磨英飛 莫東才 江耀靜

廣西壯族自治區(qū)地質環(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，是廣西經濟、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防洪閘，洪水期堤基管涌嚴重威脅提（閘）基的安全和穩(wěn)定，威脅沿江兩岸人民生命及財產安全。

2 地質環(huán)境條件

2.1 氣象、水文

南寧市位于亞熱帶季風氣候區(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，洪水呈復式峰，具有峰高量大歷時長的特點，歷時一般12天，最長可達20天，24小時漲幅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、粉砂質泥巖，從上至下細分為：

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、蘭州鐵路設計院站。PM10 監(jiān)測數據來自全國空氣質量實時發(fā)布平臺(http：//106.37.208.233：20035/)，AQI資料來源于國家環(huán)境保護部網站重點城市空氣質量日報數據(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。經壓實呈中密狀，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。

粉質粘土⑤：從上至下由硬塑狀漸變?yōu)檐浰軤睿话愫穸?.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2.65，層厚1.40-10.30 m，分布普遍。

中細砂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60-88.4%，不均勻系數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、粉砂質泥巖⑾：泥質結構，薄層狀構造，局部夾有煤層，厚度大，表層全風化，屬隔水層，分布于階地基底。

2.4 水文地質特征

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-強侵蝕性。

2.4.2 地下水的補逕排條件

地下水主要以降雨入滲補給為主，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，洪水時邕江水通過圓礫層補給地下水，兩岸受洪水影響的寬度400-600 m?？荨⑵剿阽呓媳眱砂兜叵滤傮w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個泉水，流量0.1-1.5 L·S-1。

3 邕江管涌災情

南寧市自二十世紀八十年代修建防洪堤（閘）以來，因邕江洪水導致堤內多次發(fā)生管涌災害，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—朝陽橋一帶也出現管涌災害。

1994年，邕江洪水位75.40m，大坑口——一橋一帶出現管涌，釀成內澇。

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，二坑口閘內側路面因管涌破壞無法正常通行，嚴重影響抗洪車輛通行。

4 邕江管涌的形成機理和分布概況

4.1 管涌的形成機理

管涌是土體中的粉細砂等細顆粒在地下水滲流作用下沿著孔隙通道移動并被水流帶走的現象。

邕江河床已切割至Ⅰ、Ⅱ級階地粉土、粉細砂、圓礫含水層，致使地下水與河水直接發(fā)生水力聯系。洪水期間河水補給地下水，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，當滲透壓力超出臨界壓力時，含水層上部粉質粘土、粘土蓋層厚度較薄的地段將發(fā)生管涌，導致蓋層變形破壞。國內學者在管涌機理方面取得了豐碩的研究成果，闡明了管涌形成的機理，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、地層結構以及接觸面的粗糙度等因素對管涌形成的影響，結果表明深層強透水層能顯著降低臨界比降，且上層越細，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]根據二層地基的滲透系數比值不同進行了序列試驗研究，認為滲透破壞都是開始于上層土，且上下2種土層滲透系數之比＞100時，最容易發(fā)生管涌。

管涌災害發(fā)生發(fā)展過程如下：滲流→表土蓋層頂穿破壞形成管涌口→粉細砂隨水流帶出形成滲流通道→通道不斷發(fā)展擴大→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

當邕江遇20年一遇洪水時，管涌主要發(fā)生在邕江北岸距背水側堤腳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，南岸距背水側堤腳120-400 m范圍的亭子沖溝內、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。

當邕江遇50年一遇洪水時，管涌主要發(fā)生在北岸距背水側堤腳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20年一遇時兩岸發(fā)生的管涌災情和20年一遇洪水時預測管涌范圍基本一致，說明預測結果基本符合實際。

5 管涌的防治措施

5.1 非汛期防治技術

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

（2）回填加厚蓋板：主要對堤背水側附近的魚塘、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：在堤背水側布設若干個減壓自流排水井，降低管涌易發(fā)區(qū)的地下水水壓，達到降低管涌的發(fā)生，保障堤（閘）基安全。該方法在我國堤防除險加固工程中被廣泛采納并取得良好的效果。

5.2 應急處理技術

管涌險情的應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行圍補，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行壓蓋，在管涌口可先用砂礫填補鋪筑，再用碎石鋪筑，然后用塊石鋪筑。

（3）蓄水：洪水期間，抬高堤內河溪湖等水體的水位，降低堤內外的水頭差，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

洪水期間應加強管涌的監(jiān)測。主要采取專業(yè)設備監(jiān)測和人工巡查監(jiān)測。

目前專業(yè)設備應用于管涌監(jiān)測尚未成熟，相關技術難以大規(guī)模應用。鄒聲杰等[4]通過流場擬合法分析滲漏入口的流場，實時監(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)測堤防內部滲漏狀態(tài)。

人工巡查監(jiān)測是在洪水期間落實專門人員對管涌易發(fā)區(qū)進行巡查監(jiān)測，同時配備無人機抵近觀察，發(fā)現管涌險情立即預警并及時處置，該監(jiān)測方法缺點是巡查時間存在間隔，可能無法及時發(fā)現險情，宜結合高清視頻進行監(jiān)測。

6 結語

管涌災害是威脅防洪堤安全的主要隱患之一，應采取有效的防范措施對管涌進行防治，確保防洪堤安全度汛，保障南寧市邕江兩岸人民生命財產安全。