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中小河流治理7个主要问题探讨

发布于:2021-08-18 09:54:18 来自:水利工程/水文与水资源工程 [复制转发]

来源:微信公众号“粤水人生”

作者: 老妖


广东省山区中小河流治理主要问题探讨

摘要

中小河流一般指集水面积在50km2~3000km2河流,广东省中小河流共有1211条,河道总长达到3.66万km。这些河流大多位于山区,经济条件较差,长期疏于管护、缺乏治理,近年来,受极端天气影响,这些河流频发灾害,对周边群众生产生活造成了严重影响。针对这一问题,2014年7月,广东省选取问题最为突出的韶关、河源、梅州、清远、云浮5市开展山区中小河流专项治理行动。中小河流特别是山区中小河流治理工作是水利工作的短板所在,近年中央和省里虽开展过一些中小河流治理工作,但范围多局限在一些重点河段。而此次治理任务,基本覆盖了山区五市的主要中小河流,范围极广,加之要在短期内达到基本解决灾害问题的效果,治理任务很重,这就使得一些山区中小河流治理中的问题突显出来,如何看待和解决这些问题就成了治理工作的关键。        


     


(一)客观存在的问题


(1)理论及方法欠缺        
目前已有的洪水计算公式、参数及水面线计算方法、程序,对山区中小河流的应用性较差,用于计算洪水的手段已经几十年没有修正,各参数的率定没有根据实测资料去复核,计算中出现许多矛盾问题。常常造成计算洪水偏大,计算水位偏高或根本无法推算水位等情况,给技术分析及方案设计造成很大的困难。因此,应尽快开展相关研究工作,为山区中小河流治理提供理论、方法及工具上的支撑。        

       
(2)基础资料匮乏        
山区中小河流基本无水位、流量资料,雨量站点也相对稀疏,历史洪水资料多数只能通过现场最高洪痕定性分析,很难进行量化复核。河道及沿岸建筑物基本无设计资料可查,无法进行安全分析。这些,都给设计工作精度带来很大影响。因此,应加强基层水利设施,逐步完善小流域水文资料的获取、收集、整理和分析工作,为今后治理提供基础资料。        

       
(3)经费及时间不足        
由于要用有限的经费在短时间内解决重点问题,此次山区中小河流治理采用了平均定额设计,每公里可使用勘测费用有限,很难完成较大范围、较高精度的地形测量和地质勘察工作,造成精细设计所需的很多基础资料不足。另外,由于任务重,时间紧,很多工作也很难细致、深入的分析研究,使得设计方案的理论依据显得相对不足。因此,此次治理尚只能算是粗治理,用很短的时间先解决历史欠账问题,后期应还应继续开展精细、长效、多层次的治理工作。        

       
(4)管理欠账严重        
山区中小河流长期缺乏管理,河道占用、倾倒垃圾、建筑物废弃等现象比比皆是,很多方案也因管理问题无法实施,设闸无人启闭、建筑物设施因防盗不能采用、拓宽河道因占地无法开展等等。这些长期固有的问题很难在短时间内解决,应通过多部门长期合作,通过加强农村基础设施建设,加强宣传教育,建立完善相关法规等逐步改善。        



     
(5)水土保持未解决      
目前开展的中小河流治理主要局限于河道范围,流域上游的水土保持问题尚未解决,群众轮季种植桉树、杉木造成水土流失,清好的河道很可能因为几场洪水重新淤塞。因此,在河道治理的同时,应同步开展上游水土保持工作,扩大生态林建设保护范围,加强经济林管理,解决源头问题。      



     
(6)发电灌溉冲突严重        
一方面,山区经济不发达,小水电是地方财政的主要来源;另一方面,山区农田分散,多数为河道分散式引水灌溉。这就造成河道上壅水陂头众多,对河道行洪不利。特别是发电陂头,不仅造成一定范围内河道水面雍高,很多电站还将河道上游来水全部引走发电,造成陂头下游河道及岸线在枯水期裸露暴晒,得不到滋养,洪水时冲刷破坏,造成恶性循环。治理时,很多地方明确要求此类陂头不能拆,甚至不能改,因为产权已经私有化,这就造成该段河流治理无法达到预期的效果。因此,应逐步解决山区河道小水电问题,加强管理,保证河道生态流量,对效益差、无法满足生态要求的电站应收回、关停。        


     
中小河流治理中客观存在的这些问题很难在短时间内得到妥善的解决,需要加强基础理论研究,完善基础设施,解决管理经费,全面提高管理水平和民众意识等,更需要地方政府和各个部门共同关注,相互协作,方能有所改善。      


     

     
(二)基础资料的问题      

     

中小河流治理主要基础资料包括测量、地勘工作,水文、气象资料收集,洪灾及历史洪水位调查等。  


(1)测量工作  

中小河流测量工作存在的主要问题工期短、时间紧,交通不便,测区内竹林多、灌木丛非常茂密,通视和通行条件很差,线路的跨度长,已知数据引测困难等。为克服这些困难,应推广航拍等先进的地形测绘方法并逐步在相应标准中完善。本次限额设计造成勘测费用较低,因此测量工作必须在主体治理段基本确定后按需测量,测量精度也必须有所控制,按经验1:1000的带状地形加间距100m的断面图测量基本可以满足设计要求。另外,根据中小河流治理的特殊性,应在测量任务中额外增加沿线村庄高程调查及洪痕调查等内容。  


     
给出一些测量任务要求供参考:      

测量范围  

已经确定治理范围的在万分之一航测图上给出治理范围。  

未确定治理范围的,为控制成本,提高测量图的可应用性,具体实施工程的测量河段范围需测量人员与水工、规划人员现场确定。如工程范围过广,现场查勘和确认工程方案的时间过长,为保证工程进度,可采取分段定方案,分段测量,但需保证现场测量任务的连续性,避免多次进退场。  


 

地形测量要求  

  1. 测图比例尺:1:1000;

  2. 基本等高距: 0.5m;

  3. 范围:现状有明显堤身的,测量外边线为后坡堤脚以外10m;现状无明显堤身的,测量外边线为河道岸边相对高点以外20m。

  4. 碎部点全部保留,不需删除,考虑测量图出图的问题,可将碎部点单独列在一层供使用。

  5. 陆地部分,碎部点每间隔100m按断面法打点,河岸及堤防坡坎的顶底位置必须打点,须绘出坡脚、坎脚范围线及示坡线,并注记岸坡材料及其范围分界线(草皮护坡标注为“草”、浆砌石护坡标注为“浆”、干砌石护坡标注为“砌”、砼护坡标注为“砼”、天然土石岸坡根据情况标注“土、石”、松散处土坡标注“松散”、有崩塌处岸坡标注“崩”)。

  6. 现有堤身上的涵闸(管)等穿堤建筑物要求在地形图上准确标示出孔数、底板高程、断面尺寸、涵顶高程涵闸结构(混凝土结构、浆砌石结构)等主要数据。

  7. 桥梁、陂头、拦河闸等河道建筑物,需要标示名称、顶底高程并勾绘断面、标清桥洞、孔口尺寸。

  8. 有排水沟、渠道、小河沟等汇入河道的,需在地形图上表示断面尺寸并从汇入口向沟渠上游延伸测量不小于50m。

  9. 河岸两侧测量范围内地物、地类需清楚标示类别和范围(外轮廓线)。

         

断面测量要求  

  1. 为进行水面线推算,治理河道段上、下游无地形图的应每隔500m加测1:500河道断面图,上游至少1个,下游至少2个,河道比降小于1‰的,应适当加测断面。

  2. 特殊河段工程布置需测量横断面的,在万分之一地形图上标示断面位置或现场指定给测量人员。

  3. 采用亚米级精度测定横断面桩坐标。

         

调查测量要求  

  1. 为合理判断洪水淹没范围,需对整治河道范围内受洪水影响的村庄、镇圩控制地坪标高进行测量复核,并在万分之一航测图上标出。

  2. 为推算合理水面线,需调查河道附近受淹范围的最高洪痕,测量洪痕高程并在万分之一航测图上标示洪痕位置。



(2)地勘工作  

由于治理范围广、线路长、单价低,本次山区中小河流地质勘查工作应尽可能利用已有资料,通过收集区域地质资料及工程区相关地质资料,以详细工程地质测绘调查为主要手段,辅以必要的钻探、坑槽探及取样试验。勘探工作重点布置在地质测绘调查初步判断可能存在软土、淤质粉细砂等软弱土层地段,以及主要的交叉建筑物如桥梁、闸、坝、高挡墙等位置。另外,考虑到治理应尽量因地制宜、就地取材,地勘工作应加强沿线河床材料的分段调查和评价,加强天然建筑材料调查评价。  


     
给出一些地勘任务要求供参考:      

     

勘察目的  

  1. 查明岸坡及拟建堤防、护岸、陂头、桥梁、穿堤涵闸等基础地质结构,各土层的分布、厚度及其性状。

  2. 明堤防、陂头及穿堤涵闸等建筑物基础相对隔水层和透水层的埋深、厚度、特性。

  3. 确定堤防、陂头及穿堤涵闸等建筑物基础各土(岩)层的物理力学性质和渗透性参数。

  4. 对堤基的渗漏、渗透稳定、抗滑稳定、饱和沙土振动液化、振陷、沉降变形等问题进行评价,并对堤线进行工程地质评价,提出处理措施的建议。

  5. 勘察天然建筑材料的产地、质量、储量及运距等。

  6. 对于河道清淤料分段描述,并对其是否适用于堤身填筑,是否可用于挡墙、护坡、路面等部位混凝土浇筑给出建议。

         

勘察范围  

勘察范围包括河道清淤、堤防、护岸及陂头、桥梁、穿堤涵闸等拟加固和新建的主要建筑物。要求查明完成工程所需的天然建筑材料,查明上述范围内的工程地质与水文地质条件并进行评价,为选定各建筑物的轴线及地基处理方案提供地质资料和建议,通过勘察为工程提供满足有关规程规范要求的资料。  


 

河道清淤勘察内容及要求  

  1. 建议以地质测绘为主,辅以坑(槽)探,坑(槽)探深度应大于1.5m,剔除水流冲刷对河道表层砂石料含泥量及颗分影响。

  2. 提供河道材料分段描述、颗分成果、含泥量等,按土石十六级(前四类为土类级别)分类法划分河床材料级别。

         

护岸工程勘察内容及要求  

  1. 高度小于2m护岸工程建议以地质测绘为主,辅以坑(槽)探,坑(槽)探宜深入岸坡底高程以下2m,应提供岸坡各土层的分布、厚度、性状及土石级别等。

  2. 高度大于2m护岸工程可根据需要钻孔查明岸坡及基础地质结构,钻孔岸坡底高程以下深度宜大于2倍岸坡高度,如发现软土层需穿过软土层进入下部土层不小于2m,如已达弱风化基岩可提前终止钻孔。

  3. 直立挡墙护岸需提供基础承载力特征值、摩擦系数建议值及基础处理建议等。

         

堤防工程勘察内容及要求  

  1. 堤防背水坡高度小于1.5时,勘察内容与要求可参照“护岸工程”。

  2. 堤防背水坡高度大于1.5m时,应查明堤基透水层分布情况,钻孔进入相对不透水层深度应 不小于2m。

         

河道及建筑物勘察内容及要求  

  1. 拟加固或新建河道(穿堤)建筑物位置如为基岩出露可直接对基础进行描述并提供承载力特征值、抗剪断参数等,如基岩埋深较浅(<2m),可采用坑(槽)探方式查明基础情况。建筑物两侧连接段堤岸均可采用直接描述辅以坑(槽)探方式查明岸坡土层情况。

  2. 水陂、穿堤涵闸等挡水建筑物挡水高度超过1.5m的,应查明基础透水层分布情况,钻孔进入相对不透水层深度应不小于2m。

  3. 如遇软土地基,勘探深度需穿过软土层进入下部土层不小于2m。

  4. 对采用桩基的建筑物,钻孔深度应符合《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008要求。

  5. 应给出基础处理建议。


     

物理力学指标要求  

  1. 堤岸及建筑物位置土层要求提供稳定边坡、临时边坡。

  2. 求提供岸坡及河床土层允许不冲流速。

  3. 净高大于2m的堤岸工程要求提供岸坡及地基土层的直剪或三轴剪指标。

  4. 挡水工程挡水高度大于1.5m的要求提供各土层的渗透系数、允许渗透坡降。

  5. 地基软土层要求提供e~p曲线。


     
(3)资料收集及洪水调查工作        

山区中小河流大多数项目集雨面积较小。目前已有的水文、气象、洪灾记录、社会经济情况等基础资料多数局限于较大流域和市县一级,专门针对此类小流域的资料很少。设计人员应尽量采用一线工作法,通过现场调查和询问的方式来解决基础资料匮乏的问题。如水面线计算参数的率定和成果的选用很大程度上都依赖于现场历史洪痕调查,设计人员现场查勘时应与当地水利员、村民沟通了解基本情况,并在下达测量任务书时要求测量人员实地测绘洪痕高程并标记洪痕时间。这些工作方法在一定程度上可以解决目前山区中小河流资料短缺的问题。  


     

中小河流治理主要基础资料包括测量、地勘工作,水文、气象资料收集,洪灾及历史洪水位调查等。测量、地勘工作应根据中小河流特点进行针对性布置,在满足相关规程规范的基础上取得需要的数据并尽量节约投入,而洪痕等基础资料则应该在现场调查时进行收集。




(三)设计需要注意的一些问题      


1 防洪标准选择  

《广东省山区中小河流治理工程设计指南》中明确了防洪标准的确定方式:同一条河流可根据不同区域的保护对象分区分段确定防洪标准。对于山区河流,保护农田区的河段治理宜以岸坡防冲、疏通和稳定河槽为主要目的,允许洪水在农作物耐受时间内淹浸农田。乡镇人口密集区的防洪标准取10~20年一遇;村庄人口集中区的防洪标准取5~10年一遇;农田因地制宜,按照5年一遇以下防洪标准或不设防考虑。《指南》根据山区中小河流的特殊性,对如何确定防洪标准的论述是清楚准确的。应用时应首先分段调查防护对象,然后论述防洪标准,再分析设防必要性,最后确定治理措施。  

有些设计人员先入为主,一开始就确定了防洪标准,根本不去分析防护对象,还有些设计人员一条河一个防洪标准,不管周边防护对象的差异性,这些都是不对的。  


2 设防必要性分析  

山区中小河流在分段确定防洪标准后,还要做的一个比较重要的工作便是设防必要性分析。  


     

农田   

山区农田一般为较分散,面积较小,还有很多农田为梯田的型式,而且山区洪水来去较快,农田受淹时间段,对农作物影响较小。因此,一般情况下,山区的农田均不需要设堤防护。  


村庄    

村庄是否设防一般需根据村庄高程、受淹范围、受淹时间等区别对待。  

  1. 山区村庄多数会离开河道一定距离,建在略高一点的山坡地上,这些村庄地面高程均满足相应防洪标准水位,无需考虑设防问题。

  2. 部分村庄临河而建,村庄局部地面高程低于设计洪水位,仅一些道路及少数房屋受淹,对这类村庄如果为了河边几处房屋新建堤围,需占用大量耕地,同时还要解决围内排水问题,因此,不宜新建堤防。

  3. 少数村庄地面高程较低,洪水时大部分房屋受淹。这类村庄在条件允许的情况下应尽量考虑设堤防护,防洪同时应解决村庄排水问题,避免内涝。


     

乡镇   

镇区设防标准为10~20年一遇,如镇区在相应标准受淹面积较大,一般应尽量设堤防洪。但山区中小河流沿岸镇区的房屋一般临河而建,占用河道,房屋基础就是河道岸线,洪水时,沿岸房屋受淹,这种情况如新建堤防防护,需拆除沿线房屋,阻力很大,拆除后,需保护的房屋也所剩无几,因此,此类情况不宜新建堤防,对沿岸房屋基础进行适当防护即可。  


3 工程方案确定  

中小河流治理不同于大江大河的堤防建设,在岸线布置和治理措施的选择上有一些自身的特点。  


岸线布置  

要尽可能的保持原河道河势,不做裁弯取直。  

不能搞整条河道统一治理宽度,要根据确定的最小治理宽度,当天然河道宽小于最小治理宽度时,由于影响到行洪安全,须按最小治理宽度确定;当天然河道宽度大于最小治理宽度时,要维持天然宽度,使得河道有宽有窄,不要通过开挖或回填措施使某段较长的河道形成笔直等宽断面,这样会凸显人工渠道的痕迹,显得生硬、呆板。  

治理时应坚持不缩小天然河道行洪断面,但有些河道弯道很大,凹岸农田被冲毁,边坡很陡,凸岸形成滩地,如凹岸开挖放坡会征用大量农田,可以考虑适当将岸线往凸岸偏移,但凸岸必须进行清挖,保证河道断面不缩窄。  


 

治理措施  

因地制宜选择河道治理断面,尽量维持河道的复式断面,尽量避免清除原河道深槽两侧的滩地,河流的深槽可维持河道生态系统持续发展,对已开发为水田、菜地的河滩地,在满足最小断面下尽量维持现状。  

由于流速较大,对支流入口、弯道凹岸、迎流顶冲段均要考虑护岸、护底。  

对村民集中的地方、桥梁的上游侧、成片旱地的适当位置,要考虑布置台阶,方便村民洗衣服、挑水淋地,小支流平常水量较少,可采取适当的蓄水措施。  

村庄附近有条件的地方,可规划适当的亲水地块,以后建村民休闲公园,给当地有个发展的空间。  

护岸措施应因地制宜、就地取材,避免措施单一化、断面统一化、护岸材料简单化。  

避免大量采用外购石料,尤其是将大块石破碎后填装格宾石笼,可结合河道料特点采用叠砌大卵石,浆砌卵石、浆砌卵石(外不漏浆)、埋石砼等材料,需外购石料的可采用叠砌大块石、干砌块石、浆砌块石、浆砌块石(外不漏浆)等措施。  

避免过分规整、美化、硬化河道,切忌过度治理。  


4 设计理念的统一  

山区中小河流治理工程领导重视,地方要求高,群众也给予厚望,但不同的地方有不同的喜好和习惯,各级领导治理理念也有所差异。  

设计人员由于工作时间紧,有时沟通工作会做得不够,有些工程,虽然已沟通并多次修改,但不同的时期仍会出现不同的声音,设计方案仍然很难平衡方方面面的要求。  

因此,河道治理前设计人员应充分尊重群众和各级领导,并在此基础上宣传和普及生态治河理念,争取取得统一。避免一味尊重地方意见造成采用了一些不合理的治理方案,或一味坚持自己的设计理念不做任何协调而造成工程无法推进,治理河道沿岸民怨较重的情况。  



     
     
(四)“三清”的问题      

     

本次广东省山区中小河流治理的主要措施为“三清一护”。“三清”指的就是“清违、清障、清淤”。那么,何为三清,三清的目的,如何做好三清,三清需要注意什么也就成了治理工作需要首先思考的问题。

1  何为 “三清”

清违 :清除河道内的违章建筑,临时搭建,违章倾倒,违法种植等;

清障 :清除河道行洪范围内的影响行洪的高杆植物,灌木等茂密植物;

清淤 :清除河道内的泥沙、卵石等淤积物。


2  “三清” 的目的

如何做好“三清”,首先要弄清楚“三清”的目的是什么?

清违的目的:

  1. 清除违章阻水建筑,增强河道过流能力;

  2. 确权 划界,明确河道管理范围。

清障的目的:

  1. 减少河道糙率,增强河道过流能力,降低河道水面线;

  2. 防止高杆植物洪水时漂向下游,阻断桥梁、水闸的河道及跨河建筑物,影响建筑物安全。

清淤的目的

  1. 增大河道行洪断面,增强河道行洪能力,降低河道水面线;

  2. 清除河道内源污染,改善河道水质。


3 什么情况下“三清”  

从“三清”工作需要达到的目的我们可以看出,除去确权划界,保护河道管理范围需要清违,为建筑安全需要清障,底泥污染需要清淤外,“三清”工作有一个共同的目的就是:增强河道的行洪能力,降低河道水面。  

从这一点上讲,“三清”首要要解决的是防洪安全问题。也就是说,在河道行洪能力满足要求(即河道在通过河道周边需防护对象的防洪标准频率洪水时仍处于归槽状态) 时,河道是不需要清淤清障的。  

有些工程不管青红皂白,上来就清淤清障,甚至有些河流明明是冲刷型河流,还要清淤,这是非常错误的,不仅会造成工程投资的浪费,甚至会危及河道两侧堤岸的安全。  


 

4 “三清”需注意的问题  

“三清”工作需要注意的问题比较多,这里主要提醒大家注意以下几点:  

坚持问题导向:

有防洪安全问题的河道,才进行河床淤积清理、滩地清理、缩窄口拓宽、滩岸植被清除等可有效降低洪水水面线的清淤清障工作。


     

切记盲目清障:

河岸及滩地的天然植被资源可有效防护岸坡防止冲刷,保护河道生态,提高河道景观,盲目清理会造成功能性破坏。

     

慎选清淤位置:

中小河流的河海入口、固定陂头上游、河道明显拓宽处等部位清淤工程量大,对水面线降低效果不明显,应经过慎重计算后再进行清淤。

     

河床卵石保护:

大比降山区河道河床卵石可明显减弱河道水流冲击,清理后会造成新的冲刷问题,影响堤岸安全。

     

三清后的防护:

清障清淤可有效降低河道糙率,加大河道水流速度,产生超出原河道的新的冲刷问题,应采取加大护岸埋深等防护措施。

     

清淤八字真言:

“遇湾截角,逢正抽心”是李冰高度概括的都江堰岁修“八字真言”,“遇湾截角”——指岁修时遇河流弯道,在凸岸截去锐角,减缓冲势,使其顺直一些,减轻主流对河岸的冲刷;“逢正抽心”——就是遇到顺直的河段或河道叉沟很多时,应当把河床中间部位淘深一些,达到主流集中的目的,使江水 “安流顺轨”,避免泛流毁岸、淹毁农田。用在我们清淤控制上也是相当合适的。

     

5 清淤料的处理

本次山区中小河流治理以三清一固为主,因此,将产生大量的河道清淤材料,这部分材料应尽量外运,但如果全部找专门弃渣场堆放,征地及运输的费用都很庞大。因此,设计时可根据河道行洪断面的具体情况,将部分清淤料用于加高护岸,经充分论证后,部分清淤料可集中堆放如下一些区域:

  1. 一些由于桥梁和道路阻断形成的行洪死水区,且桥梁本身并无缩窄河道问题,经充分分析后应可作为渣料堆填区域。


  2. 对于冲毁护岸和河流变道产生的超宽河道地带,特别是近两年刚刚冲毁的大片土地。


     
     

这些区域均在主行洪通道以外,行洪能力很差,主要作用也只为滞洪,由于面积较小,滞洪作用也不大,可适当用于清淤料堆填,一方面用于处理渣料,另一方面也可适当恢复土地给地方。


5 清淤料的利用

河道清淤料可参照下图进行利用,具体利用方式可参照本公众号文章“当地材料在山区中小河流生态治理中的应用”。

     

用清淤料加高护岸或将其堆填于河道两侧还可能产生渣料冲回河道和过水后冲入农田等问题,如何解决这两个问题,主要应该注意以下几点:  

①加高护岸不宜过高,最好控制在1.5m以内;  

②砂卵砾石渣料表层应适当掺黏土碾压固化;  

③尽量放缓边坡;  

④适当防护或及时复绿;  

⑤绝对禁止堆放于常遇洪水的主行洪通道。  


     

总之,“三清”工作是中小河流治理的首要工作,设计时一定要坚持问题导向,弄清三清的作用和目的,因地制宜,对症下药,把清淤清障做到恰到好处,切忌盲目“三清”。




     
(五)堤防建设的问题      

     

中小河流治理首要解决防洪安全问题,但不等同于就一定要建堤。那么,在什么情况下建堤,建堤的利弊是什么,为什么说“山区中小河流不宜新建堤防”呢,这篇文章主要想跟大家探讨一下这个问题。  


     
1  何为堤        

在讨论山区中小河流建堤问题之前应首先明确何为堤防。堤防是指沿河、湖、海岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物。  


 

堤防一般高出地面并需具备两个必要条件:挡水和闭合。而护岸工程一般不会高出后侧地面,也不要求挡水和闭合。  


 

堤防工程设计时要解决堤顶高程、堤身材料、抗滑稳定、抗冲刷、堤身及堤基渗透稳定等问题。而护岸工程一般只需要解决稳定和抗冲刷问题就行了。  

     

这是山区中小河流兴建的一处堤围,它就是一个典型的堤防工程,高出地面,有防洪闸,闭合,洪水时可挡水。

     

这也是山区中小河流兴建的一处堤围,顶部高程高出洪水并与两侧高地衔接闭合,防护区在堤围后侧,但为排放堤围后侧洪水,该堤围设置了一个涵洞,见下图:

     

由于没有设水闸,洪水可以通过涵洞灌入堤围后侧,这段堤围并不能挡水,也没有完全闭合,因此,这不是真正意义的堤防。  


 

而这种建设方式,在山区中小河流是普遍存在的,一些地方水利工作者和群众将很多这种不闭合只是局部加高的护岸也称作堤防工程是不确切的。这些工程是加高以后用于防冲的护岸工程,不能算作堤防工程。  


2 堤防可以解决什么问题  

在明确了什么是堤防之后,要解决是否设堤的问题,还要先讨论一下堤防工程能解决什么样的防洪安全问题。  


首先探讨一下三个概念:

外洪: 保护区域需防范洪水主要由外江上游集雨面积汇流产生;

山洪: 与保护区域属于同一集雨区域的山体产生的洪水;

     

涝水: 保护区域自身或周边区域的降雨径流;

     

涝水是由于排水通道断面不足或外江洪水顶托导致自身区域内的降雨径流无法自流排至外江引起的,所以涝水是不能通过堤防工程解决的,只能通过拓宽排涝渠断面,建防洪排涝闸及排涝泵站解决;


山洪为保护范围后侧山体产生的洪水通过保护范围汇流或汇流后流经保护范围,与保护范围降雨同频,建设堤防会导致保护区域内降雨无法汇流排除,不能解决淹没问题,反而会延长退水过程。


因此,堤防工程所能解决的是与本区域山洪有明显错峰到达的外江洪水产生的防洪安全问题。

     


3 山区洪水特点

在山区河流是否建堤的问题上,一直分歧很大,有一段时期认为河流治理就应该防洪,就应该建堤,导致建设很多的山区堤防。后来,由于山区建堤的问题慢慢显露,要求山区河道建堤防洪的声音也越来越少。

那么山区河流为何不宜新建堤防呢?

有的说法是投资大,目前的整治工程无法承受,也有的说法是建堤占地多,征地困难,很难实施。这些说法都是正确的,但为什么不宜新建堤防还应该从山区洪水和防护区自身的特点进行分析。

     
典型山区中小河流流域范围图      

     

上图是两个典型两个山区中小河流流域范围及需要保护的范围示意图,两个流域面积约1000km2,干流长度60~80km,可以明显看出,山区中小河流需要保护的范围占流域面积的比例很小,多数分布在干支流两侧台地上。

中小河流由于流域面积较小,暴雨同频率几率较高,加之河道比降大,洪水暴涨暴落,流域上游暴雨汇流后洪峰一般在2~4小时便会到达下游,几乎和保护范围自身及后侧山体汇流的山洪同时到达,这是山区洪水的明显特点。


4 建堤的合理性分析


山洪在向河道汇流      
     

     

上面两图可以明显看到村庄后侧山体洪水向河道汇流的过程,山洪的范围很广,洪量很大,如果此时河道两侧有堤防的话,势必会阻断山洪的排放,造成山洪对村庄更深的淹没,延长山洪淹没时间。

     
     

以上两图就是上文所说的完整的山区防洪堤,设有水闸,完全闭合,从堤防设计和建设方面讲是没有任何问题的,但在洪水时还是无法起到防洪的作用,因为此时防护区后侧的山洪比河道洪水还高,从图中可明显看出洪水时水闸还在排水,根本无法下闸防洪。  


     

由于山区中小河流暴雨基本同频,河道比降大,导致保护区自身山洪与外江洪水几乎同时到达,再加上暴雨中心的移动等因素的影响,就使得防范外江洪水的时机很短也很难把握,结果造成堤防的防洪闸在洪水时基本起不到防洪的作用,反而由于建堤的原因使本来漫排的山洪水变成了集中排放,增加了山洪的淹没时间。  


 

当然,我们还可以考虑截洪沟和泵站与堤防工程结合来实现防洪功能,但由于山区洪水的特征,仍然需要仔细论证。  


 

(1)截洪沟  

在防护区后侧设置截洪沟截断山洪,实现高水高排,这样防洪堤就可以实现抵御外江洪水的作用,但山区洪水过程尖瘦,峰值很大,需要挖掘的截洪沟面积也相应较大,投资也很可观。  


 

(2)泵站  

设置泵站排除山洪,如果排峰,同样会因为山区洪水洪峰大的特点造成泵站装机大,投资及运行费用均较大的后果。如果按照排涝标准一天或两天排干就更是不合理了,因为山区洪水本来在几个小时内就是可以退掉的。  


 

因此,山区河流在设堤防洪前一定要进行合理性分析,避免设堤后不但没有解决淹没问题,反而产生了新的影响。  


5 建堤的必要性分析  

对于乡镇和村庄,我们首先应该分析相应频率洪水水面线与保护区地坪标高的关系,如果大部分保护区的地坪标高和重要防护对象的高程均满足要求,那就没有必要在建设堤防。  

对于农田,由于山区洪水暴涨暴落,淹没时间很短,造成的损失很小,不宜新建堤防防洪。  

     

上面两张照片是洪水时及退水后的对比照片,可见洪水退去后对农田的影响很小,甚至于洪水带来的泥沙还可以改良农田土质。  


6 山区洪水的防洪  

策略经过几十年的水利工程建设,在有条件、有需要的地方,多数都已有堤防工程,未设堤的地方要么条件不允许,要么必要性不大,要么可能产生较多负面影响,因此山区中小河流新建堤防应经过充分的论证。  


 

如果从必要性和合理性上分析,山区河流均不宜新建堤防,那山区又如何防范洪水呢,可以从以下几个方面进行考虑:  

  1. 通过河道清淤疏浚,加大行洪断面,增加河道过流能力,降低水面线;

  2. 秉着防冲不防淹的理念,建设“平压堤”,静水淹没、快速退水。 可通过适当加高护岸减少洪水对农田的冲刷,但应在河涌入口及低洼位置留有排涝缺口,以便区域内山洪水快速排出;

  3. 规划并保护城镇、农村建设标高高于周边田地标高,慎重建设高于标高的公路等设施,使洪水可滞蓄,山洪可排泄;

  4. 编制防洪预案,建设预警预报系统,规划避洪线路,完善防洪非工程措施等。


       

7 结语  

山区中小河流治理遵循清障清违先行、清淤护岸并重的治理思路,以河道整治、河势控导、河道疏浚、护岸护脚等措施为主,因需设防,重点解决河道行洪通畅问题。在堤防建设问题上,应对现有堤防进行达标加固,考虑到山区中小河流的特点,如现状未设防,不能盲目新加设堤防。

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水文与水资源工程

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来源:广东省水利水电科学研究院、广东省水利厅治河办,作者:黄锦林

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