防洪抢险技术(国家骨干高职院校建设项目教材)
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第一节 洪水灾害

一、洪水灾害

(一)洪水

洪水是指河流、湖泊、沼泽和人工水库等地表水体所含的水量超过多年平均水量的一种水流现象。洪水,根据其成因可分为以下7种。

1.暴雨洪水

这指暴雨引起的江河水量迅速增加并使之水位急剧上升的现象,称暴雨洪水。按暴雨的成因可分为:雷暴雨洪水(也称骤发暴雨洪水)、台风暴雨洪水、锋面暴雨洪水。暴雨洪水年际变化很大,在同一流域上,常年出现的暴雨洪水与偶尔出现的特大暴雨洪水,在量级上相差悬殊,洪水过程特征也不完全一致。中国河流的主要洪水大都是暴雨洪水,它多发生在夏、秋季节,南方一些地区春季也有发生。暴雨产生洪水,降雨量是首先要关注的重要技术数据。水文气象规定:24h降雨量,小于10mm为小雨,10~24.9mm为中雨,25~49.5mm为大雨,50~99.9mm为暴雨,100~249.9mm为大暴雨,大于250mm为特大暴雨。12h降雨量,小于5mm为小雨,5~9.9mm为中雨,10~29.9mm为大雨,30~69.9mm为暴雨,70~139.9mm为大暴雨,大于140mm为特大暴雨。180min降雨20mm为短时暴雨。

暴雨强度大、笼罩范围广的大面积暴雨,是形成江河特大洪水的主要来源。我国大面积暴雨时、空尺度特征地区上有一定差别,黄河流域及其以北地区,一次大暴雨历时一般为2~7天,笼罩面积3万~10万km2,降水量100亿~550亿m3;长江中下游一次大暴雨历时5~9天,笼罩面积10万~20万km2,总降水量300亿~700亿m3;东南沿海热带风暴和台风引发的大暴雨,一般历时1~2天笼罩面积在8万km2以下,相应总降水量100亿~170亿m3

大范围暴雨主要由两类天气系统形成,一类是西风带低值系统,包括锋、气旋、切变线、低涡和槽等,影响我国大部分地区。这类暴雨一般持续时间长,覆盖面广,降水总量大,大江大河洪水主要由这类暴雨形成。另一类为低纬度热带天气系统,主要是热带风暴和台风,主要影响东南沿海地区和华南各省,洪水峰高量大,可以在较大范围造成严重的洪水灾害。此外西北干旱和半干旱地区,受夏季强对流天气影响易产生短历时局地性大暴雨。如1976年7月25日甘肃陇南宕昌县化马3h雨量达343mm,而暴雨范围仅50km2,这类短历时大暴雨,对局部地区可以造成毁灭性灾害。

每年大暴雨洪水发生的季节有一定规律。一般情况,4月上旬至8月中旬随着西太平洋副热带高压脊线从南向北移动,夏季集中雨带,也逐步从华南向江淮、华北、东北地区推进,依次形成4月、5月珠江流域前汛期洪水,6月、7月江淮梅雨锋暴雨洪水和7月、8月华北、东北地区盛夏暴雨洪水。如果天气活动反常,副高脊线在华南上空停滞时间过长,长江中下游和淮河流域形成长时间梅雨期,连续出现大面积暴雨,江淮流域必将形成大范围洪涝灾害,1931年、1954年和1998年特大洪水,都是在这种天气背景下形成的。

7月、8月当副高脊线北移,产生于西太平洋热带风暴和台风在东南沿海频繁登陆,我国南部地区出现第二次暴雨洪水高峰。少数台风深入内陆,与西风带低值系统结合,常常可以形成强度很高的大面积降雨。例如,1935年7月长江中游湘、鄂西地区持续5天特大暴雨,暴雨中心五峰累计雨量1281.8mm,暴雨区范围达12万km2,长江中游澧水、清江、汉江等大支流同时爆发特大洪水。澧水三江口水文站洪峰流量31100m3/s,接近世界最大洪水外包值。1963年8月海河特大暴雨,1975年8月淮河上游特大暴雨都具有这种性质。

暴雨洪水的地区分布从黑龙江省呼玛沿大兴安岭经阴山、贺兰山到西藏高原东南部,这条东北——西南向的斜线相当于年均24h雨量50mm等值线的位置,将我国大陆分成面积大致相等的东、西两大部分。东部地区暴雨发生的频率高、洪水量值大,是我国主要暴雨洪水区;西部地区虽然也可以产生暴雨,但发生的机会少,范围也比较局部。

暴雨洪水的分布地区上有很大差别,有两条突出的高值带,一条分布在自辽东半岛往南至广西北部湾沿海山区和岛屿;另一条从燕山、太行山、伏牛山、雪峰山迎风山区,每1000km2最大流量均在8000m3/s以上,最大可达15000m3/s。此外还有几处局部高值区,即四川盆地周边山区,陕北高原以及幕阜山区,每1000km2最大流量6000~8000m3/s。西南岩溶地区和东北森林草原,洪水量值较低,每1000km2最大流量1000~2000m3/s。最大流量地区差异,反映了自然环境对洪水的影响。

东部地区暴雨洪水特点,除掉洪水量值特别大以外,还有一个重要特征是洪峰流量年际之间变化极不稳定。常遇洪水与偶尔发生的特大洪水,量值上有悬殊的差别。根据调查或实测到的最大流量与年均最大流量比较,长江以南地区可以相差2~3倍,黄河流域4~8倍,变幅最大的辽河、海河流域可以相差6~20倍,这种不稳定特征,给江河开发治理,水利工程建设带来很大难度。

2.山洪

这指山区溪沟中发生的暴涨暴落洪水。山洪因其所流经的沟道坡度陡峻,地质条件复杂,具有历时短、流速快、冲刷力强、挟带泥石多、破坏力大等特点。由暴雨引起的山洪较多,其历时不过几十分钟到几小时,很少一天或持续几天,常造成局部性洪灾。中国山区面积达2/3,全国半数以上的县都有山区,山洪现象颇为普遍。山洪常造成人民生命财产的损失,但山洪涨落迅猛沟道又短,一般水文预报方法难以满足预见期的要求,常用水文气象或用物象测雨及当地的天气谚语预报。

3.泥石流

这指山地溪沟饱含大量泥沙、石块的突发性洪流。泥石流暴发突然,运动快速、历时短暂、破坏力极大。泥石流是特殊的固体径流,固体物质含量很高,可达30%~80%。流体作直线惯性运动。遇障碍物不绕流而产生阻塞、堆积等正面冲击作用,常造成生命财产重大损失。我国泥石流易发地区主要分布在青藏高原及西南山区。华北和东北的部分山区、台湾、海南等地亦有零星分布。

4.溃坝洪水

这指大坝在蓄水状态下突然崩溃而形成的向下游急速推进的特大洪流,习惯上把因地震、滑坡或冰川堵塞河道引起水位上涨后,堵塞处突然崩溃而暴发的洪水也归入溃坝洪水。溃坝的发生和溃坝洪水的形成通常历时短暂,往往难以预测,峰高量大,变化急骤,危害特大的灾害现象。世界各国都重视,并有各种溃坝洪水的计算方法。

5.融雪洪水

这指以积雪融水为主要来源而形成的洪水。主要分布在新疆阿尔泰和东北一些地区河流、冬季的积雪较厚,随着春季气温大幅度升高时,各处积雪同时融化,江河中流量或水位突增形成融雪洪水。发生时间一般在4~5月,最迟6月就结束。

6.冰凌洪水

在有冰凌活动的河流,如松花江和黄河都有冰凌洪水。在气温开始上升期间或封冻初期易发生。一般可分为:冰坝洪水与冰塞洪水。

7.其他洪水

一是战争。1938年,蒋介石为阻止寇进攻,下令在中牟县赵口和郑州花园口扒开黄河大堤,洪水以高丈余水头破堤而出,直奔东南,在安徽怀远一带汇入淮河,千里平原顿成泽国,泛区长约400km,宽约30~80km,使豫、皖、苏三省44县市,54000多km2土地,1250多万人民、1000多万亩耕地遭受洪水袭击,淹死和病饿而亡共89万余人。

二是地震。1933年8月25日四川叠溪发生7.5级地震,山体崩塌堵塞岷江,形成四个堰塞湖。震后45天,崩塌堵坝溃决,水头高达20丈,洪水泛滥千余km,死亡2万余人,冲毁农田5万余亩。2008年5月12四川汶川发生8.0级地震,由于山体崩塌,形成34个堰塞湖,其中唐家山堰塞湖最大库容约2.6亿m3,坝前最大水深近约77m,经过开挖泄洪槽、利用水流冲刷作用,形成1/3溃坝,对下游产生较小的损害,没有一例人员伤亡,顺利解除险情。

(二)洪水灾害

江河洪水泛滥在各种自然灾害中造成的损失最大,占总损失量的1/3以上。我国是世界上洪水灾害最严重的国家之一,在1949年中华人民共和国成立前的2000多年中,平均每两年发生一次水灾,黄河平均百年一改道,长江平均10年闹一次大水。1931年长江和淮河流域发生大洪水。长江中下游干流堤防决口300多处,沿江城市几乎全部受淹。淮北平原一片汪洋。两流域共受灾耕地890多万hm2,有4887万人受灾,共死亡36.5万人。1950年以来,全国农田年均洪涝受灾1.3亿亩。1954年8月长江大水,武汉站洪峰流量高达76100m3/s,临时分洪水量达1023亿m3,京广铁路有100天不能正常通车。1975年淮河大水,河南省板桥水库漫坝失事,6亿m3洪水5h内泄空,以6m/s的速度冲向下游,水面宽约10km,水深4~5m,京广路铁轨被拧成麻花,数万人遭受灭顶之灾。1998年长江、松花江、嫩江等江河发生大洪水,全国共造成农田受灾面积1378万hm2,直接经济损失2551亿元。

不但我国和其他发展中国家洪水灾害不断,就连美国、日本等发达国家洪水问题也未完全解决。1993年美国密西西比河特大洪水,干流决口1000余处,淹没农田1.2亿亩,经济损失180多亿美元。日本1982年洪灾损失13883亿日元,相当人民币1100多亿元。

二、广东洪涝灾害

广东位于大陆最南部,地处低纬度,北回归线横贯陆地中部。地势北高南低,境内山地、平原、丘陵交错。全省面积约18万km2,属亚热带—热带湿润季风气候,高温多雨,年平均降水量1771mm,80%降雨集中在汛期。全省河川多年平均年径流总量为1820亿m3,过境客水总量大,达2361亿m3。全省大小河流近2000条,流域面积100平km2以上的干支流河道有542条,东江、北江、西江、韩江是广东省的四大主要江河,西江的洪峰流量仅次于长江。

据历史记载,自16世纪至1949年的450年中,发生洪灾405年,以1833年和1915年最为严重。1833年西江干流,东、北江中下游及韩江均大水成灾,高要、南海堤围几乎全部溃决,广州城5月、7月两次被淹,城西水深五六尺至丈余。1915年为珠江全流域性大洪水,西江与北江同时发生200年一遇特大洪水,珠江三角洲受灾人口378万人、死伤10余万人,广州市被水淹7天,长堤等处水深2m。

1949年中华人民共和国成立后,流域性的大洪水以1994年和2005年最为严重。1994年6月中旬,珠江流域的西、北江同时并发超过50年一遇大洪水,全省受灾人口425万人,死亡145人。2005年6月中下旬,西江发生超100年一遇特大洪水。

广东省海岸线总长3368km,为各省之最。平均每年登陆的台风有3.3个,居全国之首。台风灾害影响范围覆盖全省,大风、暴潮不仅给沿海地区造成严重危害,而且往往带来强降雨,引发大洪水,导致决堤、垮坝、泥石流等次生灾害,每年台风灾害造成人员伤亡和经济损失巨大。

近年广东省洪涝(热带气旋)灾害情况统计见表1-1。

表1-1 广东省洪涝(热带气旋)灾害情况统计表