廣東省防洪減災技術探討與應用

黃遠帆

(梅州市水利水電勘測設計院，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多為丘陵、平原。廣東省屬于亞熱帶地區，是中國降雨量最豐富的地區之一，年平均降水總量可以達到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，總河長達到46 521 km，并且包含多個水系，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，加上季風性氣候臺風的影響，廣東省內河流流域水位大幅度升高，洪澇災害經常發生。中小型河流的洪水通常歷時較短，但來勢兇猛，一旦發生洪澇災害，將會造成巨大的經濟損失和社會損失。據有關統計數據顯示，廣東省平均每年因洪澇災害造成的經濟損失可達4.5億元，年平均死亡人數約1634人，因此防洪減災是廣東省一直以來城鄉水利工程的主要工作之一。但是目前采取的防洪減災技術措施效果不夠明顯，防洪設施不夠健全，抗洪能力較差，為此提出廣東省防洪減災技術探討與應用。

1 廣東省防洪減災的重要性

廣東省受地形、地勢、氣候、河流等因素影響，洪澇災害頻發，且廣東省洪澇災害分為山洪、暴雨型洪水、湖泊洪水，具有持續時間短、來勢急、多發性、危害性大等特點，據廣東省建國50多年水文資料顯示，廣東省自1993—2001年間，共發生特大洪水8次，大洪水168次，出現過6次高位洪峰，經濟損失和社會損失慘重[1]。表1為廣東省大洪澇災害年災情。

從表1可以看出，廣東省洪澇災害日趨頻繁，且災情慘重，因此采取防洪減災技術和措施是非常有必要的。防洪減災工程對緩解廣東省洪澇災害危害、穩定居民生活、促進社會和諧發展起著重要作用，是廣東省一項利民的重大工程，防洪減災技術的應用與實施可以有效降低洪澇災害對社會的影響，為人民生活和城市發展提供安全保障。

表1 廣東省大洪澇災害年災情統計

2 廣東省防洪減災存在的問題及對策分析

2.1 廣東省防洪減災存在的問題

廣東省水系縱橫，地勢復雜，河流網交錯，在省內形成了一個比較復雜的水網區，因此廣東省防洪減災具有一定的難度，不僅需要準確計算出防洪流量參數，而且還要設計出合理的排水系統[2]。但是目前，由于采取的防洪減災技術不合理，預測的防洪流量參數存在較大誤差，無法為防洪減災措施實施提供準確的數據依據，設計的排水系統無法滿足防洪減災需求。修建的排水溝、截水溝等排水設施斷面過窄，而廣東省洪澇災害主要以山洪為主，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泥沙堆積，如果不能及時清理，會影響到排水渠道的泄洪功能；如果設計的排水渠道斷面過寬，則會增加防洪減災施工成本[3]。廣東省防洪減災工程中，排水渠道的布局和堤防建設也存在一些問題，布設的排水渠道無法完全匯集洪水，在布設過程中忽略了小型河流，且中小河流泄洪關鍵的位置沒有布設排水渠道；修建的堤防和加固設施采取的是剛柔結合防護堤，該類型防護堤抗沖刷能力較弱，無法起到加固和防護作用。

2.2 解決的主要措施

針對以上問題，需要使用科學的防洪減災技術，準確計算出防洪流量參數，為防洪減災實踐提高準確的數據依據；合理布局和設計排水系統，保證排水系統能夠滿足防洪減災需求，提高排水系統泄洪能力；修建抗沖刷能力、防護能力較強的防護設施，為排水系統起到加固和防護作用。

3 廣東省防洪減災的技術應用

3.1 防洪流量參數估算

在開展防洪減災工程施工之前，需要對防洪流量參數準確計算，其中包括地表徑流量、降水強度、地面河流匯流、河流最大蓄水量等防洪流量參數[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段1 h降雨頻率統計資料，利用擬合皮爾遜曲線模擬出廣東省相應頻率1 h 降雨量，根據收集的資料，計算出廣東省未來1 a或者5 a最大降雨強度，其計算公式[5]如式(1)：

(1)

式中:I為未來時間段內最大降雨強度，mm/h；SP為年最大降雨時段1 h降雨頻率,次；t為預測時間段時長，h；n為暴雨遞減指數。根據水量平衡原理，地表土壤含水量與蒸發關系，計算出未來各個時間段的地表徑流量，其計算公式[6]如式(2)：

S1=L+M+R-Y

(2)

式中:S1為一段時間內地表水增量,mm；L為時間段內土壤含水量,mm；M為時間段內土壤水分輸入量,mm；R為時間段內降水量,mm；Y為時間段內地表水蒸發量,mm[6]。在某一時間段內，地表徑流量除了直接與地表土壤含水量有關系以外，其數值大小還與該段時間內地表水蒸發量有關，該關系用公式[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為時間段內流域平均降水量,mm；P為時間段內因自然降雨產生的地表水增量,mm；K為防洪減災區域日蒸發量,mm；D為防洪減災區域日蒸發量按照降水條件和土壤含水量的改正系數,mm-1；t為計算的時間段時長,h。根據推算的降雨強度和地表徑流量計算出地面徑流匯聚量，其計算公式如式(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量的比值，通常取值為0.75；r為降雨量,mm。最后根據地面河流匯流量與河流蓄水量的關系，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，經優選取值為2.5；e為河流最大入滲量,m3/s；u為地下水流量,m3/s。通過以上公式計算出防洪減災流量參數，為后續防洪提供數據依據。

3.2 排水渠道斷面計算及排水渠道布局

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

(6)

式中：l為排水渠道斷面底寬，mm。根據未來時間段內最大降水強度和河流最大蓄水量計算出斷面底寬。斷面的高度通常要高出地面0.5 m。當計算完斷面設計參數后，需要利用BHJ軟件評估出該排水渠道最小輸水能力，《防洪減災技術規范》中規定，用于泄洪的排水渠道最小輸水能力不得低于3.5 m3/s，如果低于該數值，需要增加排水渠道底寬，以此保證設計的排水渠道斷面能夠滿足泄洪需求。在設計完排水渠道斷面后，要合理規劃排水渠道的布局，在河流的下游、中游、上游的兩側各選取3個或者3個以上布局點，布局點要選在周圍人口少、植被多的地區，大型河流需要選擇5個以上布局點，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田，利用排水渠道將洪水引流到其他地區。

3.3 排水渠道開挖

按照設計好的排水渠道圖紙，采用人工、機械結合的方式對排水渠道開挖，在施工過程中要避免破壞場地的地貌和植被，嚴格按照圖紙施工。將挖出的土壤和砂石統一堆放到一處，利用車輛將其運輸到河流與排水渠道連接處，將其壓實[9]。用混凝土澆筑到挖好的排水渠道內，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泥土堆積，方便后期處理。

3.4 排水系統邊坡防護

在挖好的排水渠道兩側修筑防護堤，防護堤是對排水渠道起到加固和防護的作用。防護堤主要有剛性、柔性和剛柔結合三種，三種防護堤優點和缺點各異，表2為防護堤岸形式比較。

表2 防護堤岸形式比較

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

通過對當前廣東省建筑材料的調查，并結合排水系統設計概況，對于填方及挖方邊坡的防護，采取將工程措施與生物措施相結合的方式完成。工程措施以現澆C40混凝土材料，構筑拱形骨架的形式為主，生物措施以種植草皮護坡為主。邊坡坡腳的防護采用淺基礎配合護腳的形式。當邊坡坡角較高時，根據實際情況對平臺分級別進行防護[10]。平臺的寬度為3.5 m，平臺坡腳位置設置截水溝結構。由于一般情況下邊坡坡面的匯流面積較小，因此截水溝結構可按照規范要求，采用35 cm×35 cm的矩形斷面，并設定邊坡坡比為2∶1。各個等級平面中的截水溝結構與急流槽結構相互連接，從而形成一個完整的邊坡排水系統。對于部分急流區域，其截水溝結構采用50 cm×50 cm 的矩形斷面設計，坡比及其邊坡坡率與上述相同，但其相互之間的距離應保持在150～250 cm范圍內。對于邊坡整體的分級高度，可選擇與邊坡的設計需要結合。在完成對地表以上部分的施工前，還需要對地表中的植物進行拔除，并將表面種植土壤進行鏟除，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，并在后續的管理過程中對其進行撫育管理，以此保證被移植的草皮成活，達到預期對排水系統的加固效果，進而起到防洪減災的作用，以此完成廣東省防洪減災技術探討與應用。

4 結 語

此次結合廣東省防洪減災現狀，對廣東省防洪減災技術應用進行探討，重點討論了防洪減災的技術要點，為廣東省防洪、泄洪提供參考依據，有利于提高廣東省防洪減災技術水平，及防洪、抗洪能力，降低因洪澇災害帶來的經濟損失和社會損失。防洪減災技術在廣東省乃至國內的防洪減災工程中都有著非常重要的作用，如何優化和完善防洪減災技術，是加強現有防洪體系的關鍵切入點，因此今后仍需要在該方面進行深入研究，提高防洪減災體系的防御能力。