廣東省防洪減災(zāi)技術(shù)探討與應(yīng)用

黃遠(yuǎn)帆

(梅州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 梅州 514000)

廣東省位于中國大陸板塊的最南端，東部與福建相鄰，西部與廣西相連，南部鄰接南海海域和珠海海域，北部與江西和湖南相接，陸地面積約16.4萬km2，周圍海岸線長約3415.5 km。廣東省整體地勢(shì)為西高東低，西部和北部有較高的山脈，中部和東部沿海地區(qū)多為丘陵、平原。廣東省屬于亞熱帶地區(qū)，是中國降雨量最豐富的地區(qū)之一，年平均降水總量可以達(dá)到3465億m3，降雨集中在每年的4—9月。廣東省水資源非常豐富，省內(nèi)島嶼和湖泊眾多，集雨面積在1000～4000 km2的中小型河流有將近1500條，而集雨面積在5000 km2以上的大型河流也有約450條，總河長達(dá)到46 521 km，并且包含多個(gè)水系，其中有珠江水系、長江三角洲水系以及漢江水系等，流域面積居全國第五位。在每年的雨季，由于雨量的突然增加，加上季風(fēng)性氣候臺(tái)風(fēng)的影響，廣東省內(nèi)河流流域水位大幅度升高，洪澇災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生。中小型河流的洪水通常歷時(shí)較短，但來勢(shì)兇猛，一旦發(fā)生洪澇災(zāi)害，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，廣東省平均每年因洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)4.5億元，年平均死亡人數(shù)約1634人，因此防洪減災(zāi)是廣東省一直以來城鄉(xiāng)水利工程的主要工作之一。但是目前采取的防洪減災(zāi)技術(shù)措施效果不夠明顯，防洪設(shè)施不夠健全，抗洪能力較差，為此提出廣東省防洪減災(zāi)技術(shù)探討與應(yīng)用。

1 廣東省防洪減災(zāi)的重要性

廣東省受地形、地勢(shì)、氣候、河流等因素影響，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，且廣東省洪澇災(zāi)害分為山洪、暴雨型洪水、湖泊洪水，具有持續(xù)時(shí)間短、來勢(shì)急、多發(fā)性、危害性大等特點(diǎn)，據(jù)廣東省建國50多年水文資料顯示，廣東省自1993—2001年間，共發(fā)生特大洪水8次，大洪水168次，出現(xiàn)過6次高位洪峰，經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失慘重[1]。表1為廣東省大洪澇災(zāi)害年災(zāi)情。

從表1可以看出，廣東省洪澇災(zāi)害日趨頻繁，且災(zāi)情慘重，因此采取防洪減災(zāi)技術(shù)和措施是非常有必要的。防洪減災(zāi)工程對(duì)緩解廣東省洪澇災(zāi)害危害、穩(wěn)定居民生活、促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展起著重要作用，是廣東省一項(xiàng)利民的重大工程，防洪減災(zāi)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)施可以有效降低洪澇災(zāi)害對(duì)社會(huì)的影響，為人民生活和城市發(fā)展提供安全保障。

表1 廣東省大洪澇災(zāi)害年災(zāi)情統(tǒng)計(jì)

2 廣東省防洪減災(zāi)存在的問題及對(duì)策分析

2.1 廣東省防洪減災(zāi)存在的問題

廣東省水系縱橫，地勢(shì)復(fù)雜，河流網(wǎng)交錯(cuò)，在省內(nèi)形成了一個(gè)比較復(fù)雜的水網(wǎng)區(qū)，因此廣東省防洪減災(zāi)具有一定的難度，不僅需要準(zhǔn)確計(jì)算出防洪流量參數(shù)，而且還要設(shè)計(jì)出合理的排水系統(tǒng)[2]。但是目前，由于采取的防洪減災(zāi)技術(shù)不合理，預(yù)測(cè)的防洪流量參數(shù)存在較大誤差，無法為防洪減災(zāi)措施實(shí)施提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)無法滿足防洪減災(zāi)需求。修建的排水溝、截水溝等排水設(shè)施斷面過窄，而廣東省洪澇災(zāi)害主要以山洪為主，洪水中帶有大量的泥沙，排水渠道斷面過窄容易造成渠道內(nèi)泥沙堆積，如果不能及時(shí)清理，會(huì)影響到排水渠道的泄洪功能；如果設(shè)計(jì)的排水渠道斷面過寬，則會(huì)增加防洪減災(zāi)施工成本[3]。廣東省防洪減災(zāi)工程中，排水渠道的布局和堤防建設(shè)也存在一些問題，布設(shè)的排水渠道無法完全匯集洪水，在布設(shè)過程中忽略了小型河流，且中小河流泄洪關(guān)鍵的位置沒有布設(shè)排水渠道；修建的堤防和加固設(shè)施采取的是剛?cè)峤Y(jié)合防護(hù)堤，該類型防護(hù)堤抗沖刷能力較弱，無法起到加固和防護(hù)作用。

2.2 解決的主要措施

針對(duì)以上問題，需要使用科學(xué)的防洪減災(zāi)技術(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算出防洪流量參數(shù)，為防洪減災(zāi)實(shí)踐提高準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；合理布局和設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，保證排水系統(tǒng)能夠滿足防洪減災(zāi)需求，提高排水系統(tǒng)泄洪能力；修建抗沖刷能力、防護(hù)能力較強(qiáng)的防護(hù)設(shè)施，為排水系統(tǒng)起到加固和防護(hù)作用。

3 廣東省防洪減災(zāi)的技術(shù)應(yīng)用

3.1 防洪流量參數(shù)估算

在開展防洪減災(zāi)工程施工之前，需要對(duì)防洪流量參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算，其中包括地表徑流量、降水強(qiáng)度、地面河流匯流、河流最大蓄水量等防洪流量參數(shù)[4]。首先需要收集廣東省近十年降雨資料，以及廣東省年最大降雨時(shí)段1 h降雨頻率統(tǒng)計(jì)資料，利用擬合皮爾遜曲線模擬出廣東省相應(yīng)頻率1 h 降雨量，根據(jù)收集的資料，計(jì)算出廣東省未來1 a或者5 a最大降雨強(qiáng)度，其計(jì)算公式[5]如式(1)：

(1)

式中:I為未來時(shí)間段內(nèi)最大降雨強(qiáng)度，mm/h；SP為年最大降雨時(shí)段1 h降雨頻率,次；t為預(yù)測(cè)時(shí)間段時(shí)長，h；n為暴雨遞減指數(shù)。根據(jù)水量平衡原理，地表土壤含水量與蒸發(fā)關(guān)系，計(jì)算出未來各個(gè)時(shí)間段的地表徑流量，其計(jì)算公式[6]如式(2)：

S1=L+M+R-Y

(2)

式中:S1為一段時(shí)間內(nèi)地表水增量,mm；L為時(shí)間段內(nèi)土壤含水量,mm；M為時(shí)間段內(nèi)土壤水分輸入量,mm；R為時(shí)間段內(nèi)降水量,mm；Y為時(shí)間段內(nèi)地表水蒸發(fā)量,mm[6]。在某一時(shí)間段內(nèi)，地表徑流量除了直接與地表土壤含水量有關(guān)系以外，其數(shù)值大小還與該段時(shí)間內(nèi)地表水蒸發(fā)量有關(guān)，該關(guān)系用公式[7]表示如式(3)：

S1=L+(A-P)-(K×D×t)×I

(3)

式中:S1、L意義與公式(2)相同；A為時(shí)間段內(nèi)流域平均降水量,mm；P為時(shí)間段內(nèi)因自然降雨產(chǎn)生的地表水增量,mm；K為防洪減災(zāi)區(qū)域日蒸發(fā)量,mm；D為防洪減災(zāi)區(qū)域日蒸發(fā)量按照降水條件和土壤含水量的改正系數(shù),mm-1；t為計(jì)算的時(shí)間段時(shí)長,h。根據(jù)推算的降雨強(qiáng)度和地表徑流量計(jì)算出地面徑流匯聚量，其計(jì)算公式如式(4)：

R=a×r+S1

(4)

式中：R為地面流量匯聚量,mm；a為地面徑流與降雨產(chǎn)量的比值，通常取值為0.75；r為降雨量,mm。最后根據(jù)地面河流匯流量與河流蓄水量的關(guān)系，推算出河流最大蓄水量，其公式表示如式(5):

(5)

式中：G為河流最大蓄水量,mm；k為蓄量系數(shù)，經(jīng)優(yōu)選取值為2.5；e為河流最大入滲量,m3/s；u為地下水流量,m3/s。通過以上公式計(jì)算出防洪減災(zāi)流量參數(shù)，為后續(xù)防洪提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.2 排水渠道斷面計(jì)算及排水渠道布局

根據(jù)以上計(jì)算得到防洪減災(zāi)流量參數(shù)，設(shè)計(jì)排水渠道，排水渠道的主要作用就是泄洪，緩解汛期時(shí)河流的泄洪壓力。排水渠道橫斷面是最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，橫斷面要滿足排洪、泄洪需求，其具體數(shù)值確定需要考慮上述計(jì)算的流量參數(shù)，斷面底寬計(jì)算如式(6)[8]：

(6)

式中：l為排水渠道斷面底寬，mm。根據(jù)未來時(shí)間段內(nèi)最大降水強(qiáng)度和河流最大蓄水量計(jì)算出斷面底寬。斷面的高度通常要高出地面0.5 m。當(dāng)計(jì)算完斷面設(shè)計(jì)參數(shù)后，需要利用BHJ軟件評(píng)估出該排水渠道最小輸水能力，《防洪減災(zāi)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，用于泄洪的排水渠道最小輸水能力不得低于3.5 m3/s，如果低于該數(shù)值，需要增加排水渠道底寬，以此保證設(shè)計(jì)的排水渠道斷面能夠滿足泄洪需求。在設(shè)計(jì)完排水渠道斷面后，要合理規(guī)劃排水渠道的布局，在河流的下游、中游、上游的兩側(cè)各選取3個(gè)或者3個(gè)以上布局點(diǎn)，布局點(diǎn)要選在周圍人口少、植被多的地區(qū)，大型河流需要選擇5個(gè)以上布局點(diǎn)，渠道的一頭接入河流，另一頭接入蓄水能力較大的河流，或者將另一頭接入農(nóng)田，利用排水渠道將洪水引流到其他地區(qū)。

3.3 排水渠道開挖

按照設(shè)計(jì)好的排水渠道圖紙，采用人工、機(jī)械結(jié)合的方式對(duì)排水渠道開挖，在施工過程中要避免破壞場(chǎng)地的地貌和植被，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工。將挖出的土壤和砂石統(tǒng)一堆放到一處，利用車輛將其運(yùn)輸?shù)胶恿髋c排水渠道連接處，將其壓實(shí)[9]。用混凝土澆筑到挖好的排水渠道內(nèi)，混凝土厚度不得超過0.01 m，澆筑混凝土的作用是防止渠道內(nèi)泥土堆積，方便后期處理。

3.4 排水系統(tǒng)邊坡防護(hù)

在挖好的排水渠道兩側(cè)修筑防護(hù)堤，防護(hù)堤是對(duì)排水渠道起到加固和防護(hù)的作用。防護(hù)堤主要有剛性、柔性和剛?cè)峤Y(jié)合三種，三種防護(hù)堤優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)各異，表2為防護(hù)堤岸形式比較。

表2 防護(hù)堤岸形式比較

防洪減災(zāi)的防護(hù)堤要具有較強(qiáng)的抗沖刷能力和防護(hù)能力，從表2可以看出，剛性防護(hù)堤更適合廣東省防洪減災(zāi)，因此選取剛性防護(hù)堤，其修建過程如下。

通過對(duì)當(dāng)前廣東省建筑材料的調(diào)查，并結(jié)合排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況，對(duì)于填方及挖方邊坡的防護(hù)，采取將工程措施與生物措施相結(jié)合的方式完成。工程措施以現(xiàn)澆C40混凝土材料，構(gòu)筑拱形骨架的形式為主，生物措施以種植草皮護(hù)坡為主。邊坡坡腳的防護(hù)采用淺基礎(chǔ)配合護(hù)腳的形式。當(dāng)邊坡坡角較高時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)平臺(tái)分級(jí)別進(jìn)行防護(hù)[10]。平臺(tái)的寬度為3.5 m，平臺(tái)坡腳位置設(shè)置截水溝結(jié)構(gòu)。由于一般情況下邊坡坡面的匯流面積較小，因此截水溝結(jié)構(gòu)可按照規(guī)范要求，采用35 cm×35 cm的矩形斷面，并設(shè)定邊坡坡比為2∶1。各個(gè)等級(jí)平面中的截水溝結(jié)構(gòu)與急流槽結(jié)構(gòu)相互連接，從而形成一個(gè)完整的邊坡排水系統(tǒng)。對(duì)于部分急流區(qū)域，其截水溝結(jié)構(gòu)采用50 cm×50 cm 的矩形斷面設(shè)計(jì)，坡比及其邊坡坡率與上述相同，但其相互之間的距離應(yīng)保持在150～250 cm范圍內(nèi)。對(duì)于邊坡整體的分級(jí)高度，可選擇與邊坡的設(shè)計(jì)需要結(jié)合。在完成對(duì)地表以上部分的施工前，還需要對(duì)地表中的植物進(jìn)行拔除，并將表面種植土壤進(jìn)行鏟除，待拱形骨架完成澆筑后，先覆蓋15 cm的厚種植土，再將其部分草皮移植，并在后續(xù)的管理過程中對(duì)其進(jìn)行撫育管理，以此保證被移植的草皮成活，達(dá)到預(yù)期對(duì)排水系統(tǒng)的加固效果，進(jìn)而起到防洪減災(zāi)的作用，以此完成廣東省防洪減災(zāi)技術(shù)探討與應(yīng)用。

4 結(jié) 語

此次結(jié)合廣東省防洪減災(zāi)現(xiàn)狀，對(duì)廣東省防洪減災(zāi)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討，重點(diǎn)討論了防洪減災(zāi)的技術(shù)要點(diǎn)，為廣東省防洪、泄洪提供參考依據(jù)，有利于提高廣東省防洪減災(zāi)技術(shù)水平，及防洪、抗洪能力，降低因洪澇災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失。防洪減災(zāi)技術(shù)在廣東省乃至國內(nèi)的防洪減災(zāi)工程中都有著非常重要的作用，如何優(yōu)化和完善防洪減災(zāi)技術(shù)，是加強(qiáng)現(xiàn)有防洪體系的關(guān)鍵切入點(diǎn)，因此今后仍需要在該方面進(jìn)行深入研究，提高防洪減災(zāi)體系的防御能力。