水灾害 3 山洪

1、第三章 山洪1 山洪的活动规律及危害2山洪的分类与形成3山洪时空分布与灾害特性45山洪设计流量计算611 山洪的活动规律及危害 一、山洪的定义 指发生在山区溪沟中的快速、强大的地表径流现象。 山洪发生在山区，但不同于山区河流的洪水，特指发生在山区小流域的溪沟或周期性水流的荒溪中，流速快，历时短，暴涨暴落，冲刷力和破坏力强，携带大量泥沙的地表径流。 2 发生山洪的溪沟处于山区，可分为上、中、下游三个组成部分。 上有集水区，水流具有侵蚀作用，如塌方与滑坡，雨水的冲蚀，水流对沟道的侵蚀等，水流将泥沙带往中游。 中游流通区，上游集水区与下游沉积区的过渡段，难明确划分界限。该区域的特征是水流起到输送泥沙

2、的作用。 下游沉积区，常称为洪积扇。洪积扇为一半锥形体，锥尖对着溪沟出口，山洪流出沟口后，由于坡度较缓，挟沙能力减弱，使泥沙大量沉积。 洪积扇3二、山洪的活动规律 在影响山洪的众多因素中，暴雨是决定因素，每年69月为雨季，是我国大部分地区暴雨频发的时间，山洪灾害也大多出现在这一时期，尤以78月为最多。 暴雨同地形的一定组合会利于山洪的形成，只要具备都陡峻的地形条件，有一定强度的暴雨出现，就可能发生山洪并造成灾害。 山洪具有重发行，在同一流域，甚至同一年内都可能发生多次山洪。 山洪具有夜发性，暴雨山洪常在夜间发生，这一特点对于保护人畜财产，以及进行观测研究都十分不利，带来了许多困难，造成了严重的

3、灾害。 4对道路通信设施的危害 三、山洪的危害5对城镇的危害 6对农田的危害7对资源的危害8对生态环境的危害9对社会环境的危害102 山洪的分类与形成 一、山洪的成因分类 山洪按其成因可分为： 暴雨山洪：在强烈暴雨作用下，雨水迅速由坡面向谷沟汇集，形成强大的暴雨山洪冲出山谷。 冰雪山洪：由于迅速融雪或冰川融化而形成的雪水直接形成洪水向下游倾泄形成的山洪。 溃水山洪：拦洪、蓄水设施或天然坝体突然崩溃，所蓄水体破坝而形成的山洪。 11 二、山洪的形成条件 山洪是一种地表径流水文现象，山洪形成中最主要和最活跃的因素是水文因素，山洪的形成条件可分为自然因素和人为因素。 （一）自然因素 1.水源条件 山

4、洪的形成必须有快速、强烈的水源供给。暴雨山洪的水源是由暴雨降水直接供给的。所谓暴雨，是指降雨急骤而且量大的降雨。定义“暴雨”时，不仅要考虑降水强度，还应考虑降雨历时。 2.下垫面条件 （1）地形 陡峻的山坡坡沟和沟道纵坡为山洪发生提供了充分的流动条件降雨产生的地表径流在高差大、切割强烈、沟道坡度陡峻的山区有足够的动力条件顺坡而下，向沟谷汇集，形成强大洪峰流量。12 （2）地质 地质影响对山洪的影响主要表现在两个方面：一是山洪提供固体物质；二是影响流域的产流和汇流。 岩石的透水性影响了流域的产流与汇流速度。透水性好的岩石利于雨水的渗透，表层水流易于转化成地下水，使地表径流减小，消减山洪的洪峰流量

5、；透水性差的，有利于山洪的形成。 地质变化过程决定了流域的地形，构成流域的岩石性质、滑坡、崩塌等现象。地质变化过程只决定山洪中挟带泥沙多少的可能性。山洪仍是一种水文现象，而不是一种地质现象。 （3）土壤 山区土壤的厚度对山洪的形成有着重要作用，厚度越大，越有利于雨水的渗透和积蓄，减小或减缓地表径流，反之暴雨很快集中产生面蚀或沟蚀土层，对山洪起促进作用。13 （4）森林植被 森林植被对山洪的影响有两方面： 一方面，森林通过林冠节流降雨，枯枝落叶层吸收降雨，消减和减低雨量和雨强，从而影响地表径流。 另一方面，地表径流加大了地表糙度，减缓地表径流流速，增加了下渗水量，延长了地表产流和汇流时间。 （二

6、）人为因素 山区就其自然属性来讲，是山区水文现象和地质地貌共同作用的结果，是客观存在的一种自然现象。 1.森林不合理的采伐，导致山坡荒芜，山体裸露，加剧了水土流失，缺乏森林植被的山区在暴雨作用下，山洪极易形成。 14 2、山区采矿弃渣，将松散固体物质堆积与坡面和沟道中。在缺乏防护措施的情况下，遇到暴雨，不仅会促进山洪的形成，而且会导致山洪规模的加大。 3、陡坡垦殖扩大耕地面积，破坏山坡植被，改沟造田侵占沟道，压缩过流断面，致使排洪不畅，增大了山洪规模和危害的范围。 4、山区土建设施工中，忽视环境保护及山坡的稳定性，造成山坡失稳，引起滑坡与崩塌；堵塞排洪径流，降低排洪能力。15 三、山洪的形成过

7、程 山洪的形成必须有足够大的暴雨强度和降雨量，而由暴雨到山洪有一个复杂的产流、汇流、产沙过程。 （一）产流过程 影响山洪产流的因素有： 1.降雨 山洪形成的最基本条件。 2.下渗 山洪一般在历时短、强暴雨作用下发生，形成山洪的主体是地表径流，而地表径流的产流形式为超渗产流。 3.蒸发 影响径流的重要因素之一。 4.地下水 16 （二）汇流过程 山洪的汇流过程是由暴雨产生的水流由流域内坡面及沟道向出口处的汇集过程。 1.坡面汇流 水体在流域坡面上的运动，称为坡面汇流。坡面流程不长，历时较短，一般在十几分钟到几十分钟之内。 2.沟道汇流 经过破面的水流进入沟道后的运动，称为沟道汇流或河网汇流。比坡

8、面汇流时间长，流域面积越大，沟道越长，越不利于山洪的形成，所以，山洪一般发生在较小的流域中，其汇流形式以坡面汇流为主。 3.影响流域水流运动的主要因素 （1）降雨空间分布（2）降雨强度（3）流域坡度和水系状况 （4）水源比重17 （三）产沙过程 山洪中所携带的泥石物质是由剥蚀过程以及流域中所积累的历史山洪的携带物、冲积物和冰水沉积物所形成。 剥蚀作用较低地点的搬运是指地球表面上岩石破坏过程及破坏产物从其形成地点移往过程的总称。对山洪而言，最重要的有三种剥蚀过程或作用：风化作用、破坏产物沿坡面的移动、侵蚀作用。 1.地质因素 2.风化作用 指矿物和岩石长期处在地球表面，在物理、化学等外运动力条件

9、下所产生的物理状态和化学成分的变化。有三种类型的风化作用： （1）物理风化作用 （2）化学风化作用 （3）生物风化作用 18 3.泥石沿坡面移动 由风化作用产生的松散物质沿地表移动，移动的基本动力是重力，并通过某种介质间接起作用。这种风化移动的产物有三种：残积层、坡积层、坠积层。移动的方式主要分为：崩解、滑坡、剥落、土流、覆盖层崩塌等。 4.侵蚀作用 侵蚀泛指在风和水的作用下，地表泥、沙、石块剥蚀并产生转移和沉积的整个过程。对于雨洪，主要是水蚀的作用，水蚀是雨蚀、冰水蚀、面蚀、沟蚀、浪蚀等侵蚀的总称。19山洪形成过程中的诸多要素20 四、山洪的运动特征和挟沙能力 山洪的运动特征不同于一般洪水，

10、它具有流速大、冲刷强、含沙量高、破坏力大、水势陡涨陡落、历时短的特点。 1.山洪的运动特征 山洪发生在较小山区流域，在强烈的暴雨作用下，水流快速汇集，形成洪水，很快达到最高水位。水流的最大流速同最高水位出现的时间基本一致，且涨水时的流速大于退水时的流速。 2.山洪的挟沙能力 在一定的水流条件下，水流所能挟带悬移质中床沙质的饱和含沙量，称为挟沙能力。在山洪的运动过程中，其含沙量不断变化。随着流域坡度的变缓，流动阻力增大，一些较粗物质沉降淤积，含沙量逐渐降低。213 山洪时空分布与灾害特性 一、山洪的时空分布 我国山洪的分布很广，在多暴雨的山区、丘陵和高原都有山洪发生，只是破坏力因时因地差异很大。

11、 山洪的时空分布与暴雨的时空分布相一致。每年春夏之交我国华南地区暴雨开始增多，受其影响珠江流域在56月易发生山洪；随着雨季的延迟，江西流域在6月中旬至7月中旬易发生山洪，6 7月主雨带北移，长江流域此时易发生山洪；5 7月湖南境内易发生山洪；四川省汉江流域为7 10月发生山洪；沿海一带在6 9月的雨季也可能发生山洪。 22 二、山洪灾害的特征 1.分布广泛 我国暴雨活动的广泛性决定了山洪灾害分布范围广，并且溪河洪灾更为突出。 2.发灾突然 由于激发山洪的暴雨具有突发性，导致了山洪灾害的 突发性，加重了山洪灾害。 3.成灾迅速 山洪暴发历时短，成灾迅速，破坏性强，在山洪过境时造成巨大伤害。 4.

12、范围集中 山洪的成灾对象是直接与山洪接触的区域和建筑物等 ，成灾范围小而集中。 5.冲击为主 山洪具有较高的水位及很大的瞬间流量，其破坏形式主要是冲击。 23三、山洪危害的表现形式 1.淤埋 山洪所携带的大量泥沙沉积，淤埋各种目标，山洪规模越大，阻塞愈严重，对下游淤埋就越严重。 2.冲刷 在山洪的集流区和流通区，大量坡面土体和沟床泥沙被带走，使山坡土层被冲刷甚至剥光，称为难以利用荒地。 3.撞击 快速运动的山洪特别是含有较大石块时，具有很大的冲击动能。能摧毁桥梁、堤坝、房屋、车辆等各种设施。 4.堵塞 山洪汇入干流，挟带大量泥沙阻塞河道，太高干流上游水位，使上游沿岸遭受淹没灾害。 24 5.漫

13、流改道 当沟床坡度减缓，大量泥沙会淤积下来，使沟床太高，造成山洪的漫流改道。 6.磨蚀 山洪中含有大量泥沙，在运动中对各种保护目标及其防治工程造成严重的磨蚀。 7.弯道超高与爬高 山洪具有很大的流动速度，有时能爬脊越岸，淤埋各种目标。 8.挤压主河道 25四、山洪灾害的调查评估 山洪灾害的调查评估主要是对山洪灾害的成因、活动规律、规模和灾情等进行调查和分析评估，为山洪防治提供依据。在山洪灾害发生后，应尽早进行灾害调查。 灾情调查评估工作主要内容如下： 1.灾害发生的时间及区域 2.成灾的表现形式 3.人员伤害 4.经济损失264 山洪预报 一、山洪的气象（降雨）预报方法 1.雷达暴雨监视预报

14、2.卫星云图暴雨监视预报 3.天气图预报暴雨 我国是个多暴雨国家，暴雨不仅强度大，而且发生频次也高。27 我国暴雨监视预报雷达暴雨监视预报28卫星云图暴雨监视预报29天气图监视预报30二、山洪预报中的地质地貌条件分析 山洪主要发生在山区和丘陵区溪沟中，由降雨径流冲蚀陡谷坡上物质。山坡坡度大，沟道纵坡大的溪沟易发生山洪；土壤多为沙性、空隙大、透水性能比较良好的山区，在暴雨中不易形成地表径流，发生山洪的可能性较小。 通过分析来推断天气形势能否产生暴雨，流域地表条件能否有利于山洪形成，间接的对发生山洪的可能性做出估计从而提前做出防御准备。三、山洪预报的水文方法 根据水文测验所得到的资料进行预报，即根

15、据上游站的流量、水位，按山洪汇流速度或汇流时间预报下游站的流量。315 山洪设计流量计算一、山洪防洪标准 防洪工程标准分为设计标准和校核标准两种。根据拟定工程规模、工程性质、范围及其重要程度，山洪灾害的严重程度，国民经济的发展水平等，要求准确、合理的选定某一频率作为计算洪峰流量的标准，称为防洪设计标准。在大于设计标准或非常情况下使工程仍能发挥其作用的安全标准，称为校核标准。二、设计洪峰流量计算 山洪洪峰流量是确定纺织工程构筑物断面尺寸的主要依据。目的是为山洪防治工程规划提供各种规定平率和相应的洪水流量。 32 我国幅员辽阔，各地气候、地质、地貌差别条件大，影响山洪洪峰流量的因素十分复杂，不可能

16、用一种简单方法或普遍公式去适用于全国范围。如果具有充分的水文资料，也可根据流量资料推求洪峰流量。 在山洪设计洪峰流量的计算中，一般采用： 洪水调查法 由洪水调查，可以确定洪水水位，调查沟段的过水断面及沟道的其他特征数值，根据这些数值，可以通过比降法，急滩法、卡口法计算洪水流量。 推理公式 经验公式 包括一般经验公式、中国公路科学研究所的经验公式、公路科学研究所简化公式、中国水利科学研究院水文研究所经验公式、第三铁路设计院公式、第二铁路设计院公式。336 山洪防治 防治山洪，减轻山洪灾害，主要是通过改变产流、汇流条件，采取调洪、滞洪、排洪相结合的综合治理措施来实现。主要措施有两种：一是水土保持，

17、二是水库调洪和滞洪。34一、山洪防治工程措施 1.排洪道 控制山洪的有效方式使沟槽断面有足够大的排洪能力，可安全的排泄山洪洪峰流量设计这样的沟槽标准是山洪极大值。排洪道工程常位于山前区的城镇、工矿、企业、村庄等，尤其适用地表坡度较大的情况。 淤积严重楼房建于排洪道中35 （1）排洪道的布置 1.排洪道应因地制宜布置 2.排洪道的纵坡应根据地形、地质、护砌条件、冲淤情况等条件综合考虑确定 3.排洪道在整个长度范围内力求保持宽度一致 4.应尽量布置在城镇、厂区、村庄的一侧，穿越道路时，采用桥涵连接 5.尽量采用明沟，当必须采用暗沟时，应考虑检修条件。6.排洪道进口段应选在地形地质条件良好的地段。

18、36 （2）排洪道的护砌 护砌有以下几种方式：1.一侧防护 用于一侧有建筑物需要防护，另一侧不怕冲刷的沟道 2.二侧防护 用于断面宽，流速小，而且两岸均有建筑物需要防护沟道 3.整体防护 适用断面窄小或流速较大，两岸有建筑物需要防护的沟道。37 （3）截洪沟 山坡上的雨水径流经常侵蚀坡而使其产生许多小水沟。为设置截洪沟以拦截山坡上的雨水径流，并引至安全地带的排洪道内法。38 截洪沟设置与设计遵循以下几点 1）截洪沟要尽量与坡面原有梗沟结合 2）为多拦截地表水，应均匀布置，沟间距不宜过大 3）山区城镇在改缓坡为陡坡地段，坡顶应修截洪沟 4）一般布置至山坡植被差、水流急、净流量大的地方 5）截洪沟

19、断面大小应满足排洪量的要求 6）截洪沟与排洪沟相接处，高差较大时，应修建跌 3940 （4）跌水 在地形比较陡的地方，为避免冲刷，减少排洪渠道的挖方量，下游常修建跌水。跌水分为单级跌水和多级跌水。跌水由进口、消力池和出口组成 4142 2.谷坊 谷坊是山谷沟道上设置的梯级拦截低坝，高度一般为15m。 谷坊的主要作用：固定沟床侵基点，防治沟床下切和沟岸扩张，使沟床逐渐淤高，稳固沟床，以加强山坡坡脚稳定性，防治沟岸崩塌，截留泥沙，不使其沉入沟道的下游，避免下游沟床的抬高，使沟床坡度变缓，降低水流速度，消减洪峰，减少冲刷，淤积起来的沟谷可以种植树木，使荒溪得以改良。4344 （1）谷坊的种类 1）按建筑材料分 有混凝土谷坊、石砌谷坊、土谷坊、铅笼谷坊，钢筋混凝土谷坊 2）按透水性大小分 透水性谷坊和不透水性谷坊 3）按使用有效期分 永久性谷坊和临时性谷坊 （2）谷坊修建位置 谷坊应修建在支沟或大溪流的中上游冲刷比