2020年度江蘇省主汛期險情時空分布分析

顧 青， 孫洪濱， 于 濤， 袁 聰， 沈 浩， 李 揚

(1.江蘇省淮河入海水道工程管理處， 江蘇 淮安 223200； 2.江蘇省水旱災(zāi)害防御調(diào)度指揮中心， 江蘇 南京 210029；3.江蘇省淮沭新河管理處， 江蘇 淮安 223000； 4.江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚州 225200)

2020年入梅以來，江蘇省全省經(jīng)歷超強、超長梅雨季，共發(fā)生10輪強降雨，梅雨量是常年的2.5倍。進入7月份后，省內(nèi)長江、太湖、淮河流域相繼發(fā)生洪水，共計32條河湖、59個站點水位超警戒線。長江流域經(jīng)歷超歷史大洪水，南京、鎮(zhèn)江高潮位均超歷史最高水位，長江大通來量僅次于1954年。太湖流域遭遇超標準大洪水，淮河發(fā)生較大流域性洪水，沂河發(fā)生1960年以來最大洪水，沭河重溝站出現(xiàn)有實測資料以來最大流量。在此期間，第4號臺風(fēng)“黑格比”于2020年8月4日進入江蘇省境內(nèi)，為全省嚴峻的防汛形勢增添了不安定因素。全省主汛期呈現(xiàn)出“江淮并漲、洪澇齊發(fā)”的特點。

面對復(fù)雜的雨情、水情，全省上下在省委省政府的堅強領(lǐng)導(dǎo)下，深入貫徹落實防汛抗洪工作的重要指示精神，堅持人民至上、生命至上，全民動員、全力以赴，實現(xiàn)了無重大險情、無人員傷亡、無重大災(zāi)害損失，取得防汛抗洪勝利。但省內(nèi)三大主要流域堤防、河道在經(jīng)歷了長時間洪水浸泡和沖刷，承受了高水位、大流量的沖擊后，還是不可避免地出現(xiàn)了一些險情。為進一步做好防災(zāi)減災(zāi)工作，對險工險段和薄弱環(huán)節(jié)開展針對性防御，需要對已發(fā)生險情進行匯總、分析，結(jié)合流域雨情、水情和工程實際工況，從險情發(fā)生的時間、空間維度探尋險情的內(nèi)在規(guī)律，總結(jié)行之有效的處置措施，從而達到“科學(xué)防汛、減災(zāi)降損”的目的，并對今后防汛搶險工作起到一定指導(dǎo)作用。

1 江蘇省防汛工作特性

江蘇省因其獨特的地理、氣候、社會特性，致使省內(nèi)的防汛工作也有著與眾不同的特性。

從地理特性上看，江蘇省地處長江、淮河兩大江河流域下游，東臨黃海，地勢低洼，省內(nèi)長江流域分為長江干流水系和太湖水系，淮河流域分為淮河水系和沂沭泗水系?？v橫交錯的行洪河道把全省分割成諸多區(qū)塊，易形成內(nèi)澇，當上游客水壓境時，汛期極易形成“外洪內(nèi)澇”的局面。

從氣候特性上看，江蘇省位于溫帶向亞熱帶過渡氣候地帶，季風(fēng)特征明顯，降水集中發(fā)生在汛期，易出現(xiàn)突發(fā)性、災(zāi)害性暴雨。從時間跨度上看，6—7月的梅雨易形成流域性暴雨，8—9月的臺風(fēng)通常會帶來區(qū)域性暴雨，整個汛期都有較大可能短歷時雷暴雨，極易造成局部洪澇。

從社會特性上看，全省人多地少，經(jīng)濟比較發(fā)達，人口、城市和經(jīng)濟總量主要集中在沿江、沿湖、沿河低洼地區(qū)，需要依靠防洪工程來保護。目前正處于全面建成小康社會和基本實現(xiàn)現(xiàn)代化的關(guān)鍵時期，隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，洪澇災(zāi)害帶來的損失更大，越來越經(jīng)不起洪澇淹沒。城市化水平提升，全省各區(qū)域協(xié)同發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)面臨調(diào)整，投資環(huán)境有待改善，生活質(zhì)量需要提高，生態(tài)環(huán)境亟需修復(fù)，這些都對全省的防洪提出了更高要求[1]。

鑒于江蘇省特定的地理位置和氣候特點，使全省均處于局部性洪水頻繁、區(qū)域性洪水常見、流域性洪水易發(fā)的洪澇災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，而經(jīng)濟社會的快速發(fā)展又對防汛工作提出了更高的要求，這些特性疊加作用，造就了江蘇防汛工作獨有的艱巨性。也正是因此，在取得階段性防汛工作勝利的同時，需要對已產(chǎn)生的險情回頭看，按照時間、空間維度，對其發(fā)生的原因、趨勢進行分析，總結(jié)相應(yīng)的規(guī)律用以指導(dǎo)今后的防汛工作。

2 入梅以來全省出險時間分布

2020年7月6日入梅以來至8月20日，據(jù)各地統(tǒng)計上報，全省累計發(fā)生險情199處，均為一般險情，其中長江干流水系發(fā)生114處，太湖水系發(fā)生21處，淮河水系發(fā)生50處，沂沭泗水系發(fā)生14處，全省四大水系出險在時間分布上呈現(xiàn)出了2個較為明顯的階段。之所以會出現(xiàn)2個鮮明的時間段分布，是因為省內(nèi)四大水系經(jīng)歷了不同的水情、雨情，需要分別開展研究、分析。

2.1 第一階段出險分析

第一階段出險起止時間為7月6日至8月4日，這一階段是本年度主汛期中水、雨情最為嚴峻、最為復(fù)雜的時段。7月2日、17日、26日，長江1、2、3號洪水相繼形成，持續(xù)影響我省近1個月的時間，南京站最高水位超歷史0.17 m、鎮(zhèn)江站超歷史0.08 m；受長江持續(xù)高水位和區(qū)域降雨的影響，水陽江、滁河、秦淮河等長江支流相繼經(jīng)歷超標準洪水，水陽江水碧橋站最高水位超保證水位0.48 m，滁河最高水位超警戒水位2.50 m，秦淮河最高水位超警戒水位2.24 m；太湖也遭受超標準洪水，太湖平均水位最高值平歷史第三位4.79 m，超保證水位0.14 m；7月17日，淮河形成編號洪水，入洪澤湖最大流量超過11 000 m3/s。在長江干流水系、太湖水系、淮河水系相繼面臨長時間強降水，大體量客水壓境，高水位大流量行洪的30 d內(nèi)，三大水系共出現(xiàn)181處險情，最大單日出險數(shù)達到26處，險情類型涵蓋了滲水、管涌、滑坡、陷坑、漫溢等10種險情。7月6日至8月4日長江干流、太湖、淮河三大水系主要站點水位超警情況統(tǒng)計詳見表1。

長江干流、太湖、淮河三大水系在這一階段均長時間處于高水位行洪狀態(tài)，最高水位超警幅度均較大，除長江南京站、淮河盱眙站外，超警幅度均在25%以上，如此多水系遭遇超歷史、大幅超警的流域性大洪水，讓河道堤防、河勢面臨極其嚴峻的考驗。這一階段發(fā)生的181處險情絕大多數(shù)為規(guī)模小、影響小、易處理的險情，其中滲水險情占比最高，占險情總數(shù)的近六成，陷坑、穿堤建筑物、管涌流土、漫溢險情占比相對較高，這5類險情總和占險情總數(shù)的比例約為九成。這些險情產(chǎn)生的原因基本上是因為堤防在高水位、大流量洪水的長時間浸泡及沖刷下，堤防土體含水量和自重不斷增大，堤身土質(zhì)變松軟，土體間的抗剪能力大大減弱，浸潤線不斷抬高，使得堤身外部剛度下降，內(nèi)部形成滲水通道。

表1 7月6日至8月4日三大水系主要站點超警情況

高水位、大流量、長時間行洪對河道和堤防的不利影響是顯而易見的，因此在這一階段較為集中地出現(xiàn)險情也是可以預(yù)見的。得益于多年來省內(nèi)水利工程高標準建設(shè)，輔以精準的洪水調(diào)度系統(tǒng)和科學(xué)的工程管理系統(tǒng)，省內(nèi)各主要水系均具備了防御一般洪水、對付較大洪水的能力，并有了通過加強防守抗御大洪水的條件。因而，在這一階段長江流域、淮河流域遭遇流域性大洪水的嚴峻形勢下，全省未發(fā)生重大險情，發(fā)生的險情均可在短時間內(nèi)通過常規(guī)的險情處理方法處理到位，保證了沿線人民群眾生命財產(chǎn)安全。

2.2 第二階段出險分析

第二階段出險起止時間為8月12日至8月15日，這一階段的水、雨情在不同水系有著不同的特點。8月13日、14日，沂沭河上游山東境內(nèi)發(fā)生強降水，導(dǎo)致沂沭泗水系發(fā)生大洪水，沂河港上站洪峰流量達到7 460 m3/s，接近歷史最大流量；新沭河洪峰流量達到6 300 m3/s，超1974年歷史最大流量3 870 m3/s；石梁河水庫最大泄量達到4 830 m3/s，超歷史最大流量。而長江干流、淮河水系，由于水情、雨情較為平穩(wěn)，加之區(qū)域內(nèi)沒有長時間集中降雨，逐步進入退水期，長時間浸泡的堤防在內(nèi)河水位逐步下降的情況下，出現(xiàn)險情的幾率不斷增加。在沂沭泗洪水迅猛來襲和長江干流、淮河逐步退水的4 d內(nèi)，三大水系共出現(xiàn)18處險情，最大單日出險數(shù)達到13處，險情類型涵蓋了滲水、管涌、陷坑、坍江等6種險情。

這一階段發(fā)生的18處險情多數(shù)為規(guī)模小、影響小、易處理的險情，但也出現(xiàn)了坍江、破口這樣規(guī)模和影響大一些的險情，究其原因是因為河道退水時，堤防臨水坡水位下降，堤防失去了外水壓力的支撐，受力平衡被打破，原來滲入堤防內(nèi)部的水分在滲水壓力和自重作用下就會向外溢出，容易造成堤坡失去穩(wěn)定，松軟的堤防就可能發(fā)生滑坡、坍塌，尤其是堤身存在軟弱夾層或壓密不實、基礎(chǔ)滲漏嚴重的地段，更易發(fā)生破口險情。

長江干流鎮(zhèn)江段自7月4日出現(xiàn)超警水位開始，截至8月20日，已連續(xù)48 d水位處于超警狀態(tài)，最高水位一度達到8.67 m，超歷史最高值0.08 m。堤防在長時間、高水位浸泡和大流量洪水沖刷作用下，土體間的抗剪強度大大下降，加之8月9日至11日鎮(zhèn)江段連續(xù)3 d發(fā)生日降水量在22 ～32 mm的中、大雨，加劇了對堤防的不利影響。受此影響，8月13日早上揚中市小砲沙右緣出現(xiàn)坍江跡象，當?shù)負岆U救災(zāi)隊伍迅速采取應(yīng)對措施，開展坍江段水下地形監(jiān)測，確定搶險方案并迅速組織實施，盡早控制住了坍江險情，幾乎未對沿線人民群眾生命財產(chǎn)安全造成影響。

在淮河盱眙段也面臨相似的問題。自7月20日出現(xiàn)超警水位開始，到8月18日，淮河盱眙段連續(xù)30天水位處于超警狀態(tài)，最高水位一度達到15.56 m，最大流量達到8 390 m3/s，加之8月8日至9日盱眙段連續(xù)2 d發(fā)生日降水量在41～69 mm的大雨、暴雨，加劇了對堤防的不利影響。8月12日上午盱眙縣官灘鎮(zhèn)王橋圩、淮河鎮(zhèn)腰灘圩陸續(xù)出現(xiàn)破口險情，王橋圩為洪澤湖的滯洪圩，腰灘是淮河入洪澤湖口行洪洲灘，在汛情緊張時這2處圩區(qū)都將作為行洪區(qū)。但是，在確保人民群眾生命安全并盡最大努力將財產(chǎn)損失降到最低的指導(dǎo)原則下，當?shù)負岆U救災(zāi)隊伍迅速采取應(yīng)對措施，組織開展人員撤離，迅速對破口處進行封堵、閉氣，調(diào)集排水泵抽排區(qū)域澇水，將險情不利影響降到盡可能低的程度。

通過2個階段險情出險時間分布規(guī)律分析可以得出，今年主汛期險情發(fā)生的時間分布基本上與水情、雨情的變化規(guī)律一致。當上游大體量客水迅速壓境，區(qū)域內(nèi)持續(xù)發(fā)生較強降雨并形成地表徑流時，河湖水位會快速上漲，流速迅速增加，對沿線堤防、河勢造成較強沖擊，這段時期可能會較為集中地產(chǎn)生險情，是防御洪澇災(zāi)害的重要時段；當上游客水來量趨于穩(wěn)定并平穩(wěn)下降，區(qū)域降水明顯減少時，河湖水位峰值出現(xiàn)后將緩慢下降，流速趨穩(wěn)后緩慢降低，河湖將進入退水期，此時堤防穩(wěn)定性、力學(xué)性能均較差，一旦與區(qū)域短時間內(nèi)強降雨疊加作用，將極易出現(xiàn)險情，是防御洪澇災(zāi)害不可忽視的關(guān)鍵時段。

3 入梅以來全省出險空間分布

2020年7月6日入梅以來至8月20日，全省累計發(fā)生的199處險情，宏觀上來看，本年度主汛期發(fā)生的險情地理位置相對集中，有近六成險情發(fā)生在四大水系的干流，干流險情主要集中在長江、淮河和沂河干流。值得注意的是，今年主汛期各水系支流出險比例較以往有所增加。

在對險情發(fā)生的地理位置和空間部位統(tǒng)籌分析后，能夠看出本年度主汛期在空間分布上總體呈現(xiàn)出以下特性，值得開展進一步深入分析，有針對性地指導(dǎo)水毀工程修復(fù)和薄弱部位加固。

3.1 水系干流出險集中

本年度主汛期的干流險情，絕大多數(shù)集中發(fā)生在長江鎮(zhèn)江段、淮河盱眙段和沂河港上段。

長江鎮(zhèn)江段位于長江下游，河勢變化劇烈，走向與地質(zhì)構(gòu)造方向基本一致。長江鎮(zhèn)江段河道南岸低矮山丘及階地地段，抗沖性一般較強；而以鎮(zhèn)揚汽渡為分界線，向上游為沖積土岸線，抗沖性較差，向下游是征潤洲，抗沖性極差。河道北岸多為沖積平原，土質(zhì)組成為青灰色極細沙或粉沙，中間有淤泥夾層，抗沖性較差[2]。正是基于這樣復(fù)雜的地勢、河勢、泥沙特性，當長江鎮(zhèn)江段遭遇干流洪水時，南岸常會出現(xiàn)回流，進而加劇凹岸沖刷，而北岸時有淤積；當洪水行至江心各洲島時，前期表層水流多從北汊走，底流在洲島頂沖下形成回流；當洪水持續(xù)作用并強度提升后，北汊河道將逐漸加深，南汊河道可能會出現(xiàn)泥沙淤積，使流態(tài)進一步復(fù)雜化[3]。

淮河盱眙段是淮河進入洪澤湖前的最后一段河道，河道內(nèi)洲灘眾多，汊道交錯，水面寬度難以得到有效保證[4]?；春禹祉舳蔚闹逓┲饕祉艨h淮河鎮(zhèn)境內(nèi)的腰灘、蛤灘、城根灘3個圩區(qū)，三灘面積之和為47.07 km2，均位于淮河干流，且四面環(huán)水，地面高程在低于現(xiàn)有行蓄洪區(qū)進洪水位[5]。

整體上看，長江鎮(zhèn)江段與淮河盱眙段在地理特性、水流形態(tài)等方面均有一些相似之處；從地形地貌看，均屬于平原沖積型河流；從河型看，均屬于彎曲型與分汊型復(fù)合河型；從形態(tài)特點看，均屬于正常彎曲、局部呈對稱的正弦狀曲線；從河床邊界看，均屬于懸沙淤積及底沙淤積交替成層的邊界結(jié)構(gòu)[6]。

沂河港上段處于沂河中游，河型屬于彎曲型向分汊型變化的漸變段。本年度汛期沂河主要出險段在彎曲型河段凹岸，該河段地質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，易被流水侵蝕，且該河段岸線邊緣多為凹岸，易形成橫向環(huán)流[7]，從而加劇侵蝕、誘發(fā)險情。

綜合3個流域干流險情發(fā)生機制、地域分布來看，干流彎曲型與分汊型復(fù)合或者漸變河段較易集中產(chǎn)生險情，尤其是洲灘周邊，在今后類似高水位、大流量、長時間洪水作用下，是需要重點防御的地段。

3.2 水系支流出險占比提升

本年度主汛期支流出險數(shù)量相較于以往有所提升，支流險情發(fā)生的水系也較為集中，絕大多數(shù)都集中在長江干流水系、太湖水系支流。長江干流水系支流險情主要集中在南京段水陽江、滁河、秦淮河等支流，鎮(zhèn)江段便民河、老便民河、運糧河等支流，太湖水系支流險情主要集中在蘇州段望虞河支流。

造成本年度支流出險占比較以往有顯著提升的原因主要為：一是本年度主汛期降雨量多，持續(xù)時間長，支流水系水位不斷攀升，部分流域超過歷史最高值；二是受嚴峻的水、雨情影響，干流水位也長時間維持高位，支流內(nèi)部澇水無法順暢排出，且沿線排泄能力有限，使得支流水系長時間維持高水位；三是支流河道水面寬度較窄，調(diào)蓄能力有限，遇到持續(xù)強降水，排泄不暢的情況時，河道水位極易快速攀升并長時間維持高位，增加出險可能性；四是支流沿線堤防設(shè)計標準相較于干流堤防標準較低，在各水系全面遭遇超歷史、超標準的全流域大洪水時，在抵御洪水的可靠度、穩(wěn)定性上難免有所欠缺。

3.3 河流右岸出險占比高

在本年度主汛期出現(xiàn)的所有險情中，在河道順水流右岸發(fā)生的險情總計達到134處，占比達到總出險數(shù)的67%，且四大水系右岸出險的比例均在60%以上?？紤]到對同一河段而言，兩岸堤防的標準、施工質(zhì)量、過往的加固措施基本上是一致的，同時外部降雨、巡堤查險力度在河道兩岸分布也是基本上均衡的，那么右岸出險占比高這一現(xiàn)象就不是偶然出險的巧合。在排除各種影響因素后，會對河道、堤防險情產(chǎn)生偏差的主要因素，基本只有水情的影響。結(jié)合上述分析，本年度主汛期出險地點空間分布基本以河面狹窄、流速較大、洪水持續(xù)作用、水位長期處于高位的河段為主，在這些河段水流沖刷的作用會更為明顯。

這種險情左右岸分布不均衡性，與地轉(zhuǎn)偏向力的影響特征大體吻合。眾所周知，地轉(zhuǎn)偏向力是由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的作用于運動物體的慣性力，只有在物體相對于地面運動時才產(chǎn)生，并且只會改變水平運動物體運動的方向，不會改變物體運動的速率。在北半球，地轉(zhuǎn)偏向力始終作用于右側(cè)，而地表徑流在流淌的過程中會受到地轉(zhuǎn)偏向力的影響，地轉(zhuǎn)偏向力使河流向右偏轉(zhuǎn)，因此在省內(nèi)河道通常右岸會成為侵蝕岸(凹岸)，左岸會成為沉積岸(凸岸)。在大流量、大流速、高水位洪水持續(xù)影響下，河道右岸承受的沖刷、侵蝕作用較之左岸更為強烈，同時既已形成的凹岸內(nèi)水流在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，更易形成橫向環(huán)流，加劇對右側(cè)岸線的沖刷、侵蝕[8]，增加出險的概率。

表2 全省反復(fù)出險堤段統(tǒng)計

3.4 部分堤段存在反復(fù)出險

在主汛期已經(jīng)發(fā)生的險情中，有部分堤段是反復(fù)出險的堤段，需要予以特別的關(guān)注，具體統(tǒng)計詳見表2。

從表2可以看出，反復(fù)出險堤段在空間分布上并沒有特殊的規(guī)律，但是對同一險工段而言，在數(shù)次出險過程中，險情規(guī)模、影響范圍不斷擴大。雖然全省主汛期險情中存在5處反復(fù)出險的險工段，但是得益于巡堤查險得力、到位，險情處置及時、有效，5處反復(fù)出險段的險情都在控制之中，未發(fā)展成為較大險情。

對于反復(fù)出險的險工段，值得注意的是從險情數(shù)量上看，反復(fù)出險的險情在總險情的占比為6.5%左右，是不可忽視的不安定因素；從險情處置的角度看，能進行處置的險情基本上以肉眼可見，具有出險特征的險情為主，通過儀器、設(shè)備勘探、監(jiān)測到的肉眼不可見(如位于堤防內(nèi)部或者水面以下的險情)、沒有明顯出險特征的險情是少數(shù)，可見險情處置完成后，并不代表該險工段內(nèi)部或者周邊不存在不可見的險情，更不代表險情處置完成后就可以高枕無憂，在現(xiàn)有技術(shù)條件下還是需要進一步加強巡堤查險，對已發(fā)生、已處置的險情及時回頭核查，做到早發(fā)現(xiàn)、早控制、早處理，將險情擴大的趨勢遏制在發(fā)展初期。

4 結(jié) 語

在面對江湖齊漲、淮沂并發(fā)的超歷史和超標準洪水，江蘇省依靠堅固的水利設(shè)施、高效的防汛運行機制和數(shù)以百萬計的“鐵腳板”，守護了河湖堤壩的安全，交出了有大洪無大災(zāi)的滿意答卷。對險情進行更深入、更科學(xué)地研究，可以更充分地發(fā)揮水利設(shè)施的效益，更科學(xué)地發(fā)揮運行機制，更高效地利用物力人力資源，同時利用險情發(fā)生規(guī)律，提前對可能發(fā)生的險情進行預(yù)測、預(yù)判，從而更精準地開展工程調(diào)度，更從容地開展防汛準備，更科學(xué)地指導(dǎo)防汛搶險。