第五章防洪减灾

第五章防洪减灾

3河道整治规划

4堤防规划第五章防洪减灾

2防洪标准

1洪涝灾害与防洪减灾

5水库调洪

6分洪、滞洪及蓄洪垦殖

7防洪减灾非工程措施1.1洪涝灾害1洪涝灾害与防洪减灾洪水成因：自然因素、人为因素。自然因素：如气候、河态、流域地形地貌等；人为因素：如河道设障、水土流失、围湖造田、人为破坏、防洪工程标准低，非工程措施完善，管理不善等。洪水灾害的大小既取决于洪水的淹没特性，又受灾区人文特性的影响。淹没特性：水深、流速、历时、发生时间、固体含量、上涨率、波浪冲击力等。人文特性：聚居情况、土地利用程度、工业、农业、交通等。例：98长江大洪水：1998年长江发生了自1954年以来的又一次全流域性大洪水。从6月中旬起，因洞庭湖、鄱阳湖连降暴雨、大暴雨使长江流量迅速增加。29个省受灾，农田受灾面积3.18亿亩，成灾面积1.96亿亩，受灾人口2.23亿人，死亡3千多人，房屋倒塌497万间，经济损失达1666亿元。洪灾是水灾和涝灾的总称。水灾一般是指因河水或湖水泛滥淹没城市和农村所引起的灾害；涝灾指的是因降雨使土地过湿造成农作物生长不良而减产的现象，或因雨后地面排泄不畅而产生大面积积水使社会财产受损。1.1洪涝灾害洪水灾害造成的损失可分为经济损失和非经济损失。经济损失是指洪水淹没造成的可用货币计量的各类损失，故又称有形损失，主要包括：工业、农业、交通、邮电、居民房屋、家庭财产以及各种其他损失；非经济损失是指洪水引起的难以用货币计量的损失，故又称无形损失，如生态环境恶化，文物古迹的破坏，灾民伤亡等等。洪灾产生的不利影响主要有：洪水灾害对经济发展的影响；对自然生态环境造成严重危害；对社会生活产生多方面影响；对国家事务产生影响。防洪工程措施是指按照规定的防洪标注，为控制和抵御洪水以减免洪水灾害损失而修建的各种工程，主要有：水土保持筑堤防洪与防汛抢险疏浚与整治河道分洪、滞洪与蓄洪防洪非工程措施是指通过行政、法律、经济等非工程手段，以减少洪水灾害损失的措施。大致包括：防洪渠的科学规划与管理，公民防洪、减灾教育，蓄洪及分洪工程合理调度等等1.2防洪减灾防洪规划是为防治某一流域、河段或者区域的洪水灾害而制定的总体安排。防洪规划的目标是根据河流的洪水特性、历史洪水灾害，规划范围内国民经济有关部门和社会各方面对防洪的要求，以及国家或地区经济、技术等条件，考虑需要与可能，研究制定保护对象在规划水平年应达到的防洪标准和减少洪水灾害损失的能力，包括尽可能地防止毁灭性灾害的应急措施。防洪规划的制定应遵循确保重点、兼顾一般，遵循局部与整体、需要与可能、近期与远景、工程措施与非工程措施、防洪与治涝、防洪与水资源综合利用相结合的原则。

1.3防洪减灾规划防洪调度方案的编制应遵循以下原则：确保防洪工程自身安全正确处理防洪与兴利的矛盾正确处理一般与重点、局部与全局的关系应密切结合防洪工程现状和当地社会经济情况，具有科学性、实用性和可操作性1.4防洪减灾的调度运行

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2防洪标准

1洪涝灾害与防洪减灾

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6分洪、滞洪及蓄洪垦殖

7防洪减灾非工程措施防洪标准是各种防洪保护对象或水利工程本身达到的防御洪水的标准。通常以频率计算法计算的某一重现期的设计洪水为防洪标准，或以某一实际洪水（或将其适当放大）作为防洪标准。2防洪标准防洪标准的种类按工程类别划分：水库防洪标准、堤防防洪标准、围堰防洪标准等；按设计要求分：设计防洪标准、校核防洪标准等。防洪标准的选择一般根据工程等级以及防护对象的重要性，在当前使用的部颁标准中选择确定。工程等级：是指工程按类别划分的等级。如水库工程中有大、中、小工程等级之分。防护对象：是指该工程防护的不同对象、不同程度的总称。防护对象防洪标准城镇工矿区农田面积（万亩）重现期（年）频率（%）特别重要城市特别重要工矿区≥500≥100＜1重要城市重要工矿区100～50050～1002～1中等城市中等工矿区30～10020～505～2一般城市一般工矿区≤3010～2010～5表1不同防洪保护对象的防洪标准建筑物的级别12345正常运用（重现期）2000～500500～100100～5050～3030～20非常运用土坝、堆石坝、及干砌石坝1000020001000500300混凝土坝、浆砌石坝及其它建筑物50001000500300200表2永久性水工建筑物洪水标准在防洪规划时，应根据需要和可能选择某一适宜的防洪标准以及对应的设计洪水，然后进行调洪计算。适宜：指技术上可行、经济上合理的防洪标准。

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6分洪、滞洪及蓄洪垦殖

7防洪减灾非工程措施河道整治规划是根据河道演变规律和兴利除害要求，为治理、改造河道所进行的水力工程规划。河道整治规划一般包括洪水、中水、枯水三种不同的整治方案。洪水整治的目的是为了防御洪水泛滥，确保沿河人民生命财产安全；苦水整治则主要是保障通航和引水；中水整治对稳定河床，控制河势具有决定性意义。3河道整治规划按河道自然条件，分为山区河道整治规划、平原河道整治规划和河口整治规划。按水利枢纽对河道的影响，分为库区河段整治规划、坝区河段整治规划和坝下游河段整治规划。按整治顺序，分为河势控制规划和局部河段整治规划。按各部门要求，分为航道整治规划、桥渡河段整治规划、取水口河段整治规划、堤防护岸工程规划等。3.1河道整治规划的分类河道基本特性及演变趋势分析；河道两岸社会经济、生态环境情况调查分析；河道整治现状调查及问题分析；河道整治任务与整治措施的确定；整治工程的经济效益和社会效益、环境效益分析；规划实施程序的安排。3.2河道整治规划的内容设计流量和设计水位整治线河槽断面3.3河道整治规划设计内容

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1洪涝灾害与防洪减灾

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6分洪、滞洪及蓄洪垦殖

7防洪减灾非工程措施堤防是沿河流、湖泊、海洋或行洪区、分洪区、水库库区的周边建筑的挡水建筑物，是世界上最早广泛采用的防洪工程。堤防按其所在位置不同，可以分为河堤、湖堤、海堤、围堤和水库堤防五种、这里主要介绍河堤规划。河堤岸所在位置和重要性，可分为干堤、支堤和民堤。4堤防规划堤防级别12345防洪标准（重现期）≥10050～10030～5020～3010～20表3堤防工程的级别结合水库、分蓄洪工程等其他防洪工程措施，进行堤防规划，以形成合理的防洪工程体系。妥善处理上下游、左右岸、各地区、部门之间的关系。当堤防遭遇超标准特大洪水时应有对策措施，以保证主要堤防重要堤段不发生改道性决口。就地取材，便于施工，节省投资。新建或改建堤防规划时，应遵循如下原则：

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5水库调洪

6分洪、滞洪及蓄洪垦殖

7防洪减灾非工程措施5水库调洪5.1水库的调洪作用与任务利用水库蓄洪或滞洪是防洪工程主要促使之一。当水库有下游防洪任务是，它的作用主要是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量。水库的任务有：滞洪错峰蓄洪水库水量平衡方程在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为：Q、q(m3/s)t(min)Q~tq~t

qmaxQiQi+1qiqi+1V2-V1titi+1△t水库水量平衡示意图一个方程两个未知数没有办法求解5.1水库调洪计算的原理已知求解5.2蓄泄方程

泄流能力：指该水头下泄洪建筑物可能通过的最大流量，是实际泄流量的上限。在溢洪道型式、尺寸一定的情况下，取决于堰顶水头H，即其q=f(H)

。对于无闸或闸门全开的表面式溢洪道，下泄流量按堰流公式计算；深水式泄洪洞的下泄流量按有压管公式计算。当水库内水面坡降较小，可视为静水面时，泄流水头H只是库中蓄水量V的函数，即H＝f(V)，故下泄流量q为蓄水量V的函数，即

q＝f(H)

或q＝f(V)。对于无闸或闸门全开的表面式溢洪道，按堰流公式计算：对于深水式泄洪洞，按有压管的出流公式计算：为调洪计算方便，一般将上两式绘成蓄泄曲线q＝f(V)，其中q为水库蓄量v时对应的泄流能力。该式是假设库水面为水平面时的水库泄流方程。对于狭长的河川式水库，在通过洪水流量时，由于回水的影响，水面常呈现明显的坡降。在这种情况下，按静库容曲线进行调洪计算常带来较大的误差，因此为了满足成果精度的要求，必须采用动库容进行调洪计算。这时上式中的V应为动库容与静库容之和即总库容。在水利规划中，常需根据水工建筑物的设计标准或下游防洪标准，去推求设计洪水流量过程线。因此，对调洪计算来说，入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量均是已知的。并且，要对水库汛期防洪限制水位以及泄洪建筑物的型式和尺寸拟定几个比较方案，因此对每一方案来说，它们也都是已知的。调洪计算就是在这些初始的已知条件下，推求下泄洪水过程线、拦蓄洪水的库容和水库水位的变化。在水库运行中，调洪计算的已知条件和要求的结果，基本上也与上述类似。5.3水库调洪计算的列表试算法(trialmethod)根据已知的水库水位库容关系曲线V＝f(Z)和泄洪建筑物形式和尺寸，用水力学公式求出下泄流量与库容的关系曲线q＝f(V

)。从第一时段开始调洪，由起调水位（即汛前水位）查Z~V及q~V关系曲线得到水量平衡方程中的V1和q1；由入库洪水过程线Q(t)查得Q1、Q2；然后假设一个q2值，根据水量平衡方程算得相应的V2值，由V2在q~V曲线上查得q2；若两者相等，q2即为所求。否则应重设q2，重复上述计算过程，直到二者相等为止。列表试算法的步骤如下：q'2ΔtV2水量平衡方程q2、V2q~tq2=q'2起始条件Z1假设q2Q1、Q2V1、q1Z~Vq~Vq~Vqm、Zm？蓄泄方程推求q~t曲线示意图将上时段末的V2、q2值作为下一时段的起始条件，重复上述试算过程，最后即可得出水库下泄流量过程线q（t）。Q、q(m3/s)t(min)Q~tq~t

Q、q(m3/s)t(min)Q~tqmaxq~t

△tt1t2qmaxt'qm是两线的交点则计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。将入库洪水Q（t）和计算的q（t）两条曲线点绘在一张图上，若计算的最大下泄流量qmax正好是二线的交点，说明计算的qmax是正确的。否则，计算的qmax有误差，应改变时段△t重新试算，直到计算的qmax真好是二线的交点为止。由qmax查q~V曲线，得最高洪水位时的总库容Vmax，从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容V调。由Vmax查Z~V曲线，得最高洪水位Z洪。显然，当入库洪水为设计标准的洪水时，求得的qmax、V调、Z洪即为设计标准的最大下泄流量qm,设、设计防洪库容V设和设计洪水位Z设。当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的qmax、V调、Z洪即为校核标准的最大下泄流量qm,校、V校和Z校。设计防洪库容和设计洪水位、校核洪水位的确定[例5-1]某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门，堰顶高程为36.0m。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用闸门控制q使其等于Q，水库保持在汛期防洪限制水位(38.0m)。当Q继续增大，使闸门达到全开，以后就不用闸门控制，q随z的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限制，与无闸门控制情况相同。已知水库容积特性V＝f(z)，并根据泄洪建筑物型式和尺寸，算出水位与下泄流量关系曲线q＝f(z)，见表5-5和图5-3。求百年一遇洪水流量过程中，某水库的下泄流量过程、库水位变化情况、最大下泄流量、水库达到的最高水位及发生的相应时刻。水位Z(m)36.036.537.037.538.038.539.039.540.040.541.0库容V(m3)4330480053105860645070807760854094201025011200下泄流量q(m3/s)022.555.0105.0173.9267.2378.3501.9638.9786.1946.0表5-5某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线(闸门全开)图5-3某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线[解]将已知的V=f(z)、q＝f(z)绘入同一图中，见图5-3。以Δt=3h为一个计算时段，即Δt＝10800s，取P=1％洪水流量过程,见表5-6的(1)、(2)栏。起调时水库水位Z限＝38.0m；根据Z限＝38.0m在图5-3中查出闸门全开时的流量为173.9m3/s。在第18h以前，控制闸门使q＝Q，且均小于173.9m3/s，水库不蓄水，无需进行调洪计算。从第18h起，Q开始大于173.9m3/s，水库开始蓄水。因此，以第18h为起调时刻，此时初始的q1为173.9m3/s，而初始的V1为6450×104m3。然后，按下式进行计算。相应数据列入表5-6中。数字下有横线者为初始已知值。时间t(h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q(m3/s)下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量q(m3/s)时段内水库存水量变化ΔV(万m3)水库存水量V(万m3)水库水位z(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)181742575951385168512801005830685535410325

173.9180.5224.5343.5522.5677757.5785.5781751.5702.5645.5834001125125665126748-104-234-316-346

645038.021340187653338.124850262693338.4271920425805839.2301450620931439.9331110734996540.3369007811023240.5397607901028040.51426107721017640.445460731994240.348360674962640.151290617928039.9表5-6调洪计算列表法第一个计算时段第18-21h，q1＝173.9m3/s，V1=6450×104m3，Q1＝174m3/s，Q2＝340m3/s。对q2

、v2要进行试算，其试算过程如表5-7。表5-7第一时段（第18~21小时）的试算过程时间t（h)Q(m3/s)Z(m)V(万m3)q(m3/s)Q均(m3/s)q均(m3/s)ΔV(万m3)V＇2(万m3)q＇2(m3/s)Z＇2(m)⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾18173.9386450173.9257211192.6180.550708364502134038.46950248650018038.0438.26690211652018238.0638.16530187653318738.1图5-2某水库调洪计算结果入库洪水过程线入库流量Q(m3/s)下泄流量q(m3/s)200015001000500041403938水库水位Z(m)

01020304050时间t(h)

01020304050时间t(h)qmaxZmaxV蓄下泄洪水过程线水库水位过程线由表5-6可见：在第36h，Z＝40.5m，V＝10232×104m3，Q=900m3/s，q＝78lm3/s；而在第39h，Z=40.51m，V=l0280×l04m3,Q=7604m3,q=790m3/s。按前述水库调洪的原理，当q

max出现时，一定是q＝Q，此时Z、V均达最大值。显然，qmax将出现在第36h与第39h之间，在表3-4中并未算出。通过进一步试算，在第38h16min处，可得出qmax＝Q＝795m3/s，Zmax=40.52m，Vmax＝10290×104m3。也可通过图解近似定出相应值。列表试算法很麻烦，工作量大，所以提出半图解法。半图解法中常用的是双辅助线法。双辅助线法的基本原理仍然是逐时段连续求解水库的水量平衡方程和蓄泄方程，但为了避免试算，需对这两个方程作适当的变换。5.4水库调洪计算的半图解法(semi-graphicalmethod)等式两边同时除以△t,并移项均可与水库水位Z建立函数关系因此，可根据选定的计算时段△t，已知的水库容积关系曲线，根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘制曲线组：调洪计算半图解法的双辅助线半图解法中必需的两根辅助线水位～下泄流量关系曲线ABCABC（1）根据已知的入库洪水流量过程线、水库水位容积关系曲线、汛期防洪限制水位、计算时段Δt等，确定调洪计算的起始时段，并划分各计算时段。算出各时段的平均入库流量Q均，并定出第一时段初始的Z1、q1、V1值。半图解法的步骤：ABCABC（2）在图3-4的水位坐标轴上量取第一时段的Z1，得a点。作水平线ac交曲线A于b点，并使bc=Q均。因曲线A是（V/Δt-q/2)=f1(z），a点代表Z1，ab=(V1/Δt-q1/2)，Ac=Q均+(V1/Δt-q1/2)。（3）从c点作垂线交曲线B于d点，过d点作水平线de交水位坐标轴于e，显然de=ac=（V2/Δt+q2/2）。因曲线B是（V/Δt-q/2)=f2(Z），d点在曲线B上，e就应代表Z2，从e点可读出Z2值。ABCABC（4）de交曲线C于f点，过f点作垂线交q坐标轴于g点。因曲线C是q=f3(Z)，e代表Z2，而ef是q2，即从g点可以读出q2的值。ABCABC（5）根据Z2值，利用水库水位容积关系曲线可求出V2的值。（6）将e点所代表的Z值作为第二时段的Z1，按上述方法依次进行图解计算，又可求出第二时段的Z2、Q2、V2值。按逐时段进行计算，将结果列表，即完成全部计算。[例5-2]某水库及原始资料均与[例5-1]相同，用半图解法进行调洪计算。[例5-1]某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门，堰顶高程为36.0m。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用闸门控制q使其等于Q，水库保持在汛期防洪限制水位(38.0m)。当Q继续增大，使闸门达到全开，以后就不用闸门控制，q随z的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限制，与无闸门控制情况相同。已知水库容积特性V＝f(z)，并根据泄洪建筑物型式和尺寸，算出水位与下泄流量关系曲线q＝f(z)，见表5-5和图5-3。水位Z(m)36.036.537.037.538.038.539.039.540.040.541.0库容V(m3)4330480053105860645070807760854094201025011200下泄流量q(m3/s)022.555.0105.0173.9267.2378.3501.9638.9786.1946.0表5-5某水库V=f(Z)、q=f(Z)曲线（闸门全开）（1）根据已知的入库洪水流量过程线、水库水位容积关系曲线、汛期防洪限制水位、计算时段等，确定调洪计算的起始时段Δt，并划分各计算时段。算出各时段的平均入库流量Q均，并定出第一时段初始的Z1、q1、V1值。[解]水位Z(m)库容V(m3)下泄流量q(m3/s)q/2(m3/s)V/Δt(m3/s)V/Δt-q/2(m3/s)V/Δt+q/2(m3/s)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)37.0530056.728.3549074879493637.55870100.350.1554355385548538.06450173.986.9559725885605938.57080267.2133.6065566422668939.07760378.3189.1571856996737439.58540501.9250.9579077656815840.09420638.9319.4587228403904240.510250786.1393.0594919098988441.011200946.0473.0010370989710843表5-8曲线（V/Δt-q/2)=f1(z）和(V/Δt+q/2)=f2(Z)的计算

gq2Z2efd

Z1bc

a时间t(h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q

(m3/s)水库水位Z1(m)V1/Δt-q1/2(m3/s)V2/Δt+q2/2(m3/s)下泄流量q(m3/s)水库水位Z2(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1817425738.058856142173.938.12134059538.15965656018838.424850138538.46320770524839.2271920168539.27260894543040.0301450128040.08280956062040.3331110100540.38800980272540.43690083040.49000980577040.53976068540.59040983077640.44261053540.48920972575840.24546041040.2872094557084018460913065639.951290…39.9…8785596…表5-9调洪计算半图解法(双辅助线法）时间t(h)182124273033363942454851水库水位z(m)3838.138.439.24040.340.540.540.440.340.139.9水库水位z1(m)3838.138.439.24040.340.440.540.440.240.139.9调洪计算列表试算法与半图解法的对比半图解法列表试算法对比表明，两种方法的结果非常相近，但半图解法的计算手续简便迅速，更便于采纳。列表试算法和半图解法中所举实例是针对不同闸门控制下泄流量的调洪计算。对于设闸而闸门全开的计算，和无闸门控制的雷同。前面所讲述的内容较简单，工程实际中遇到的情况颇复杂。利用闸门控制下泄流量时，调洪计算的基本原理和不用闸门时类似。不同点在于，水库运行方式多种多样，要按需要随时调整闸门的开度，包括开启的闸孔数目和每个闸孔的开启高度。在不同的闸门开度、水库水位、下游淹没等情况下：

系数A、B都有所不同。溢流堰，下泄流量利用闸门控制。若闸门开启高度为e，堰前水头为H，则e/H≤0.75时为闸孔出流，B=1/2；e/H>0.75时为堰流，B=3/2。表明，尽管闸门开启高度不变，库水位升高时，B随之变化。其它情况下类似。影响系数A值的因素就更多，变化更复杂。因此，利用闸门控制下泄流量时的调洪计算手续更复杂。在这种情况下，用半图解法调洪计算时，需要针对不同的泄流情况作出若干不同的辅助曲线，计算相当麻烦，也失去了半图解法简便迅速的优越性。因此，对于利用闸门控制下泄流量的调洪计算，采用列表试算法更适宜。不同的水库运用方式，要求闸门有不同的启闭过程。水库运用方式变化很多，不可能一一列举。以下分别说明利用闸门控制下泄流量时水库调洪的几种情况。（1）下游有防洪要求的情况（2）水工建筑物设计标准大于下游防洪标准的情况（3）水库下泄洪水要与下游区间洪水错峰的情况（4）根据预报预泄洪水的情况图a中，当下游有防洪要求时，最大下泄流量qmax不能超过下游允许的安全泄量q安。在t1时刻以前，入流Q较小，而闸门全开时出库泄量较大，故闸门不宜全开，以闸门控制使q=Q。闸门随着Q的加大而逐渐开大，到t1时闸门才全开。从t1时刻开始，入库流量Q已大于闸门全开自由溢流的q值，即来水量大于可能下泄的流量值，因而库水位逐渐上升。（1）下游有防洪要求的情况至t2时刻，q达到q安，于是用闸门控制，使q不大于q安，水库水位继续上升，闸门逐渐关小。至t3时刻，入库流量Q降低至等于下泄流量q，水库水位达到最高，闸门不再关小。t3以后是水库泄水过程，水库水位逐渐回落。图b中，当下游有防洪要求、但防洪标准小于水工建筑物设计标准的情况。在t3时刻以前和图a类似，即在用闸门控制，使q不能超过q安，以满足下游防洪要求。（2）水工建筑物设计标准大于下游防洪标准的情况