長江中下游崩岸類型及災(zāi)害預(yù)測

長江中下游崩岸類型及災(zāi)害預(yù)測

1崩岸的形成條件崩潰是長江中下游的一種嚴(yán)重災(zāi)害。平均上江河、下游九江河、官洲河和狼馬河中存在嚴(yán)重的崩潰風(fēng)險。據(jù)不完全統(tǒng)計,20世紀(jì)90年代以來,長江中下游河道崩岸已發(fā)生數(shù)百起,其中較為嚴(yán)重的一年內(nèi)就達(dá)數(shù)十起,兩岸岸線總長為4250km左右,崩岸段的長度達(dá)到1520余公里,占35.7%。98大洪水后,隨著長江中下游護(hù)岸隱蔽工程的實施,崩岸險情有所減少,但在部分險工河段仍時有發(fā)生,仍值得高度重視。崩岸形成影響因素眾多,類型頗多,形成條件及其過程十分復(fù)雜。長期以來,針對崩岸的實時監(jiān)測很少,實測資料十分缺乏,致使人們至今對各類崩岸形成條件的認(rèn)識尚不完全清楚,險情往往不能進(jìn)行預(yù)報,基本上無預(yù)防措施,治理工程中也存在較大的盲目性。因此,加強形成條件和監(jiān)測技術(shù)研究,提出相應(yīng)預(yù)測預(yù)防措施,阻止災(zāi)害發(fā)生,減輕人民生命財產(chǎn)損失,具有重大的現(xiàn)實意義。2下游易崩河岸土結(jié)構(gòu)崩岸是土坡失穩(wěn)破壞的一種特殊形式,屬于水-土結(jié)合部位的失穩(wěn)破壞。長江中下游易崩河岸土質(zhì)多為上覆黏土、下臥亞砂土或粉細(xì)沙的二元或多元結(jié)構(gòu)。受河道水流和岸坡內(nèi)滲流等外界動力因素的影響,崩岸險情表現(xiàn)出不同的類型與特征,常見有侵蝕型、坍塌型、滑移型和流滑型等4種,以下分述其特征及其形成條件。2.1不同水位下階梯狀坡面形態(tài)是指岸坡表層土受侵蝕而出現(xiàn)的剝落,即俗稱的洗崩,見圖1。其特征是岸坡抗沖性較強,未形成大規(guī)模崩塌,長期侵蝕積累下,岸坡形態(tài)雖有一定改變,但穩(wěn)定性尚好,岸線緩慢后退,或隨著水位升降呈現(xiàn)出階梯狀坡面形態(tài)。此類崩岸雖普遍存在,但規(guī)模較小,危害相對不大,形成條件也簡單,由水流、風(fēng)浪或船行波、地表徑流直接侵蝕引起,當(dāng)侵蝕外力大于岸坡土體抗沖臨界條件時即會出現(xiàn)。2.2各河岸土體塌窩崩是指大塊岸坡土體頃倒、塌落或崩解,其特征:(1)塌落土塊垂直位移遠(yuǎn)大于水平推移;(2)土體在一段時間內(nèi)分多次塌落,呈現(xiàn)漸進(jìn)式破壞。當(dāng)沿線河岸土體組成相似時,形成與岸線平行的長距離條帶狀崩塌,即俗稱的條崩,見圖2;當(dāng)沿線河岸土體組成不同時,形成向河岸內(nèi)側(cè)楔入的半園型或馬蹄型崩塌,即俗稱的窩崩,見圖3。此類崩岸規(guī)模較大,出現(xiàn)頻率高,條崩長達(dá)數(shù)十米、數(shù)百米,甚至幾公里,深度也達(dá)十多米或幾十米;窩崩的長度和深度相當(dāng),少則數(shù)十米,多則幾百米,最終塌落土體體積可達(dá)數(shù)十萬立方米,甚至上百萬立方米,因而危害較大,使河漫灘不斷崩失后退,威脅堤防安全。形成條件主要是河岸受到嚴(yán)重侵蝕變成高大陡坡,或坡腳被淘空,在土體自身重力、裂縫及滲流多種因素作用下發(fā)生倒塌。此類崩岸大多出現(xiàn)在退水期或枯水期,尤其沖刷強度大、抗沖性差、洪枯水位落差大的河岸,因而以長江中游中居多。2.3形態(tài)失穩(wěn)破壞是指大面積岸坡土體整體性滑動而形成的崩塌,其特征:(1)崩塌土體呈整體性失穩(wěn)破壞;(2)破壞土體水平位移大于垂直位移;(3)崩塌雖可能間歇地多次出現(xiàn),但均具有突然性。土體破壞形態(tài)既有線狀也有窩狀,見圖4。此類崩岸雖出現(xiàn)頻率低,但規(guī)模巨大且發(fā)生突然,數(shù)十萬立方米甚至上百萬立方米土體整體滑入江中,因而危害很大,使堤防及臨近建筑甚至人畜安全面臨嚴(yán)重威脅。形成條件復(fù)雜,主要有:(1)岸坡土體中有潛在的連續(xù)軟弱面(或?qū)?;(2)地表存在明顯的拉裂縫;(3)滲流和雨水侵蝕裂縫明顯。當(dāng)整塊土體安全系數(shù)小于臨界值后,即形成沿軟弱面(層)的失穩(wěn)破壞。此類崩岸也大多出現(xiàn)在退水期或枯水期,長江中下游中均有實例,如歷史上的南京下關(guān)崩岸、馬鞍山電廠崩岸、安慶六合崴崩岸和近期的彭澤馬湖堤崩岸,均與當(dāng)?shù)睾影兜刭|(zhì)條件有關(guān)。2.4土體崩落土體的破壞形態(tài)是指大塊岸坡土體不斷崩落,其主要特征是土體崩落隨時間連續(xù)多次間歇性地發(fā)生,某種程度上與前述坍塌型崩岸相似,區(qū)別在于前者是沖刷形成高大陡坡后出現(xiàn)的土體倒塌,而后者是沖刷過程中出現(xiàn)的土體崩落。土體破壞形態(tài)一般也表現(xiàn)為窩狀,見圖5。此類崩岸規(guī)模也較大,出現(xiàn)頻率高,危害較大,同樣使河漫灘不斷后退,威脅堤防安全。形成條件主要是近岸流速較大,河岸特別是坡腳受到嚴(yán)重侵蝕,崩落土體被水流迅速分散搬運,同時破壞了其后部土體平衡條件,引起連鎖反映使土體崩落不斷出現(xiàn),且破壞程度逐漸增大,形成所謂流滑(flowslide),往往自坡腳處逐級向后溯源破壞,最終形成大面積崩塌。此類崩岸多出現(xiàn)在高水期,以長江下游水深流急的岸段居多。3賠償事件的監(jiān)測針對上述各類崩岸險情,應(yīng)有針對性地進(jìn)行監(jiān)測,為險情預(yù)測及搶護(hù)提供依據(jù),主要有以下內(nèi)容和方法。3.1水位監(jiān)測及測量監(jiān)測內(nèi)容主要有險工河段水位、流量、近岸流速和流態(tài)、風(fēng)浪及船行浪波高和爬高及降雨強度等。其中對長江中游易出現(xiàn)坍塌型、滑移型崩岸的險工河段,應(yīng)特別重視監(jiān)測退水期水位降落的幅度和速度,以及降雨強度;對長江下游易出現(xiàn)流滑型崩岸的險工河段,應(yīng)特別重視監(jiān)測流量、近岸流速和流態(tài)(如回流、旋渦等),以及風(fēng)浪及船行浪波高和爬高。監(jiān)測方法基本上可采用常規(guī)方法,如設(shè)立臨時水尺進(jìn)行水位觀測;按大斷面方法測量流量;采用旋漿式(或旋杯式)流速儀測量近岸50m的內(nèi)近岸流速、流態(tài),有條件時可選用先進(jìn)的流速測量儀;采用波浪觀測儀測量風(fēng)浪及船行浪波高和爬高。流量、水位變幅和降雨也可采用當(dāng)?shù)厮恼竞蜌庀笳举Y料。3.2縱剖面、橫剖面監(jiān)測內(nèi)容主要有險工河段河岸至深泓(或至1∶5以上的緩坡區(qū))地形或河岸縱、橫剖面。一般在枯水期進(jìn)行,緊急時也可在其它水情時進(jìn)行,按1∶2000或1∶5000成圖,或根據(jù)實際情況調(diào)整。監(jiān)測方法基本上可采用常規(guī)地形測量方法,有條件時可采用先進(jìn)儀器進(jìn)行測量,如ADCP測量儀。3.3土體力學(xué)性能監(jiān)測,土體位移和土壓力監(jiān)測是試驗工作的基監(jiān)測內(nèi)容主要有險工河段河岸土層分布及組成,土體物理性質(zhì)指標(biāo)(如顆粒大小級配、密度、含水率、塑限、液限、孔隙率和飽和度等);土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)(如滲透系數(shù)、抗剪強度、壓縮系數(shù)等);地下水分布、滲流浸潤線;對易出現(xiàn)滑移型崩岸的險工河段,有條件時應(yīng)監(jiān)測土體位移和土壓力等參數(shù)。監(jiān)測方法是布設(shè)鉆孔進(jìn)行取樣,按土工試驗規(guī)程進(jìn)行土工室內(nèi)試驗分析;土體位移和土壓力和地下水分布、滲流浸潤線,需埋設(shè)專業(yè)儀器進(jìn)行監(jiān)測。3.4險工河段在發(fā)現(xiàn)滑移型崩岸后,對航道高度關(guān)注,尤其關(guān)注設(shè)備和坡面的物監(jiān)測內(nèi)容主要有險工河段河岸的雨蝕溝槽、陷坑、洞穴、裂縫、地下水滲漏、植被(樹林、灌木及蒲草等植物生長情況),以及通航船只噸位和航速、近岸挖沙范圍與規(guī)模、堤頂人為荷載等,對易出現(xiàn)滑移型崩岸的險工河段尤需重視裂縫、地下水滲漏和堤頂人為荷載,對流滑型崩岸險工河段尤需重視航船只噸位和航速、近岸挖沙情況。監(jiān)測方法是實地勘察,進(jìn)行丈量、記錄和描述。4崩岸病情分析模型,提前作出預(yù)防崩岸險情雖影響因素眾多,形成條件及其過程十分復(fù)雜,事先準(zhǔn)確地預(yù)測難度較大,但從各類崩岸險情特征及有關(guān)影響因素進(jìn)行分析,仍可根據(jù)監(jiān)測資料,通過以下幾方面進(jìn)行預(yù)測和判斷,提前作出預(yù)防措施。4.1主體內(nèi)受河勢變化,視勢動勢動沖刷嚴(yán)重河岸極易出現(xiàn)崩岸險情,一般是主流頂沖或貼岸處,如彎道凹岸、上游對岸存在挑流磯頭,以及江心洲頭和尾端等部位,深泓緊逼河岸。同時,因河勢變化,主流頂沖或貼岸點在一定范圍內(nèi)上下變動,因而須密切關(guān)注河勢變化,分析頂沖點與險工段之間的關(guān)系,判斷險工發(fā)展趨勢,預(yù)估崩岸險情出現(xiàn)的位置。此外,與險工段臨近的建筑物附近,如丁順壩、磯頭上下等處,常因回流和漩渦導(dǎo)致局部河岸沖刷,形成崩岸險情,也須加強注意。4.2結(jié)構(gòu)土壤侵蝕長江中下游河岸土質(zhì)屬全新統(tǒng)疏松砂質(zhì)沉積層,一般為亞砂土、粉細(xì)沙,尤其以北岸居多,其膠結(jié)程度差、密實度低,抗沖可動性很小,具備形成崩岸險情的必要條件。特別是上覆黏土(或壤土)下臥粉細(xì)沙及粗沙的二元土質(zhì)結(jié)構(gòu)河岸,當(dāng)坡腳受沖,上部壤土(或壤土)成為荷載,更易引起危害很大的坍塌型和滑移型崩岸。因此,事先進(jìn)行河岸地質(zhì)條件調(diào)查,重點關(guān)注此類河岸。4.3外坡坡度調(diào)整河岸坡度小于1∶2時穩(wěn)定性急劇減小,易形成漸進(jìn)式崩岸險情,坡腳坡度小于1∶2將誘發(fā)流滑型崩岸險情。因此,應(yīng)加強險工段河岸水下地形監(jiān)測,及時掌握坡度(特別是坡腳坡度)變化情況,判斷可能形成局部崩塌的部位。以便及時采取消坡或固基等補救措施。4.4要關(guān)注河道水位的變化以及造林入河長江中游河段退水期和枯水期水位驟降,河岸內(nèi)滲流坡降劇增,特別是降雨后,促進(jìn)了坍塌型和滑移型崩岸形成的動力條件。因此,應(yīng)密切關(guān)注河道水位變化和降雨情況,有條件時應(yīng)監(jiān)測分析河岸內(nèi)滲流坡降,對1:2~1:3坡度的河岸,穩(wěn)定極限滲透坡降為0.14~0.18,當(dāng)滲流坡降接近臨界值,須特別注意防范崩岸險情。長江下游河段中、洪水期近岸流速增大,易形成流滑型崩岸險情,也應(yīng)觀測或觀察近岸流速流態(tài)變化,注意防范崩岸險情。4.5崩岸評論員河岸臨水坡面或頂部出現(xiàn)的縱向或圓弧形裂縫,往往是滑移型崩岸或坍塌型險情發(fā)生的預(yù)兆。因此,必須仔細(xì)分析裂縫狀況及發(fā)展趨勢,及時防范崩岸險情,并做好搶護(hù)措施準(zhǔn)備工作。河岸植被較差,附近存在挖沙或頂部堆放荷載,也是發(fā)生崩岸險情的誘因,應(yīng)及時采取相應(yīng)措施,限制挖沙和移走荷載,并嚴(yán)加防范。5崩岸主觀因素對預(yù)測對策