气候变化对水利工程堤防安全的影响及应对策略

引言

近年来，全球气候变化趋势日益显著，极端天气事件频发、气温持续上升、海平面不断抬升等现象，给水利工程堤防的安全运行带来了前所未有的挑战。堤防作为防洪减灾的关键基础设施，其安全性直接关系到人民生命财产安全和社会经济稳定发展。

一、气候变化的主要特征及表现

（一）极端降水变化

气象数据显示，全球范围内暴雨、特大暴雨等极端降水事件的发生频率呈明显上升趋势。以我国为例，近几十年来，长江、黄河等流域的极端降水事件数量显著增多，部分地区短时间内的降水量突破历史极值。气候变化导致区域降水分布差异进一步增大，旱涝急转现象愈发频繁。一些地区可能长期处于干旱状态，土壤干裂、河道干涸；而在短时间内又可能突降暴雨，引发洪水灾害。

（二）气温变化

根据世界气象组织报告，自工业化时代以来，全球平均气温已显著上升。过去一个世纪，全球地表平均温度升高约1.1℃，且升温趋势仍在持续。气温升高不仅改变了大气环流模式，还影响了水循环过程，间接对水利工程堤防产生影响，如加速蒸发导致河流水位下降，在枯水期增加堤防基础暴露风险；同时，也可能改变土壤水分状况，影响堤防土体性能。极端高温热浪事件的发生频率和持续时间不断增加。

（三）海平面上升

长期观测数据表明，全球海平面正以加速上升的趋势发展。近几十年来，全球海平面平均上升速率约为 3.3 毫米 / 年，且该速率仍在加快。在一些沿海地区，如我国珠江三角洲、长江三角洲等，受多种因素影响，海平面上升速率高于全球平均水平，部分区域达到 5-6毫米/年。海平面上升扩大了海水对沿海堤防的威胁区域。原本处于安全范围内的堤防，因海平面上升而面临海水侵蚀加剧、基础稳定性下降等问题。

二、气候变化对水利工程堤防安全的影响

（一）水位波动影响

极端降水的增加直接导致河流、湖泊等水体的洪峰流量增大，进而使洪水位显著抬高。当洪水位超过堤防设计标准时，堤防承受的水压力大幅增加，不仅会对堤身结构产生巨大的侧向推力，还可能引发堤顶漫溢险情。在气候变化背景下，水位快速涨落现象更为常见。

（二）渗流变化影响

降水增多使得堤身与堤基所受的水力梯度增大，渗流量相应增加。在强降雨或持续降雨过程中，雨水不断渗入堤身和堤基，导致渗流路径上的土体含水量饱和，渗透系数增大，渗流量进一步上升。随着渗流量的增大和渗流路径的改变，管涌、流土等渗透破坏现象发生的概率和严重程度均显著增加。

（三）土体性能改变影响

降水与蒸发的改变直接影响堤防土体的含水量。过多的降水使土体长期处于饱和状态，土颗粒间的有效应力减小，抗剪强度降低，导致堤防稳定性下降；而长期干旱或高温蒸发，则会使土体失水干裂，形成贯通裂缝，为雨水和渗流提供通道，进一步削弱堤防的防渗和承载能力。

（四）其他影响

沿海堤防除了面临海平面上升的威胁外，还受到风暴潮与海浪冲击加剧的影响。在全球变暖背景下，台风、飓风等热带气旋的强度和能量有所增强，引发的风暴潮水位更高、破坏力更大。海浪在强风作用下，波高增大、冲击力增强，持续的拍打和侵蚀会破坏堤防护坡结构，掏空堤脚，降低堤防的抗冲刷能力和稳定性。气候变化改变了生物的生存环境和活动规律，一些生物活动对堤防结构的破坏作用也日益凸显。

三、应对气候变化的堤防安全保障策略

（一）监测预警体系构建

构建全方位的实时监测系统是保障堤防安全的关键。利用现代传感技术，在堤防关键部位安装水位传感器、渗压计、位移计等设备，实时采集水位、渗流、位移等数据。同时，借助卫星遥感、无人机巡检等技术，对堤防进行大范围、高频率的监测，及时发现堤防表面裂缝、塌陷等异常情况。完善预警分级标准，根据监测数据和风险评估结果，将预警级别划分为一般、较重、严重和特别严重四级，并制定相应的预警信号和应对措施。

（二）工程加固措施

对于现有堤防，可采用培厚加高的方式提高其防洪能力。在培厚过程中，要保证新旧土体的良好结合，分层填筑并压实，控制填土的含水量和压实度；加高部分需满足稳定性和防洪标准要求，同时做好排水和防护措施。针对不同类型的堤基地质条件，采取相应的加固处理措施。对于软土地基，可采用排水固结法、复合地基法等，加速地基土体固结，提高地基承载力和稳定性；对于砂土地基，可采用振冲法、强夯法等，增加砂土密实度，防止管涌、流土等渗透破坏。

（三）生态修复与防护

植被护坡是一种经济有效的生态防护措施。选择适合当地气候和土壤条件的植物品种，如草本植物、灌木等，通过植草、种树等方式在堤坡上构建植被系统。植物根系能够固土护坡，减少雨水冲刷和坡面侵蚀，同时植被还能起到蒸腾作用，降低土体含水量，提高土体稳定性。此外，植被护坡还能改善生态环境，增加生物多样性。湿地具有强大的洪水调节功能，能够有效削减洪峰流量，减轻堤防防洪压力。加

（四）管理策略优化

根据气候变化带来的新情况、新问题，及时修订完善防洪预案。充分考虑极端降水、海平面上升等因素对洪水风险的影响，重新评估防洪标准和洪水调度方案。加强应急物资储备，按照防洪预案要求，储备充足的抢险物料、设备和生活用品，并定期进行检查和更新。

四、实际案例分析

（一）某江河堤防应对极端降水案例

202X 年夏季，某江河流域遭遇持续强降雨，局部地区降雨量超过历史极值，引发流域性大洪水。该流域内一段长约10 公里的堤防面临严峻考验，洪水水位持续上涨，超过堤防设计水位0.8 米，且长时间居高不下。监测数据显示，随着洪水水位上升，堤身渗流量急剧增大，部分堤段出现渗水、冒浑水现象，表明可能存在管涌隐患；堤坡位移监测数据也显示，部分堤坡出现明显变形，稳定性下降。

（二）某沿海堤防应对海平面上升案例

某沿海地区的堤防始建于上世纪，原设计标准较低。随着全球海平面上升，该地区海平面近几十年上升了约20 厘米，加上风暴潮影响，沿海堤防面临的威胁日益严重，部分堤段出现护坡破损、堤脚被掏空等问题。在风暴潮期间，潮水水位与海平面上升叠加，导致潮水漫过堤顶，冲刷堤身；海浪的持续冲击使护坡混凝土开裂、脱落，堤脚土体被掏空，堤防基础稳定性下降。

五、结论

气候变化对水利工程堤防安全产生了多方面的显著影响，极端降水、气温变化、海平面上升等因素通过改变水位波动、渗流状态、土体性能等，给堤防带来了诸如洪水漫溢、渗透破坏、结构失稳等一系列安全隐患。为有效应对这些挑战，需要综合运用监测预警体系构建、工程加固措施、生态修复与防护以及管理策略优化等多种手段，形成全方位、多层次的堤防安全保障体系。

参考文献：

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