广东省防洪减灾技术探讨与应用

黄远帆

(梅州市水利水电勘测设计院，广东 梅州 514000)

广东省位于中国大陆板块的最南端，东部与福建相邻，西部与广西相连，南部邻接南海海域和珠海海域，北部与江西和湖南相接，陆地面积约16.4万km2，周围海岸线长约3415.5 km。广东省整体地势为西高东低，西部和北部有较高的山脉，中部和东部沿海地区多为丘陵、平原。广东省属于亚热带地区，是中国降雨量最丰富的地区之一，年平均降水总量可以达到3465亿m3，降雨集中在每年的4—9月。广东省水资源非常丰富，省内岛屿和湖泊众多，集雨面积在1000～4000 km2的中小型河流有将近1500条，而集雨面积在5000 km2以上的大型河流也有约450条，总河长达到46 521 km，并且包含多个水系，其中有珠江水系、长江三角洲水系以及汉江水系等，流域面积居全国第五位。在每年的雨季，由于雨量的突然增加，加上季风性气候台风的影响，广东省内河流流域水位大幅度升高，洪涝灾害经常发生。中小型河流的洪水通常历时较短，但来势凶猛，一旦发生洪涝灾害，将会造成巨大的经济损失和社会损失。据有关统计数据显示，广东省平均每年因洪涝灾害造成的经济损失可达4.5亿元，年平均死亡人数约1634人，因此防洪减灾是广东省一直以来城乡水利工程的主要工作之一。但是目前采取的防洪减灾技术措施效果不够明显，防洪设施不够健全，抗洪能力较差，为此提出广东省防洪减灾技术探讨与应用。

1 广东省防洪减灾的重要性

广东省受地形、地势、气候、河流等因素影响，洪涝灾害频发，且广东省洪涝灾害分为山洪、暴雨型洪水、湖泊洪水，具有持续时间短、来势急、多发性、危害性大等特点，据广东省建国50多年水文资料显示，广东省自1993—2001年间，共发生特大洪水8次，大洪水168次，出现过6次高位洪峰，经济损失和社会损失惨重[1]。表1为广东省大洪涝灾害年灾情。

从表1可以看出，广东省洪涝灾害日趋频繁，且灾情惨重，因此采取防洪减灾技术和措施是非常有必要的。防洪减灾工程对缓解广东省洪涝灾害危害、稳定居民生活、促进社会和谐发展起着重要作用，是广东省一项利民的重大工程，防洪减灾技术的应用与实施可以有效降低洪涝灾害对社会的影响，为人民生活和城市发展提供安全保障。

表1 广东省大洪涝灾害年灾情统计

2 广东省防洪减灾存在的问题及对策分析

2.1 广东省防洪减灾存在的问题

广东省水系纵横，地势复杂，河流网交错，在省内形成了一个比较复杂的水网区，因此广东省防洪减灾具有一定的难度，不仅需要准确计算出防洪流量参数，而且还要设计出合理的排水系统[2]。但是目前，由于采取的防洪减灾技术不合理，预测的防洪流量参数存在较大误差，无法为防洪减灾措施实施提供准确的数据依据，设计的排水系统无法满足防洪减灾需求。修建的排水沟、截水沟等排水设施断面过窄，而广东省洪涝灾害主要以山洪为主，洪水中带有大量的泥沙，排水渠道断面过窄容易造成渠道内泥沙堆积，如果不能及时清理，会影响到排水渠道的泄洪功能；如果设计的排水渠道断面过宽，则会增加防洪减灾施工成本[3]。广东省防洪减灾工程中，排水渠道的布局和堤防建设也存在一些问题，布设的排水渠道无法完全汇集洪水，在布设过程中忽略了小型河流，且中小河流泄洪关键的位置没有布设排水渠道；修建的堤防和加固设施采取的是刚柔结合防护堤，该类型防护堤抗冲刷能力较弱，无法起到加固和防护作用。

2.2 解决的主要措施

针对以上问题，需要使用科学的防洪减灾技术，准确计算出防洪流量参数，为防洪减灾实践提高准确的数据依据；合理布局和设计排水系统，保证排水系统能够满足防洪减灾需求，提高排水系统泄洪能力；修建抗冲刷能力、防护能力较强的防护设施，为排水系统起到加固和防护作用。

3 广东省防洪减灾的技术应用

3.1 防洪流量参数估算

在开展防洪减灾工程施工之前，需要对防洪流量参数准确计算，其中包括地表径流量、降水强度、地面河流汇流、河流最大蓄水量等防洪流量参数[4]。首先需要收集广东省近十年降雨资料，以及广东省年最大降雨时段1 h降雨频率统计资料，利用拟合皮尔逊曲线模拟出广东省相应频率1 h 降雨量，根据收集的资料，计算出广东省未来1 a或者5 a最大降雨强度，其计算公式[5]如式(1)：

(1)

式中:I为未来时间段内最大降雨强度，mm/h；SP为年最大降雨时段1 h降雨频率,次；t为预测时间段时长，h；n为暴雨递减指数。根据水量平衡原理，地表土壤含水量与蒸发关系，计算出未来各个时间段的地表径流量，其计算公式[6]如式(2)：

S1=L+M+R-Y

(2)

式中:S1为一段时间内地表水增量,mm；L为时间段内土壤含水量,mm；M为时间段内土壤水分输入量,mm；R为时间段内降水量,mm；Y为时间段内地表水蒸发量,mm[6]。在某一时间段内，地表径流量除了直接与地表土壤含水量有关系以外，其数值大小还与该段时间内地表水蒸发量有关，该关系用公式[7]表示如式(3)：

S1=L+(A-P)-(K×D×t)×I

(3)

式中:S1、L意义与公式(2)相同；A为时间段内流域平均降水量,mm；P为时间段内因自然降雨产生的地表水增量,mm；K为防洪减灾区域日蒸发量,mm；D为防洪减灾区域日蒸发量按照降水条件和土壤含水量的改正系数,mm-1；t为计算的时间段时长,h。根据推算的降雨强度和地表径流量计算出地面径流汇聚量，其计算公式如式(4)：

R=a×r+S1

(4)

式中：R为地面流量汇聚量,mm；a为地面径流与降雨产量的比值，通常取值为0.75；r为降雨量,mm。最后根据地面河流汇流量与河流蓄水量的关系，推算出河流最大蓄水量，其公式表示如式(5):

(5)

式中：G为河流最大蓄水量,mm；k为蓄量系数，经优选取值为2.5；e为河流最大入渗量,m3/s；u为地下水流量,m3/s。通过以上公式计算出防洪减灾流量参数，为后续防洪提供数据依据。

3.2 排水渠道断面计算及排水渠道布局

根据以上计算得到防洪减灾流量参数，设计排水渠道，排水渠道的主要作用就是泄洪，缓解汛期时河流的泄洪压力。排水渠道横断面是最主要的设计参数，横断面要满足排洪、泄洪需求，其具体数值确定需要考虑上述计算的流量参数，断面底宽计算如式(6)[8]：

(6)

式中：l为排水渠道断面底宽，mm。根据未来时间段内最大降水强度和河流最大蓄水量计算出断面底宽。断面的高度通常要高出地面0.5 m。当计算完断面设计参数后，需要利用BHJ软件评估出该排水渠道最小输水能力，《防洪减灾技术规范》中规定，用于泄洪的排水渠道最小输水能力不得低于3.5 m3/s，如果低于该数值，需要增加排水渠道底宽，以此保证设计的排水渠道断面能够满足泄洪需求。在设计完排水渠道断面后，要合理规划排水渠道的布局，在河流的下游、中游、上游的两侧各选取3个或者3个以上布局点，布局点要选在周围人口少、植被多的地区，大型河流需要选择5个以上布局点，渠道的一头接入河流，另一头接入蓄水能力较大的河流，或者将另一头接入农田，利用排水渠道将洪水引流到其他地区。

3.3 排水渠道开挖

按照设计好的排水渠道图纸，采用人工、机械结合的方式对排水渠道开挖，在施工过程中要避免破坏场地的地貌和植被，严格按照图纸施工。将挖出的土壤和砂石统一堆放到一处，利用车辆将其运输到河流与排水渠道连接处，将其压实[9]。用混凝土浇筑到挖好的排水渠道内，混凝土厚度不得超过0.01 m，浇筑混凝土的作用是防止渠道内泥土堆积，方便后期处理。

3.4 排水系统边坡防护

在挖好的排水渠道两侧修筑防护堤，防护堤是对排水渠道起到加固和防护的作用。防护堤主要有刚性、柔性和刚柔结合三种，三种防护堤优点和缺点各异，表2为防护堤岸形式比较。

表2 防护堤岸形式比较

防洪减灾的防护堤要具有较强的抗冲刷能力和防护能力，从表2可以看出，刚性防护堤更适合广东省防洪减灾，因此选取刚性防护堤，其修建过程如下。

通过对当前广东省建筑材料的调查，并结合排水系统设计概况，对于填方及挖方边坡的防护，采取将工程措施与生物措施相结合的方式完成。工程措施以现浇C40混凝土材料，构筑拱形骨架的形式为主，生物措施以种植草皮护坡为主。边坡坡脚的防护采用浅基础配合护脚的形式。当边坡坡角较高时，根据实际情况对平台分级别进行防护[10]。平台的宽度为3.5 m，平台坡脚位置设置截水沟结构。由于一般情况下边坡坡面的汇流面积较小，因此截水沟结构可按照规范要求，采用35 cm×35 cm的矩形断面，并设定边坡坡比为2∶1。各个等级平面中的截水沟结构与急流槽结构相互连接，从而形成一个完整的边坡排水系统。对于部分急流区域，其截水沟结构采用50 cm×50 cm 的矩形断面设计，坡比及其边坡坡率与上述相同，但其相互之间的距离应保持在150～250 cm范围内。对于边坡整体的分级高度，可选择与边坡的设计需要结合。在完成对地表以上部分的施工前，还需要对地表中的植物进行拔除，并将表面种植土壤进行铲除，待拱形骨架完成浇筑后，先覆盖15 cm的厚种植土，再将其部分草皮移植，并在后续的管理过程中对其进行抚育管理，以此保证被移植的草皮成活，达到预期对排水系统的加固效果，进而起到防洪减灾的作用，以此完成广东省防洪减灾技术探讨与应用。

4 结 语

此次结合广东省防洪减灾现状，对广东省防洪减灾技术应用进行探讨，重点讨论了防洪减灾的技术要点，为广东省防洪、泄洪提供参考依据，有利于提高广东省防洪减灾技术水平，及防洪、抗洪能力，降低因洪涝灾害带来的经济损失和社会损失。防洪减灾技术在广东省乃至国内的防洪减灾工程中都有着非常重要的作用，如何优化和完善防洪减灾技术，是加强现有防洪体系的关键切入点，因此今后仍需要在该方面进行深入研究，提高防洪减灾体系的防御能力。