防洪抢险技术(国家骨干高职院校建设项目教材)
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第二节 防洪工程措施

防洪是一项长期的复杂艰巨的工作,是一项系统工程。一方面通过改变洪水天然运动特性以避免保护区受淹,另一方面通过人类主动适应洪水或灾害后采取措施减少洪水的不利影响,前者为防洪工程措施,后者为防洪非工程措施。防洪工程措施和非工程措施相结合被认为是可持续发展的防洪体系,符合科学发展观的规律。

防洪工程措施一般包括河道整治、修建水库、修筑堤坝、修建分洪区(或滞洪、蓄洪区)等。

一、河道整治

为防洪、航运、供水、排水及河岸洲滩的合理利用,按河道演变的规律,因势利导,调整、稳定河道主流位置,以改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位的工程措施。

河道整治分两大类:①山区河道整治。主要有渠化航道、炸礁、除障、改善流态与局部疏浚等。②平原河道整治(含河口段)。主要有控制和调整河势、裁弯取直、河道展宽及疏浚等。中国有4000年前禹疏九河,导流入海的传说。明代潘季驯治理黄河颇有成效,他还著有《河防一览》,其中“以河治河,束水攻沙”的理论,具有创见性和科学性,流传久远。随着近代水力学、河流动力学、河道泥沙工程学的进步,河工模型试验的发展及工程材料的改进,河道整治发展到一个新的阶段。河道整治首要的是拟定整治规划,包括全河规划和分段规划。规划中需密切注意上下游、左右岸的关系,根据水文泥沙、地形、地质、河形特性与已建工程现状、河势演变规律,以及有关社会经济发展状况等,遵循有关方针政策,提出整治方案。重要河段整治要建立数学模型与河工模型试验,以选定有利的实施方案。

规划主要内容为:①拟定防洪设计流量、设计水位。②拟定治导线,即在设计水位下的河道平面轮廓线。③拟定工程措施。

整治工程是在拟定的治导线与河势规划的指导下,分河段实施。一般先满足防洪要求,同时充分考虑航运等有关部门的要求。整治主要分以下几类:①弯曲河型(微弯形、蜿蜒型)的改善,稳定良好河型和裁弯取直。②汊河整治,使分汊河型成为稳定的单汊或双汊河道。③河口潮汐河段,主要根据潮汐的影响,稳定河岸,保持良好的行洪和通航状态。

整治措施主要有:①修建河道整治建筑物,主要有平顺护岸、顺坝、丁坝、矶头、锁坝、潜坝、鱼嘴及导流屏等。其使用材料,多为土石料、混凝土(块、板及排)、埽料及土工织物等。②实施河道裁弯工程,适用于蜿蜒性河型,其效益为增加河段泄洪能力,降低洪水位,缩短航程。③实施河道展宽工程,适用于狭窄而有展宽条件的河段。④疏浚,可用机械开挖、爆破或人工开挖,以增加通航水深及过流断面。

二、水库

水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。水库建成后,可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等作用。有时天然湖泊也称为水库(天然水库)。

水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库,利用水库库容拦蓄洪水,削减进入下游河道的洪峰流量,达到减免洪水灾害的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式,一种起滞洪作用:滞洪就是使洪水在水库中暂时停留。当水库的溢洪道上无闸门控制,水库蓄水位与溢洪道堰顶高程平齐时,则水库只能起到暂时滞留洪水的作用。另一种起蓄洪作用:在溢洪道未设闸门情况下,在水库管理运用阶段,如果能在汛期前用水,将水库水位降到水库限制水位,且水库限制水位低于溢洪道堰顶高程,则限制水位至溢洪道堰顶高程之间的库容,就能起到蓄洪作用。蓄在水库的一部分洪水可在枯水期有计划地用于兴利需要。当溢洪道设有闸门时,水库就能在更大程度上起到蓄洪作用,水库可以通过改变闸门开启度来调节下泄流量的大小。由于有闸门控制,所以这类水库防洪限制水位可以高出溢洪道堰顶,并在泄洪过程中随时调节闸门开启度来控制下泄流量,具有滞洪和蓄洪双重作用。

三、堤防工程

沿河、渠、湖、海岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物称为堤防。堤防是世界上最早广为采用的一种重要防洪工程。

河道堤防是我国防洪工程体系的重要组成部分。在长江、黄河、珠江等七大江河的中下游地区,堤防是防御洪水的最后屏障。筑堤是防御洪水泛滥,保护居民和工农业生产的主要措施。河堤约束洪水后,将洪水限制在行洪道内,使同等流量的水深增加,行洪流速增大,有利于泄洪排沙。堤防还可以抵挡风浪及抗御海潮。堤防按其修筑的位置不同可分为:河堤、江堤、湖堤、海堤以及水库、蓄滞洪区低洼地区的围堤等。按其功能可分为:干堤、支堤、子堤、遥堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、围堤(圩垸)、防浪堤等。按建筑材料可分为:土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等。

四、蓄滞洪区

蓄滞洪区主要是指河堤外洪水临时储存的低洼地区及湖泊等,其中多数历史上就是江河洪水淹没和蓄洪的场所。

蓄滞洪区包括行洪区、分洪区、蓄洪区和滞洪区。

行洪区是指天然河道及其两侧或河岸大堤之间,在大洪水时用以宣泄洪水的区域。分洪区是利用平原区湖泊、洼地、淀泊修筑围堤,或利用原有低洼圩垸分泄河段超额洪水的区域。蓄洪区是分洪区发挥调洪性能的一种,它是指用于暂时蓄存河段分泄的超额洪水,待防洪情况许可时,再向区外排泄的区域。滞洪区也是分洪区起调洪性能的一种,这种区域具有“上吞下吐”的能力,其容量只能对河段分泄的洪水起到削减洪峰,或短期阻滞洪水作用。

蓄滞洪区是江河防洪体系中的重要组成部分,是保障重点防洪安全,减轻灾害的有效措施。为了保证重点地区的防洪安全,将有条件地区开辟为蓄滞洪区,有计划地蓄滞洪水,是流域或区域防洪规划现实与经济合理的需要,也是为保全大局,而不得不牺牲局部利益的全局考虑。从总体上衡量,保住重点地区的防洪安全,使局部受到损失,有计划的分洪是必要的,也是合理的。目前,我国主要蓄滞洪区有98处,主要分布在长江、黄河、淮河、海河四大河流两岸的中下游平原地区。

蓄滞洪区启用应按照既定的流域或区域防御洪水调度方案实施,其启用条件是:当某防洪重点保护区的防洪安全受到威胁时,按照调度权限,根据防御洪水调度方案,由相应的人民政府、防汛指挥部下达启用命令,由蓄滞洪区所在地人民政府负责组织实施。蓄滞洪区启用前必须做好如下准备工作:做好蓄滞洪区实施的调度程序;做好分洪口门和进洪闸开启准备,无控制的要落实口门爆破方案和口门控制措施;做好区内群众的转移安置工作等。

五、分洪工程

分洪工程是在河流的适当地点,修建引洪道或分洪闸,分泄部分洪水,将超过河道安全泄量的洪峰流量分泄出去,减少下游河道的洪水负担。

我国许多河流现有防洪能力不够,防洪标准不高,为了防御较大洪水,大多建有分洪工程。分洪工程因分出洪水的归宿不同,大体上有以下几种类型:①直接分洪入海的称为入海减河;②分洪入邻近河道或经调蓄即回归原河道的称为分洪道;③分洪入邻近湖泊洼淀,停蓄一段时间后仍回归原河道;④分洪入蓄洪垦殖区。习惯上把后两类容纳洪水的地方统称为蓄滞洪区。