【水文气象】卫星视角下的洞庭湖决口事件简析（2024.07.05）

2184

多源卫星影像视角下的洞庭湖决口事件简述（2024.07.05）

2024年7月5日，位于东洞庭湖西岸的华容县团洲垸大堤发生溃决，约50平方公里的团洲垸大部分区域被淹。通过sentinel、HJ-2、GF-4等卫星影像对比淹没区变化，制图结果如下：

团洲垸7月5日/10日溃堤前后对比（sentinel-2）：

东洞庭湖北部7月5日/6日溃堤前后对比（HJ-2、GF-4）：

东洞庭湖北部7月5日/6日溃堤前后对比（Sentinel-3假彩色合成）：

团洲垸在洞庭湖的位置（Sentinel-3）：

一、背景

1、水文气象

作为我国第二大淡水湖，洞庭湖是典型的吞吐湖，水系总流域面积约26万平方公里。北面承接来自松滋、太平、藕池、调弦（已堵）口的长江水，南侧、西侧有湘、资、沅、澧四水流入，湖水在岳阳城陵矶注入长江，调节着流域水平衡。

洞庭湖鸟瞰图（来自《洞庭湖历史变迁地图集》等，下同）

对于水文气象特征，洞庭湖所在的湖南属亚热带季风气候，多年平均气温16.4℃，丘陵区多年平均降雨量在1200mm以上、一些区域可达1600mm，春夏降水量占全年的70%（例如湘江流域4-7月间的梅雨期降水可占全年40%），多年平均径流深500~1500mm。湖水位在每年4月开始上升，最高水位33~36米、因地而异，7/8月达到峰值后回落，11月-次年4月为枯水季，年内水域面积变化大，有“洪水一大片、枯水几条线”一说。

洞庭湖流域与降水图

2、湖泊演化

千百年来，洞庭湖面积发生巨大变化。东晋、南北朝时，荆江南侧支流切穿华容隆起、分流进入洞庭平原，使沼泽平原变成湖泊、当时方圆五百里的洞庭湖最终形成。唐宋时期，云梦泽最终消亡，洞庭湖水面进一步向西扩展形成 “八百里洞庭”。南宋，夏秋涨水可深达数十尺，被认为是最深的阶段。元明至清道光时，水土流失加剧，荆江与四水入湖泥沙含量迅速增加、江患增多，至道光时达约6000多平方公里的全盛。1860-1870年藕池、松滋二口产生，荆江入湖泥沙急剧增加，至19世纪末西洞庭湖壅塞严重，东洞庭逐渐缩小，江水南侵为南洞庭湖，天然湿地萎缩，总面积萎缩至不到3000平方公里。泥沙淤积及围湖造田是近百年的萎缩重要原因。

洞庭湖变迁图

据张英豪等人（2023）统计，1900-2020年洞庭湖外湖面积变化可分为4个阶段：“1900-1949年，洞庭湖面积明显下降，由1896年的5400平方公里减少至1949年的4350平方公里，减幅为1050平方公里，平均每年萎缩19.10平方公里；1949-1978年，湖泊面积萎缩剧烈，由1949年的4350平方公里缩减至1978年的2708平方公里，平均缩减速率为52.87平方公里/a；1978年以后，以1998年为界分为两个阶段，即1978-1998年，湖泊面积略微减少，减少幅度为15.6平方公里，年均萎缩0.63平方公里，1998年后，湖泊面积扩大但极其有限，面积仅增加10.50平方公里”。

洞庭湖面积与泥沙变迁图

3、堤垸建设与决口的团洲垸

洞庭湖区堤垸纵横交错。所谓堤垸，是两湖地区常见工程，在湖区修筑大堤围成“垸”，垸内免受丰水季洪水干扰。有官围和私围两类，自宋起，有两宋、清康熙至光绪年间和建国初三次建设高峰期。人口压力下，在泥沙淤积的洲滩上建堤垦殖，抵御洪水、安置移民，奠定了“鱼米之乡”的经济地位。今日，洞庭湖区共有95个面积0.48万公顷以上的堤垸，包括11个重点堤垸，29个蓄洪垸，55个一般堤垸。范围涉及：洞庭湖洪道、四口洪道及尾闾地区；湘江至捞刀河口、资水至桃江县城关镇、沅江至桃源县麦市垸、澧水至临澧县青山垸、汨罗江至汨罗市罗江垸、新墙河至岳阳县筻口垸等。湖区人口超过1500万，是湖南省人口密度最大的区域。

团洲垸位于东洞庭湖西北岸，是属于华容县的一般垸、团洲镇驻地，北邻岳阳君山区、南隔藕池河东支入湖口与新洲、团山两市镇的垸相望，西护蓄洪大垸——钱粮湖垸的主体。该垸的东侧大堤在1996年也发生过一次溃决，造成垸内被淹没。

2184

二、决口过程

让我们回到距溃堤半个月前的6月16日，看看这半个月发生了什么。

（1）6月以来的雨季和洪峰

2024年6月的湖南经历了降雨强度大、持续时间长的一段时期。据湖南水文的数据，6月16日08时至7月6日18时，全省共有7869个站点发生降雨。962mm的最大降雨站点出现在平江县喻公水库。在湘北、湘中和湘西形成了东北-西南走向的降雨带，许多测站的15天降雨量超过250mm、甚至高于500mm。

降雨量级(毫米)	测站数量(个)
>=250	4195
100~250	1993
50~100	672
25~50	252
10~25	211
0~10	546

洞庭湖水系发生洪水，出现几次大的水位波动。

①湘江：长沙榔梨和湘潭气象站记录了6月16-20日、6月24-27日、6月30日-7月2日三次主要的降水过程，小时最大降雨量可达86mm。湘江下游的湘潭水文站记录了6月20日、6月26日、7月3日的三次水位峰值，在此期间的水位始终高于32m、流量高于3300m3/s，其中6月20-28日洪峰超过38米警戒水位1.04m，最大流量可达17000m3/s。6月26日后水位总体回落。如图：

②资江：益阳龙岭工业园气象站显示了6月22日到7月2日多次降水过程，其中6月29-7月2日降水量大，小时雨量最大达33mm。资江桃江站从16日起水位和流量波动上升，7月2日达到峰值的42.68m和8000m3/s后回落，6月27到7月3日多次超过39米的警戒水位。如图：

③沅江：桃源县水文站测得水位水量自6月18日起波动上升，从34. 86m和3300m3/s分别增加到7月3日的43. 76m和18000m3/s后回落，7月1-3日超过42米的警戒水位。

④澧水、洞庭湖北侧河道：安乡站测得最高水位（6月29日，2800m3/s）时间滞后于最大流量（7月3日，36.88m）。洞庭湖北侧藕池等河显示出类似水文情势，7月4日之前水位就开始逐渐下降。需特别指出，下游接近入湖口的河道，如南咀，6月28日后一直处在警戒水位以上。

⑤洞庭湖：承接各河洪水后，水位快速上涨，城陵矶站在7月4日达到洪峰水位34.03m、流量40200m3/2，超33米警戒水位1.03m。岳阳站在6月25日后始终超警戒水位，7月4日达峰值的34.42m后缓慢退水，湘阴站也类似。近20天水位涨幅7-8m，蓄水量增加163亿立方米。与此同时，水域面积从6月17日的1100平方公里增加到6月30日的2570平方公里。

（2）事件前的“平静”

截至7月4日，洞庭湖及其支流水位已经开始下降，水灾 “看似”在逐步远离。尽管如此，有关部门仍然注意到退水时可能存在的风险。就在决口发生前10小时，湖南省政府网站发布公告：

……当前，全省防汛抢险主战场在洞庭湖。截至7月4日8时，全省14站超警，其中12站位于洞庭湖区。当前，洞庭湖区水位超警、超保堤垸达113个、堤长1865公里。其中，益阳市25个、岳阳市49个、常德市39个。据省水利厅透露，未来三天，长江三峡水库出库流量将逐步增加，加之四水来水增加，洞庭湖城陵矶水文站将持续维持超警水位。省防办提醒，洞庭湖区堤防经长时间高位洪水浸泡，出险概率增加，湖区要加强巡堤查险处险，确保安全度汛。……

2184

（3）7月5日17时，团洲垸北侧堤坝发生决口

垸内5000多名群众已于当日19时前全部转移。湖南省政府发布公告：

　　7月5日16时许，岳阳市华容县团洲垸洞庭湖一线堤防（桩号19+800）发生管涌险情。17时48分许，紧急封堵失败后堤坝决堤，经初步勘测，决堤口宽度约10米。
　　出现险情后，省委、省政府高度重视，省委书记沈晓明作出批示，要求省防指和岳阳市迅速组织处置、封堵，全力转移垸区群众，坚决确保人民群众生命安全。省委副书记、省长毛伟明立即赶赴省应急指挥中心指挥处置，调度各方力量开展抢险救援，毛伟明就现场抢险作出“一确保五加快”指令，即：确保人民群众生命财产安全；加快组织镇村干部转移垸内百姓，要逐屋巡查，不留死角，确保不遗漏一人；加快封堵缺口，与此同时组织人员力量加固间堤；加快调动救援资源和力量，采取块石、水泥船等管用措施迅速投放缺口；加快清理抢险现场，加强对现场车辆的管控，确保现场抢险通道畅通，确保缺口两边同时开展抢险；加快构建有效组织体系，确保人员、方案、物资到位，做到有力、有序、有效抢救。
      目前，附近6村1社区需转移的5000名群众已全部安全转移。（文/刘燕娟 孙敏坚）

根据吉林一号卫星7月6日的影像，可以清晰地看见溃口位于团洲垸北侧大堤：

（4）7月5至6日溃口扩张、垸内淹没、保卫第二道防线

7月5日22时，溃口宽度增至150米。7月6日11时，洞庭湖决堤口增至226米。如图：

垸内房屋田地尽数淹没，水深有一到两层楼高，房屋仅露出屋顶。

团洲垸西侧有长14.3公里的土堤，将淹没区与钱粮湖垸分隔开，是第二道防线。一旦第二道防线失守，决堤的洪水就会冲向有8万居民的钱南垸。该堤自1996年以来未接受过洪水考验。

7月5日16时左右，岳阳军分区接到出动命令后，组织300余名民兵开展抢险救灾、转移群众等工作。18时许，武警第二机动总队某支队官兵抵达决口现场，紧急进行加固作业等。20时许，武警湖南总队100余名官兵进入岳阳市二门闸等地展开抢险救援，在二门闸南侧堤坝铺设数公里彩条布，保护堤坝安全。7月6日，武警湖南总队又向第二道防线增派200余名兵力进行堤坝加固抢修。各方力量加速汇集，抢险救援形成合力。国家防总派出工作组和专家赶赴现场，长江水利委员会派出专家和水文测报团队紧急支援，中国应急“长沙号”多功能应急救援船装载救援物资、物料到达抢险地段。

（5）7月6日15:49，洞庭湖决口开始封堵合龙

7月6日12时，溃口处内外水位落差进一步缩小，有利于开展封堵作业。最初是使用运输车辆运送大型石块进行封堵，每小时能投放600立方米石块。

7月7日零时，双向“进占”，封堵了34米左右，平均每小时4米封堵左右。决堤口两端裹头抢筑，用装满碎石的大船往决堤口灌注石料，采用碎石和块石联合填埋。

7月7日11时，决口封堵增加了驳船抛投的方式，并以平均每小时4船2000立方米的进度推进。另有两架直升机通过投放沉箱的形式参与封堵。

7月7日18时，洞庭湖决堤抢险双向封堵已达91.5米。21时，封堵完成101.6米，决口剩余124.4米。

（6）7月8日 22:34，大堤决口完成封堵

淹没面积达到45平方公里，后续将逐步进行排水和灾后重建。让我们通过一组卫星雷达影像回顾这几日溃口和堤垸的变化：

2184

三、原因简析

近期的长期降雨以及随之的高水位是引发溃决洪水的基础之一，即使退水也并不意味着堤坝就安全了。在长期水浸泡后，坝体物质颗粒出现超饱和。退水后，坝体失去水体的顶托应力，原有的受力平衡被打破，又加之坝体内水分因自重和渗水压力而向堤坝外渗出，抗滑能力下降的堤坝更加有坍塌的可能。

大堤本身。团洲区域是二十世纪中叶从洞庭湖水域中由泥沙淤积而成，基底较为松软、大水淹没将进一步影响其稳定性，且堤坝常由砂石和卵石组成，总体稳定性远不及基岩基底。

管涌是溃堤的直接原因。管涌是由于水流作用引起的土颗粒被渗流带走，导致堤坝基础或土体中形成空洞或通道的现象。洞庭湖水位超警后，团洲垸大堤两侧水位差增大，渗流压力随之增加。高渗流压力引起坝体内细小土颗粒移动，更多物质被带走、形成渗流通道，渗流通道进一步扩大，可导致大规模土体流失、边坡失稳、堤坝垮塌。

四、其他卫星影像记录

高分一号假彩色合成（GF-1C）：

高分四号（GF-4）：

Sentinel-3OLCI：

MODIS：