磨英飛 莫東才 江耀靜

廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站 廣西 南寧 530201

1 前言

南寧市是廣西壯族自治區(qū)首府，是廣西經(jīng)濟(jì)、政治、文化、交通中心。邕江自西而東穿越南寧市區(qū)，沿江兩岸修筑有防洪大堤及多個(gè)防洪閘，洪水期堤基管涌嚴(yán)重威脅提（閘）基的安全和穩(wěn)定，威脅沿江兩岸人民生命及財(cái)產(chǎn)安全。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 氣象、水文

南寧市位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫和多雨，多年平均氣溫21.6℃，雨量充沛，多年平均降雨量1304.2mm。

邕江流域面積73728 km2，在南寧市江西鎮(zhèn)同江村附近匯集左江右江后，自西向東流入南寧市城區(qū)，邕江南寧段河床寬300-500 m，河床底寬200-250 m，水深15-20 m。

邕江洪水受流域降雨控制，每年5月至9月是洪水多發(fā)期，洪水呈復(fù)式峰，具有峰高量大歷時(shí)長的特點(diǎn)，歷時(shí)一般12天，最長可達(dá)20天，24小時(shí)漲幅2 m左右，最大漲幅5.2 m，十年一遇以上洪水容易引起管涌及內(nèi)澇。

邕江兩岸支流有竹排沖溪、大坑溪、二坑溪、心圩江、可利江、亭子沖溪、鳳凰江段、沙江、良鳳江、八尺江等河（溪）流。

2.2 地形地貌

南寧市城區(qū)坐落在南寧盆地上，南寧盆地屬侵蝕堆積河流階地地貌，發(fā)育有邕江四級階地（見圖1），其中Ⅰ、Ⅱ級階地屬內(nèi)疊階地，Ⅲ、Ⅳ級階地屬基座階地，Ⅰ、Ⅲ級階地面積較小，零星分布，Ⅳ級階地遠(yuǎn)離河床，Ⅱ 級階地分布最廣。Ⅰ、Ⅱ級階地階面高出河水面18-35 m，河床岸坡坡度變化較大，凹岸坡度20-40°，凸岸坡度10-20°。

圖1 南寧盆地邕江階地地貌圖

Ⅰ級階地一般分布在邕江凸岸，主要有北岸雅里至大坑口一帶和南岸鳳凰江、十三灣、亭子、沙江等地段，面積約1.3 km2，寬200-300 m，階面高程73-75 m，局部較低。

大坑溪、二坑溪、心圩江、可利江、亭子沖溪、鳳凰江段、沙江等河（溪）流均切割Ⅱ級階地，切割深度8-15 m。

2.3 地層巖性

邕江兩岸Ⅰ、Ⅱ級階地階地主要分布有第四系河流沖積成因的全新統(tǒng)桂平組（Q4alg）、上更新統(tǒng)望高組上段（Q3alw2）及古近系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，從上至下細(xì)分為：

2.3.1 第四系（Q）

西寧市(環(huán)境監(jiān)測站、四陸醫(yī)院站)PM10和NO2、SO2資料來源于西寧市環(huán)境監(jiān)測站，平安高鐵新區(qū)站、武威監(jiān)測站、蘭州鐵路設(shè)計(jì)院站。PM10 監(jiān)測數(shù)據(jù)來自全國空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(http：//106.37.208.233：20035/)，AQI資料來源于國家環(huán)境保護(hù)部網(wǎng)站重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量日報(bào)數(shù)據(jù)(http：//datacenter.Mep.gov.cn)，氣象資料來源于西寧二十里鋪氣象站(36°43'N、101°45'E，2 295m)。

雜填土①：松散狀，稍濕，由碎磚、灰渣、混凝土碎塊及粘性土等組成，厚度不均，層厚0.5-6.50 m，零星分布于兩岸已被堆填的魚塘和局部河堤。

素填土②：主要由粘性土、砂礫組成，局部為雜填土。經(jīng)壓實(shí)呈中密狀，厚度不均，層厚0.40-16.50 m，分布于河堤段，為河堤填筑土。

淤泥質(zhì)土③：軟塑-流塑狀，厚度0.50-3.10 m。局部分布于河漫灘和魚塘。

粘土④：硬塑-可塑狀，厚度不均，一般0.80-12.30m，分布普遍。

粉質(zhì)粘土⑤：從上至下由硬塑狀漸變?yōu)檐浰軤?，一般厚?.70-18.90 m，分布普遍。

粉土⑥：中密狀，濕-飽和，局部夾流塑狀粉質(zhì)粘土或松散、飽和的粉砂透鏡體，厚度0.50-10.90 m，分布普遍。

粉砂⑦：松散-中密狀，很濕-飽和，局部夾流塑狀粉質(zhì)粘土或松散狀粉土，成份主要為石英，絹云母次之，含少量高嶺石，局部地段該層由上至下逐漸過渡為粗砂、含礫，粒徑<0.1 mm的含量18.3-24.9%，不均勻系數(shù)2.65，層厚1.40-10.30 m，分布普遍。

中細(xì)砂⑧：松散-稍密狀，濕-飽和，主要由砂粒組成，含少量粉粒，小于0.25 mm的細(xì)粒含量平均值55.2%，成分為石英，層厚0.50-6.00 m，呈透鏡體狀斷續(xù)分布，主要分布在北岸陳村和南岸亭子、青川大橋一帶。

粗砂⑨：飽和，稍密-中密狀，含20%-40%礫石，成分主要為石英、硅質(zhì)巖，層厚0.30-1.80 m，呈透鏡體狀斷續(xù)分布，主要分布在陳村一帶。

圓礫⑩：中密狀，飽和，礫石成份主要為石英，次為硅質(zhì)巖、砂巖，呈圓-次圓狀，礫徑5-30mm居多，礫間孔隙被砂充填，大于2 mm粒徑含量達(dá)60-88.4%，不均勻系數(shù)4.0-29.7，良好級配占50%，該層在北岸相對南岸厚度較大，北岸厚度一般5.10-18.40 m，南岸厚度一般0.20-13.30 m，分布普遍。

2.3.2 古近系（E）

泥巖、粉砂質(zhì)泥巖⑾：泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，局部夾有煤層，厚度大，表層全風(fēng)化，屬隔水層，分布于階地基底。

2.4 水文地質(zhì)特征

2.4.1 地下水類型及富水性

南寧盆地地下水類型主要為松散巖類孔隙水，賦存于邕江Ⅰ、Ⅱ級階地的砂層和圓礫的孔隙中，含水層厚度一般為5-17 m，水位埋深一般5-15 m。含水層頂板為相對隔水的粘性土，底板隔水層為古近系泥巖，雨季地下水具有承壓性，枯季水位下降后轉(zhuǎn)變?yōu)闈撍?。含水層富水性有較大差別，階地后緣富水性弱，單井涌水量小于100 m3·d-1，由階地后緣向邕江方向，富水性逐漸增大，單井涌水量100-1000 m3·d-1，局部大于1000 m3·d-1。

地下水化學(xué)類型屬HCO3—Ca型水，PH值6.03-7.31，礦化度64.42-377.55 mg/L，總硬度103.50-119.34 mg/L，HCO3-含量403.42 mg/L，侵蝕性CO2含量為2.66-73.06 mg/L，部分地段地下水對混凝土無侵蝕性，在可利江堤段、陳村地段清川大橋西堤段、十三灣堤段、沙江閘段地下水對混凝土具中等-強(qiáng)侵蝕性。

2.4.2 地下水的補(bǔ)逕排條件

地下水主要以降雨入滲補(bǔ)給為主，由于邕江河床切割Ⅰ、Ⅱ級階地含水層，含水層直接與河水接觸，枯、平水期地下水向邕江排泄，洪水時(shí)邕江水通過圓礫層補(bǔ)給地下水，兩岸受洪水影響的寬度400-600 m。枯、平水期邕江南北兩岸地下水總體上由階地后緣向邕江方向逕流，水力坡降約2‰。邕江河岸局部可見泉水，如在可利江閘外出露數(shù)個(gè)泉水，流量0.1-1.5 L·S-1。

3 邕江管涌災(zāi)情

南寧市自二十世紀(jì)八十年代修建防洪堤（閘）以來，因邕江洪水導(dǎo)致堤內(nèi)多次發(fā)生管涌災(zāi)害，主要有：

1980年7月，邕江洪水位74.10m，大坑口閘基發(fā)生管涌，灰色細(xì)砂隨水涌出，造成附近橋臺下沉和破裂。

1985年、1986年邕江洪水位分別為75.97m和76.32m，雅里低洼地段多處發(fā)生管涌，一座污水處理池池底混凝土底板被管涌頂破，池中涌水涌砂。大坑口—朝陽橋一帶也出現(xiàn)管涌災(zāi)害。

1994年，邕江洪水位75.40m，大坑口——一橋一帶出現(xiàn)管涌，釀成內(nèi)澇。

2000年朝陽溪污水治理工程部分基坑開挖至粉土層后發(fā)生管涌，引起周邊地面下沉，道路和建筑開裂。

2001年邕江20年一遇洪水，北岸竹排沖、大坑口、二坑口、心圩江、可利江、南岸亭子沖閘、鳳凰江堤（閘）段、沙江閘、十三灣堤（閘）段等堤內(nèi)的溪溝底、河底、湖底均發(fā)生管涌，水面可見較為明顯的涌水涌砂，二坑口閘內(nèi)側(cè)路面因管涌破壞無法正常通行，嚴(yán)重影響抗洪車輛通行。

4 邕江管涌的形成機(jī)理和分布概況

4.1 管涌的形成機(jī)理

管涌是土體中的粉細(xì)砂等細(xì)顆粒在地下水滲流作用下沿著孔隙通道移動(dòng)并被水流帶走的現(xiàn)象。

邕江河床已切割至Ⅰ、Ⅱ級階地粉土、粉細(xì)砂、圓礫含水層，致使地下水與河水直接發(fā)生水力聯(lián)系。洪水期間河水補(bǔ)給地下水，使邕江兩岸臨江地段地下水位明顯抬升，形成較大的滲透壓力，當(dāng)滲透壓力超出臨界壓力時(shí)，含水層上部粉質(zhì)粘土、粘土蓋層厚度較薄的地段將發(fā)生管涌，導(dǎo)致蓋層變形破壞。國內(nèi)學(xué)者在管涌機(jī)理方面取得了豐碩的研究成果，闡明了管涌形成的機(jī)理，如毛昶熙等[1]以北江大堤典型堤段為背景，研究了砂層厚度、埋深、地層結(jié)構(gòu)以及接觸面的粗糙度等因素對管涌形成的影響，結(jié)果表明深層強(qiáng)透水層能顯著降低臨界比降，且上層越細(xì)，下層越粗，其臨界比降減小幅度稍微增加，但接觸面越粗糙其臨界比降越大；劉杰等[2]根據(jù)二層地基的滲透系數(shù)比值不同進(jìn)行了序列試驗(yàn)研究，認(rèn)為滲透破壞都是開始于上層土，且上下2種土層滲透系數(shù)之比＞100時(shí)，最容易發(fā)生管涌。

管涌災(zāi)害發(fā)生發(fā)展過程如下：滲流→表土蓋層頂穿破壞形成管涌口→粉細(xì)砂隨水流帶出形成滲流通道→通道不斷發(fā)展擴(kuò)大→堤防或堤閘等地基下沉失穩(wěn)破壞→堤防潰決。

4.2 邕江管涌的分布

當(dāng)邕江遇20年一遇洪水時(shí)，管涌主要發(fā)生在邕江北岸距背水側(cè)堤腳22.5-325 m范圍的竹排沖溝、大坑口溪溝、二坑口溪溝、心圩江河谷和雅里堤段附近的魚塘，南岸距背水側(cè)堤腳120-400 m范圍的亭子沖溝內(nèi)、鳳凰江河谷及堤附近魚塘、十三灣沖溝和魚塘、取土場、沙江水庫庫底等低洼地段。

當(dāng)邕江遇50年一遇洪水時(shí)，管涌主要發(fā)生在北岸距背水側(cè)堤腳50-345 m范圍的竹排沖溝、大坑口溪溝、二坑口溪溝、心圩江河谷、相思湖底和雅里堤段、陳村堤段附近的魚塘，南岸距背水側(cè)堤腳120-400 m范圍亭子沖溝、鳳凰江河谷及魚塘、清川大橋西堤段附近的魚塘、十三灣沖溝和魚塘、取土場、沙江水庫庫底等低洼地段。

2001年邕江洪水達(dá)20年一遇時(shí)兩岸發(fā)生的管涌災(zāi)情和20年一遇洪水時(shí)預(yù)測管涌范圍基本一致，說明預(yù)測結(jié)果基本符合實(shí)際。

5 管涌的防治措施

5.1 非汛期防治技術(shù)

（1）帷幕灌漿：帷幕灌漿主要對粉土層、粉砂層、圓礫層進(jìn)行全層灌漿，灌漿材料可采用水泥漿、水玻璃等，提高土體的抗?jié)B系數(shù)。以往灌漿多部署在迎水側(cè)堤腳，近期姚秋玲等[3]研究二層、三層堤基管涌的防治時(shí)，提出在背水側(cè)堤腳部署灌漿效果更好。

（2）回填加厚蓋板：主要對堤背水側(cè)附近的魚塘、取土場等低洼地段采取粘性土回填并分層壓實(shí)措施，增加蓋板厚度，提高蓋板抗?jié)B透和抗管涌變形破壞能力。

（3）減壓井滲流控制：在堤背水側(cè)布設(shè)若干個(gè)減壓自流排水井，降低管涌易發(fā)區(qū)的地下水水壓，達(dá)到降低管涌的發(fā)生，保障堤（閘）基安全。該方法在我國堤防除險(xiǎn)加固工程中被廣泛采納并取得良好的效果。

5.2 應(yīng)急處理技術(shù)

管涌險(xiǎn)情的應(yīng)急處理包括制止涌口涌水帶沙、加固堤壩壩體、提高基土抗?jié)B力、降低滲水壓力等，常用的方法是反濾圍井、反濾層壓蓋、蓄水等。

（1）反濾圍井：利用編織袋裝滿砂石堆放在管涌口處進(jìn)行圍補(bǔ)，并在管涌口處鋪筑反濾料防止涌水將堤壩沙土帶走。

（2）反濾層壓蓋：對較大的管涌口，利用砂石作為反濾層材料進(jìn)行壓蓋，在管涌口可先用砂礫填補(bǔ)鋪筑，再用碎石鋪筑，然后用塊石鋪筑。

（3）蓄水：洪水期間，抬高堤內(nèi)河溪湖等水體的水位，降低堤內(nèi)外的水頭差，降低堤壩的滲透壓力，有效降低管涌的發(fā)生。

5.3 管涌監(jiān)測

洪水期間應(yīng)加強(qiáng)管涌的監(jiān)測。主要采取專業(yè)設(shè)備監(jiān)測和人工巡查監(jiān)測。

目前專業(yè)設(shè)備應(yīng)用于管涌監(jiān)測尚未成熟，相關(guān)技術(shù)難以大規(guī)模應(yīng)用。鄒聲杰等[4]通過流場擬合法分析滲漏入口的流場，實(shí)時(shí)監(jiān)測了堤壩管涌滲漏狀態(tài)，但只能監(jiān)測入水口的滲漏狀態(tài)，難以監(jiān)測堤防內(nèi)部滲漏狀態(tài)。

人工巡查監(jiān)測是在洪水期間落實(shí)專門人員對管涌易發(fā)區(qū)進(jìn)行巡查監(jiān)測，同時(shí)配備無人機(jī)抵近觀察，發(fā)現(xiàn)管涌險(xiǎn)情立即預(yù)警并及時(shí)處置，該監(jiān)測方法缺點(diǎn)是巡查時(shí)間存在間隔，可能無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，宜結(jié)合高清視頻進(jìn)行監(jiān)測。

6 結(jié)語

管涌災(zāi)害是威脅防洪堤安全的主要隱患之一，應(yīng)采取有效的防范措施對管涌進(jìn)行防治，確保防洪堤安全度汛，保障南寧市邕江兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全。