发现围井内仍有清水渗出，出水量较险情发生时已大为减少。屈原垸东大堤2+800管涌险情处置点航拍见图10。

图10 屈原垸东大堤2+800管涌险情处置点（2020年8月5日拍摄）

（3）湘园新村白泥湖垸新建八组管涌险情。泥湖垸新建八组管涌险情处置点见图11。2020年7月10日17：20，外河水位34.58 m，在距内平台306 m处水田中（1996年管涌处）发现20 cm的管涌，翻砂鼓水，高度约0.05 m，冒浑水、带粉砂。发现该险情后，指挥分部迅速组织劳力和技术队员进行抢险，并设值守点日夜巡查。7月25日20：00，随着外河水位第二轮上涨（许家台水位34.50 m），原管涌压浸围堰内出水量（1号出水点）相对减少，出水较清澈，但围堰附近呈现3个不同位置管涌，险情发生变化后，石塘镇防汛抗旱指挥分部责令白泥湖垸防汛抗旱指挥所迅速进行紧急处置。1号压浸围堰内出水量较小，出水较清澈；2号压浸围堰内基本不出水；3号压浸围堰内还有少量翻水，并有少量砂石翻出；4号压浸围堰内还有少量出水，并有少量粉砂翻出；督察组提醒值守人员密切注意各压浸围堰内的出水量、出水浑浊程度、出水温度，并加强巡查频次及范围，发现变化立即向上级指挥部门报告。

图11 泥湖垸新建八组管涌险情处置点（2020年8月1日拍摄）

（4）屈原垸西大堤堤防风浪冲刷损毁险情。屈原垸西大堤堤防风浪冲刷损毁险情处置点见图12。2020年7月11日14：30，巡堤人员发现西大堤1+1780-1+970段（迎丰闸段）和4+100-4+330段（土地港电排段），长320 m范围外堤堤坡受到7级以上风浪冲刷毁损严重。西线指挥部迅速调集人员和物资，采取铺彩条布上压砂卵石袋方案除险，累计耗用砂石料52 m3（5大车，2手扶车），编织袋8 000余个，彩条布13捆，调用劳力100余人。8月5日到访时水位已降至险情发生位置高程以下。

图12 屈原垸西大堤堤防风浪冲刷损毁险情处置点（2020年8月5日拍摄）

3.2.2 典型堤岸险情原因分析

3.2.2.1 七里山站高水位的影响

堤防险情与堤防迎水面水位及高水位持续时间密切相关，这里将洞庭湖区险情在时段内出现数量进行累计，并分析其与七里山站水位及水位超警戒时间的关系，累计险情数量与七里山站水位及水位超警戒时间的关系见图13。由图13可知，七里山站高水位只是险情发生的必要条件，累计险情数量与七里山站高水位持续时间相关性更好，这也说明当超警戒水位持续时间较长时加强堤防巡查的必要性。

2020年7月23日南鼎垸东洲段散浸险情，同年7月21日屈原垸东大堤管涌险情，7月25日白泥湖垸新建八组管涌险情发生时七里山站水位分别为34.46，34.45 m和34.50 m，距保证水位34.55 m不足0.1 m，超警戒水位持续时间分别为19，17，21 d，可见险情的发生与七里山站高水位及高水位持续时间密切相关。

图13 累计险情数量与七里山站水位及水位超警戒时间的关系

3.2.2.2 风浪的影响

与长江河道堤防相比，除高水位持续时间长外，洞庭湖堤防包括湖区及四水尾闾河段，另一显著特点是湖区洪水期水面更加开阔，风浪对堤防的影响程度大于长江干流。

当风向与吹程一致时，就会形成冲击力较强的风浪。堤岸岸坡在风浪的连续冲击下，伴随着波浪往返爬坡运动，还会产生真空作用，出现负压力，使堤防填料被水流冲击淘刷，遭受破坏。洞庭湖风浪主要发生在河湖交界处和湖泊束水区，其中以东洞庭湖及湖泊出口的岳阳至城陵矶段尤甚，最大波高可以达到2 m以上。空间分布上具有“东洞庭湖大于南洞庭湖，南洞庭湖大于西洞庭湖”的特点［5］。

在2020年汛期湖南省堤防巡堤查险暗访督查中也发现，由于洞庭湖区风浪较大，部分堤段近岸水体浑浊，泥沙含量较大。2020年汛期湖区风浪对堤岸淘刷现场见图14。水流和波浪对堤坡或堤基土体的冲刷淘蚀加上退水可能对堤坡稳定不利。如屈原垸西大堤堤防发生风浪冲刷损毁险情时外江风浪达7级以上。

图14 2020年汛期湖区风浪对堤岸淘刷现场

3.2.2.3 其他原因

根据洞庭湖区近年堤防险情及堤防地质资料，并结合2020年堤防巡堤查险暗访督查情况，湖区堤防险情还与以下因素有关。

（1）部分堤防堤身及堤基地质条件较差。由于部分湖区堤防为分阶段多次加高培厚而成，堤身填土比较复杂，主要为粉质黏土、壤土，部分堤段混有粉细砂和砂壤土，渗透系数极不均匀，加上新老接合面多，夯实不密。同时受人类活动的影响，如开挖鱼池等，破坏了本身相对较薄的不透水盖层，而当下部分布有结构松散、透水性较强的粉细砂层时，汛期高洪水位渗透压力增大会产生渗漏及管涌险情。如中洲垸桩号8+300处、屈原垸东大堤桩号11+400处等建在沙质土壤上，每年汛期上下游较大范围内均会出现大小不一的管涌，且渗水流量较大，存在较大安全隐患。

（2）险工险段的分布。受江湖关系变化及三峡工程运行后三口及四水部分河道的河势调整影响，沿线堤防出现许多新的险工隐患。同时清水下泄，河道冲刷，原河道凹岸迎流当冲的险工险段，由于水流迎流顶冲和堤岸抗冲性不强，原护坡护脚工程破坏严重，造成岸坡失稳。如长春垸长春镇甘溪港堤段（28+404～46+095）横堤湾为历史险工段，在2020年7月12日出现多处水塘管涌群。

（3）穿堤建筑物。洞庭湖区堤防上分布着大量的涵（剅）闸、泵站等穿堤建筑物，大部分建筑物建设年代较早，运行时间较长，结构老损严重，在汛期高水头差情况下，隐患极大，亟待处理。如7月9日，七里山站水位超警戒1.33 m，武圣宫镇藕池中支等伴洲电排伸缩缝出现冒水险情。

4 洞庭湖区堤岸险情处置思考及建议

根据2020年洞庭湖水位流量过程，虽然高水位持续时间长，但险情数量较2016年和2017年明显下降，如2016年，11个重点垸就发生堤基管涌、大堤崩岸垮坡、堤身渗透破坏等重大险情188处，受灾最为严重的烂泥湖垸发生重大险情44处。可见近年来湖区堤防加固治理成效较明显，出险次数明显减少，整体防洪减灾效益十分显著。通过对2020年汛期洞庭湖区堤岸堤险情分布及原因分析，提出以下几点思考及建议。

（1）妥善处理好清水下泄与江湖关系调整对湖区冲淤演变的影响。三峡水库试验性蓄水以来，洞庭湖四水入湖沙量逐渐占主导地位，水量仍主要来自于四水，洞庭湖区开始转化为冲刷［6］。洞庭湖湖区年内变化规律仍表现为汛期淤积、枯期冲刷，但汛期泥沙的沉积率相较于蓄水前各时段显著减小。从2020年及三峡水库试验性蓄水以来汛期洞庭湖出口水位流量过程来看，洪峰流量小于历史但高水位历时时间超历史，原因在于入湖径流过程削峰系数大，更多洪水滞留湖内［7］。本质上是由于螺山站同流量下水位抬升，长江螺山段出流不畅。而水位抬升的原因是荆江裁弯和三峡水库运行导致洞庭湖出口下游河段淤积降低了洞庭湖的削峰能力［8-9］。

尽管在主汛期三峡水库调节了长江干流洪峰流量，削弱了江湖洪水相互顶托强度，但水情态势较为复杂，江湖洪水相互影响、相互顶托的水情态势仍然存在，只是其顶托强度有所减弱［10-11］，因此，在主汛期仍然需要加大湖区防洪减灾的管理力度。

（2）加固堤防与河道清淤疏浚。在堤防高度、坡比等堤身断面参数基本达标的前提下，进一步针对洞庭湖区地质条件复杂、险工隐患未能彻底根治的堤防，开展堤防加固工程建设，重点解决堤身、堤基渗漏、堤坡崩塌、堤脚冲刷、建筑物老化等问题。与此同时，对洞庭湖区四水尾闾和四水水系洪道进行清淤疏浚，保证行洪畅通。

（3）合理利用洲滩民垸调节洪水。随着社会经济的发展和水利防洪能力的提升，人们在拓展生产条件的同时，围湖垦殖、水土流失的迭加与交织，加速了湖泊的萎缩进程，进而放大了洪涝致灾能力。因此对影响行洪的洲滩民垸，采取退人并退耕的“双退”方式，不再复耕；对其他洲滩民垸，有条件的可采取退人不退耕的“单退”方式，即平时处于空垸待蓄状态，遇大洪水年份分蓄洪区洪水。此举将有助于进一步恢复洞庭湖的洪水调蓄能力。

（4）其他管理措施。洪水到来时巡堤查险是及时发现隐患、及时除险并确保堤岸安全的关键环节。在2020年汛期湖南省堤防巡堤查险暗访督查工作中发现，一线巡查人员巡堤查险知识较薄弱，查险人员以老年人、妇女为主，同时巡堤值守点条件有待改善，部分哨棚过于简易，易在大风大雨中倒塌损毁。因此建议加强日常与应急水利管理制度建设，形成一套完备的堤防巡查与处置全过程响应与保障机制。地方政府应进一步充实巡堤查险力量，优化查险人员年龄结构，从巡查内容、巡查方法、巡查记录等方面加强培训和指导，同时每隔一定的里程，修建永久性防汛值守建筑物或搭建值守活动板房，为防汛值守人员提供更加有利的工作环境，便于巡堤查险人员开展工作。堤防管理既是水利工程中的短板工程，也是水利行业中强监管的重点对象，应注重将现代信息技术手段运用于防洪工作之中，并加强非汛期堤防的管理维护，如堤顶道路平整养护、堤身杂草、灌木清理，标志标牌、防汛物料管理等。

5 结论

2020年汛期洞庭湖区发生的41处堤岸险情均得到及时处置。通过对江湖汇流段水文特性、湖区堤岸险情时空分布、典型险情处置等进行总结分析，揭示了典型堤岸险情的成因，并提出了下一步的工程、管理措施建议。

（1）受三峡水库消减洪峰与长江对洞庭湖顶托的影响，2020年汛期七里山站高水位持续时间明显长于2008～2019同时段。流量及水位最大涨幅均出现在7月上旬。日最大水位涨幅为0.37 m，日最大流量涨幅为5 700 m3/s。

（2）2020年汛期洞庭湖区蓄洪垸、一般垸、重点垸所在湖区堤防共发生管涌、滑坡、散浸、裂缝、漏洞、穿堤建筑物等险情41处，均得到了及时处置和有效控制。其中管涌险情27处，占65.9%，是洞庭湖堤防安全的最大威胁。险情集中发生在2020年7月8～13日、7月17～19日、7月21～23日以及7月26～29日等4个时间段内。

（3）高水位持续时间明显加长是2020年汛期洞庭湖区最显著的水文特点。七里山站高水位是险情发生的必要条件，累计险情数量与七里山站高水位持续时间相关性较好。风浪对洞庭湖湖区堤防的影响程度大于长江。部分堤防堤身及堤基地质条件较差、清水下泄及江湖关系变化下险工险段的分布以及穿堤建筑物高水位下安全隐患都是湖区堤岸险情的影响因素。

（4）近年来湖区堤防加固治理成效较明显，出险次数明显减少，整体防洪减灾效益十分显著。下一步应妥善处理好清水下泄与江湖关系调整对湖区冲淤演变的影响，将“堤防加固建设、河道清淤疏浚、平垸行洪，退田还湖”等工程措施与“构建完备的堤防巡查与处置全过程响应与保障机制”等管理措施相结合，增强洞庭湖湖区堤防防洪与抢险处置能力建设。