CN1308552C - 一种防洪及泄洪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构简单、使用方便、泄洪能力巨大的防洪及泄洪方法。本发明利用天然潮差防洪,是一种加速河流泄洪入海的方法,通过下述技术方案予以实现,在河流河口的潮流区(海岸切线处或与河口窄处间)任意位置设置挡潮闸,理论上所述挡潮闸横跨两边河岸;在洪水季节洪水出现险情时,在潮涨的时候关闭挡潮闸,不让潮水进入内河,在退潮的时候将挡潮闸开启,将被挡住的洪水放入大海。挡潮闸在不动用时是常打开的。本发明适用于存在天文潮差的潮汐河口(河口面向大海)的河流,利用潮汐河流的天然潮差防洪,防洪容量巨大,加速河流泄洪入海,可以实现高速泄洪。
Description
技术领域
本发明涉及对于河流治理的领域,更具体地说,是涉及一种利用天文潮差的潮汐河口(河口面向大海)河流的防洪及泄洪方法。
背景技术
我国是一个洪涝灾害十分严重的国家,据不完全统计,公元前206~1949年的2155年间,共发生较大洪水灾害1092次,不到两年就出现一次,生命财产损失无数。历史上黄河素有“三年两决口、百年一改道”之称。
自古以来,中华民族同洪水进行了长期的、艰苦卓绝的斗争,特别是中华人民共和国成立以来,党和政府领导人民群众大兴水利,在开展工程措施建设的同时,注重非工程措施建设,初步形成了一套较为完整的防洪体系,具备了防御较大洪水的能力,并夺取了历次抗洪斗争的伟大胜利,黄河取得了50年的“岁岁安澜”的巨大成就。但由于中国江河治理的难度极大,目前水利工程防洪标准还不够高,一旦遇到大洪水,会出现各种各样的险情,直接危及堤防、水库等工程的安全,如果不能及时控制险情,甚至可能出现垮坝、决口,造成巨大损失。
各地在长期的抗洪抢险实践中,积累了十分丰富的经验。特别是近些年来,在发扬传统抢险技术的同时,不断研究、开发、利用新技术、新材料,战胜了一个个重大险情,取得了一次次胜利,进一步丰富、完善了抢险技术和方法。1998年长江大洪水,仅长江干堤就出现各种较大险情9000多处。
例如1999年长江上游支流岷江、沱江、嘉陵江和乌江,洞庭湖和鄱阳湖水系,长江中下游干流沿江地区多次遭受暴雨袭击,上游支流乌江发生了历史第一位的特大洪水,洞庭湖水系湘、资、沅、澧四水及鄱阳湖水系昌江、乐安河等河流发生了不同程度的洪水,长江上游干流出现4次洪水过程,中下游干流宜昌至南京河段各主要控制站水位超过警戒水位,其中石首至螺山河段一度超过保证水位,沙市、石首、监利、莲花塘、螺山、武穴、九江及洞庭湖城陵矶和鄱阳湖湖口水文站出现了仅次于1998年洪水的历史第二位高水位,汉口、大通等水文站出现了历史第三位高水位。
1999年汛期,长江上游多次出现局部暴雨,支流乌江、岷江等河流多次出现超过警戒水位的洪水。其中,乌江发生了特大洪水,武隆(重庆武隆)水文站6月出现洪峰水位204.63m,超过保证水位(192.00m)12.63m,超过历史最高水位(204.51m,1955年)0.12m,实测最大流量22500m3/s,为有记录以来的最大流量(历史最大流量21000m3/s,1964年)。受上游来水影响,长江上游干流寸滩水文站7月出现1999年汛期最大洪水,洪峰水位180.02m,超过警戒水位(180.00m)0.02m,相应流量48700m3/s。干流宜昌水文站1999年汛期出现了4次洪水过程,洪峰水位分别为51.38m、52.20m、53.68m、51.73m,相应流量分别为46800、51800、57200和44200m3/s,均为一般洪水。
受长江上游、两湖及其它支流来水的共同影响,长江中下游干流水位自6月下旬开始上涨,石首和芜湖站率先超过警戒水位,监利至莲花塘和九江至大通河段也相继超过警戒水位,莲花塘至汉口河段也跃居警戒水位之上。
长江中下游各主要控制站于7月下旬出现1999年汛期最高水位。沙市水文站7月最高水位44.74m,超过警戒水位(43.00m)1.74m,为有实测记录以来仅次于1998年(45.22米)的第二位高水位;监利水文站7月最高水位38.30m,超过保证水位(37.28m)1.02m,仅低于实测历史最高洪水位(38.31m,1998年)0.01m;莲花塘水文站7月最高水位35.54m,超过保证水位(34.40m)1.14m,为有实测记录以来仅次于1998年(35.80m)的第二位高水位;螺山水文站7月最高水位34.60m,超过保证水位(34.01m)0.59m,为有实测记录以来仅次于1998年(34.95m)的第二位高水位;汉口水文站7月最高水位28.89m,超过警戒水位(27.30m)1.59m,为有实测记录以来的第三位高水位(1954年洪水位为29.73m,1998年洪水位为29.43m);九江水文站7月最高水位22.43m,超过警戒水位(19.50m)2.93m,为有实测记录以来仅次于1998年(23.03m)的第二位高水位;大通水文站7月最高水位15.87m,超过警戒水位(14.50m)1.37m。
目前水利工程防洪标准还不够高,一旦遇到大洪水,并且是集中发生在很短的时间内,会出现各种各样的险情,会给国家和个人造成极大的损失。如果能有相对简单的方法和设施,在很短的时间内泄洪,不仅是利国利民,而且造福子孙。
发明内容
由于人类活动越趋频繁,引起严重水土流失、湖泊消亡、气侯变化,洪水灾害有越来越严重的趋势,使现有的防洪措施更不足以抵御,本发明的目的是为了补充现有技术中存在的不足,提供一种结构简单、使用方便、泄洪能力巨大的防洪及泄洪方法。
本发明利用天然潮差防洪,是一种加速河流泄洪入海的方法,通过下述技术方案予以实现,在河流河口的潮流区(海岸切线处或与河口窄处间)任意位置设置挡潮闸,理论上所述挡潮闸横跨两边河岸;在洪水季节洪水出现险情时,在潮涨的时候关闭挡潮闸,不让潮水进入内河,在退潮的时候将挡潮闸开启,将被挡住的洪水放入大海。挡潮闸在不动用时是常打开的。
所述的挡潮闸设置在河口窄处。所述的挡潮闸为平板多孔式挡潮闸,由多个单孔挡潮闸组合而成。实际上所述的挡潮闸的跨度为河口窄处所处河宽宽度的20%~80%。在发生严重洪水险情时,需要运用挡潮闸功能的日数仅为7~14天(运用挡潮闸的日数和挡潮闸跨度及暴雨水量有关)。
本发明的有益效果是,利用潮汐河流的天然潮差防洪,防洪容量巨大,加速河流泄洪入海,可以实现高速泄洪。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
在面向大海的河流河口处建挡潮闸,建挡潮闸的位置,可建在河口最外端(海岸切线上)以至河口窄处。在河口最外端建造挡潮闸当然可以创造最大的纳洪湖,但因有了挡潮闸功能,中下游实际发生的洪水泛滥规模就会显得很小,如在河口建规模太大的挡潮闸,就会增加成本,对中下游的防洪效益却不会大增,是杀鸡用牛刀。所以,在海岸切线上建挡潮闸的泄洪能力将过大,我们可以考虑将挡潮闸建在河口窄处,或潮流界与河口之间的其它适当位置(例如迁就交通),减低建设成本。
在潮汐河口建了挡潮闸,就能阻止潮水带着部份河水,倒流入内陆。中游出现了大洪水时,在潮涨时关闭挡潮闸,潮流就不会再流入内河,挡潮闸就把原来海潮涌入内河部份,变相变成了一个空载纳洪湖,腾空了一个容量极大的纳洪湖,去容纳及排泄中游洪水。在潮退时因为纳洪潮中的水位比海平面高,把挡潮闸打开,就可以将大量的洪水排入大海,这是一个循环不息、周而复始、12小时半就可以重复使用一次的转运站,对解决坡降平缓的平原、三角洲地带的洪水过量的问题,比任何现有的防洪机制都更为有效。
如果没有恶劣气候因素,只为了阻截海潮进入内河,对挡潮闸的设计要求会非常简单,挡潮闸只需要在涨潮时,有阻截海潮进入内河的功能就可以了,只需根据河口的最高潮汐位置,把挡潮闸的闸门建得高于最高径流水位,以及最高涨潮水位,能够完成挡潮任务即可。其实只要求挡潮闸达到阻截海潮进入内河是不够的,因为挡潮闸是建设在河口地区,要面对恶劣的海洋气候,尤其是长江河口、莱茵河河口等位于风暴潮频发地区的大江大河,设计时就要考虑挡潮闸的耐用性了,要求就比上述只有挡潮汐功能的挡潮闸更为严格,必须将挡潮闸建设得有足够的防盐、防浪、防风暴能力才能保证在暴风巨浪恶劣环境下长期稳定运作。
挡潮闸可采用平板多孔式的挡潮闸。以下是为方便论述的举例,每孔挡潮闸宽20米,如河口宽680米,就要建单元挡潮闸34孔,由于挡潮闸的总跨度是由很多孔挡潮闸所组合而成,只要决定了这组挡潮闸的总跨度之后,就可计算出要建多少孔挡潮闸。当我们选择了河口窄处兴建挡潮闸,即使碰到最大潮时,要求把该潮汐河口潮流挡住在挡潮闸的界线上,也没有必要在该窄处,百份百全面建挡潮闸,挡潮闸无须横跨两岸。挡潮闸无需选择和海岸切线一致,我们也不必强求达到最大防洪效益。建了挡潮闸后,中游洪水量显得很小,因为挡潮闸的防洪效益非常宏大,因此并无必要选择和海岸切线一致,就已经可以全面解决中游洪水水患,因此建设成本就成为了更重要的考虑因素。以长江为例,如果我们选择在河口窄处建挡潮闸,以平均潮差计算,只要动用十三天,就可以达致泄洪五百亿立方米(这是真实数)的效果。如果我们选择在海岸切线上建挡潮闸,要泄洪五百亿立方米,可以减少至三至五天,其实减少八天时间在洪水期是无关痛痒的,我们完全可以通过雨情预报,预先运用挡潮闸,就可在洪峰到达前,提早激活挡潮闸,就可有效控制武汉和湖南洪水水位。在河口建和海岸切线一致的挡潮闸,将会大大加大挡潮闸长度,大大加重挡潮闸的成本。为了使泄洪能力,由十三天减至五天,而要动用很多很多倍的人力物力,多花几十亿元,甚至上百亿元去多建挡潮闸,是划不来的。
由于潮汐河口的进潮量,是和潮汐河口的表层断面面积成正比的,(因为潮汐进潮水深大致相等,那幺进潮量和潮汐河口的宽度也成正比)河口被挡潮闸束窄后,因为断面面积减少,入潮量就跟着减少,我们只要计算要将此潮汐河口的宽度,减少多大比例,减少至何种程度,潮汐才不会越过挡潮闸,进入内河,这个宽度,就是挡潮闸的最佳防洪临界跨度。
最佳防洪临界跨度=河口窄处河宽-河口不必建挡潮闸的宽度,即:最佳防洪临界跨度=河口窄处河宽-(最大洪水期径流量/单位面积进潮能力)。例如河流洪水期径流量为10,000m3/s,河口进潮量是40,000m3/s,而原河宽为2,000m,则单位面积进潮能力为40,000/2000=20m3/s/m,河口不必建挡潮闸的宽度=10,000/20=500m。假设我们已选定河口窄处河宽1100m,只要减少至500m,在洪水期径流和潮汐水量比例,力量就会相等。我们根据以上计算,就可以决定挡潮闸的最佳防洪临界跨度。即是说:1100m-500m=600m就是最佳防洪临界跨度。
如果挡潮闸建在长江河口的海岸切线处,长江口外潮型属年平均潮差时进潮量合计共266,300m3/s,大潮时约400,000m3/s,小潮时约140,000m3/s,长江百年一遇洪水径流量为93200m3/s,为了达到潮流界在洪季大潮时保持在挡潮闸线上不上溯,就要使被挡潮闸临时缩窄后的河宽,只能进潮93200m3/s。因此,我们要将长江口进潮量由400,000m3/s,缩减为93200m3/s,则必须将长江口缩窄(400000-93200)/400000=76.7%。反过来说,我们可以留空23.3%海岸切线的宽度,作为不必建挡潮闸河口部份的宽度。如果挡潮闸建在长江河口的窄处,由于长江口是小喇叭型河口,窄处和海岸切线的自然河宽跨度相差很大,只要留空不必建挡潮闸的宽度,让径流继续前进,就足够了。例如我们选择了一河口窄处,其河宽为40%海岸切线宽度,那么,我们就要建40%-23.3%=16.7%海岸切线宽度,这已是最佳防洪临界跨度。
潮汐有周期,并不是每天一样,大潮只是一小部份,每月只有几天;即需要动用所有挡潮闸的日子只有几天。在大潮日子里,进潮量也是渐变的由小增大,而进潮量最大的几小时,只占涨潮的其中一小部份,要动用所有挡潮闸的时间也并不是很长;例如每一潮中进潮量大的只有2.5小时,只占每潮12时25分的1/5。只是为了这一小段时间而建太多挡潮闸并不化算。挡潮闸效益很大,即使挡潮闸建得短一点,也只会使挡潮闸的运用次数增加几次而已,现代科技发达,只要掌握中上游雨情,就可提早几天运用挡潮闸,我们实在不必花过多金钱去全面兴建超乎实际必要的“最佳防洪临界跨度”。
其实我们只要在河口两岸建几孔挡潮闸,就已可产生一定的防洪作用,不过,如果我们建的挡潮闸孔数太少,例如只建三至四孔,则在中游暴雨太大时,将无法确保在洪水量太大的时间内迅速泄洪,不能达到及时泄洪效果,就等于我们生病时候,服药份量不足一样,如果挡潮闸建得孔数太少,则可能只可防御十年一遇洪水,但遇百年一遇或千年一遇洪水,则仍有可能产生灾害。为了少建挡潮闸,我们或可提早运用挡潮闸,但如经常被迫过早运用,也会有不利的情况发生,例如中上游初期水多,又突然干旱不下雨,则会造成因要过早启用挡潮闸,泄洪过度而造成水位过低、浪费水资源的坏处。
因为挡潮闸的泄洪能力太大,是不能过于频繁使用的,每个洪水年度只能动用挡潮闸机制几天,就必须停止使用,否则泄洪过度,如遇日后降雨量转而偏低,则洪水季节后期也会出现水位偏低,不利冬季船只航行。以长江为例,挡潮闸每潮可以增加泄洪量大约为20亿立方米,每天约38亿立方米(因每天只有1.93潮),而百年一遇的1954年的大洪水只超量500亿立方米,这样的洪水也只需要动用挡潮闸13天,如果动用挡潮闸超过13天,江湖水位就会开始偏低。
Claims (3)
1.一种防洪及泄洪方法,其特征是,包括下述步骤:
(1)在河流河口与海岸切线处或与河口窄处任意位置设置挡潮闸,所述挡潮闸设置于河流两岸;
(2)在洪水季节发生洪水险情时段,在涨潮时将挡潮闸关闭,不让潮水进入内河,退潮时将挡潮闸打开,将被挡住的洪水放入大海;
(3)挡潮闸在不动用时是常打开的。
2.根据权利要求1所述的防洪及泄洪方法,其特征是,所述的挡潮闸为平板多孔式挡潮闸,其由多个单孔挡潮闸组合而成。
3.根据权利要求1所述的防洪及泄洪方法,其特征是,所述挡潮闸的跨度为所处河口窄处宽度的20%~80%。
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