“三条红线”:一是确立水资源开发利用控制红线,到2030年全国用水总量控制在7000亿立方米以内。二是确立用水效率控制红线,到2030年用水效率达到或接近世界先进水平,万元工业增加值用水量降低到40立方米以下,农田灌溉水有效利用系数提高到0.6以上。三是确立水功能区限制纳污红线,到2030年主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内,水功能区水质达标率提高到95%以上。为实现上述红线目标,进一步明确了2015年和2020年水资源管理的阶段性目标。
冰凌(ice run) 水在零摄氏度或低于零摄氏度时,凝结成的固体称为冰。流动的冰称为凌。有时冰、凌通用,没有严格区别。
当气温低于河流中的水温时,水体开始失热。当气温继续下降,水温达到和稍低于零摄氏度时,河流开始在岸边和水内结冰。河流结冰是在动水中结冰,与湖泊结冰不同。湖水结冰仅限于水体表面,深层水体仍保持高于零摄氏度的温度。河流由于水流的紊乱混合作用,水体失热几乎是整个水体同时进行。所以,河流不仅在水的表面形成薄冰和岸冰,而且在水内、河底形成水内冰。
河流冰情的演变过程 按照冰量的增减,可分为成冰、融冰两个阶段。从开始结冰到最大冰厚出现,称为成冰阶段;冰从开始消融直至春季河流中流冰终止,称为融冰阶段。按照冰的形态变化,可分结冰、封冻、解冻3个时期。从河流开始结冰日到冰花、冰块流动停止日,称为结冰期;从流冰停止日到冰盖融解开始日,称为封冻期;从冰盖消融开始流动日到流冰终止日,称为解冻期。主要冰凌状态和要素如下:(1)冰凇。漂浮于水面成细针状或极薄片状的冰晶,在流动中常聚集成松散的小片或小团。(2)微冰。多在岸边出现的透明易碎的薄冰。(3)岸冰。沿河岸冻结的冰带。因形成的时间和条件不同,又分初生岸冰、固定岸冰、冲积岸冰、再生岸冰和残余岸冰等形式。(4)冰花。浮于水面或水中的水内冰、棉冰和冰屑等。(5)流冰花。冰花随水流流动的现象。(6)流冰。冰块或兼有少量冰凇、冰花等随水流流动的现象。(7)水内冰。在水面以下任何部位存在的冰。(8)疏密度。测验河段内,冰块与冰花的平面面积与敞露水面面积的比值。(9)敞露水面宽。测验断面上,固定岸冰以外的自由水面宽度。(10)冰盖。横跨两岸覆盖水面的固定冰层。(11)封冻及封冻日期。测验河段内出现冰盖,且敞露水面面积小于河段总面积的20%时为封冻。其开始出现的日期,为封冻日期。(12)冰上雪深。冰面上未受扰动的积雪厚度。(13)层冰层水。冰层中央夹有水层。(14)锚冰。水面以下冻结于河底或建筑物上的冰。(15)清沟。封冻期间,河流中未冻结的狭长水沟。(16)连底冻。从水面到河底全断面冻结成冰。(17)冰塞。冰盖下面因大量冰花堆积,阻塞了部分过水断面,造成上游水位壅高的现象。(18)冰坝。在河流的浅滩、卡口或弯道等处,横跨断面并明显壅高水位的冰块堆积体。(19)岸边融冰。封冻冰层自岸边发生明显融化,出现冰上积水或敞露水面的现象。(20)冰滑动。整片或被分裂的封冻冰层顺流滑动一段距离后,又停滞不动的现象。(21)解冻及解冻日期。测验河段内,已无冰盖,或敞露水面面积已超过河段总面积为20%时为解冻。其开始发生的日期为解冻日期。在较长河段内有上下贯通敞露水面者,俗称开河。(22)残冰堆积。春季解冻后,沿河两岸堆积的冰块。(23)冰期。河流中出现冰情现象的整个时期。(24)封冻期。河流中出现封冻现象的整个时期。
由于地形地貌的差异,河流形态及水量变化不一。因此,并非所有河流都会出现上述的冰情演变过程。譬如,在黄河下游,有的年份冷空气活动频繁,在零摄氏度上下变幅亦大,一个冬季可有多次封冻、解冻过程。又如黄河上游某些河段及新疆部分河流,河道很陡,水流湍急,冬季只有流冰而不封冻。
影响河流冰情变化的因素 大体上可归纳为热力、动力、河道特征3个方面。(1)热力因素:第一种情况是水体得到热量,如太阳直接辐射和散射辐射,地下水加入的热量,水流运动产生的热量。第二种情况是使水体失去的热量,如水面或冰面的有效逆辐射。第三种情况是在一定条件下使水体得热,在另一种条件下使水体失热,如蒸发时失热,凝结时得热;降雪时失热,降雨时得热;大气与水流的热交换;河床与水流的热交换等。对于一个河段,单位时间内水体总热量的变化,可列水体热量平衡方程式进行计算。一般情况下,在成冰阶段,水流为失热过程,在融冰阶段,水流为得热过程。(2)动力因素:主要包括水位、流量、流速、风向、风速及波浪等。在封冻期,同样的热力条件下,如果流量大、流速快、顺流方向的风速大,则水流的输冰能力强,冰块很难静止下来,就能推迟封冻日期甚至不封冻;反之,则容易封冻。在融冰期,同样的热力条件下,如果流量大、流速快、涨差大、顺流方向的风力强,则容易形成“武开河”;反之,则容易形成“文开河”。(3)河道特征:主要包括地理位置、河流走向及河道边界条件等。在同样热力和动力条件下,有些河段先封冻,有些河段后封冻,有些河段容易形成冰塞、冰坝,有些河段则不容易形成冰塞、冰坝。一般来说,在陡弯、多弯处及沙滩较多处,先开始封冻,解冻时也容易形成冰坝。
普通冰的一些性质 (1)水的结晶潜热或冰的融解潜热为80cal/g(=335J/g);(2)纯冰在零摄氏度和一个标准大气压的条件下,密度为0.91689克每立方米(常取0.917);(3)在零摄氏度和1013.25hPa(=1 atm)的条件下,冰的线膨胀系数为52.7x10(-6)K(-1);体积膨胀系数为120x10(-6)K(-1);(4)比热为2.06J/g.k;(5)导热系数一般为21mw/(cm.k);(6)强度受温度、冰结构、加荷速度及试验方法影响较大,尚无公认的计算公式和数据。抗压强度范围在0.3~5.5MPa/cm(2);抗剪强度约为抗压强度的1/2;抗弯强度约为抗压强度的1/5。
在山区由于暴雨、冰雪强烈消融或冰湖溃决,使山谷中积存的松散岩土体向下游开阔地倾泻的一种突发性洪流,又称山洪泥流。泥石流中固体物质的体积含量一般超过15%,最多可达70%~80%,是碎屑与水组成的高容重两相混合流体。泥石流具有爆发突然,历时短暂,冲击力大等特点,往往直接危害着工农业生产和人们的生活。
泥石流的形成条件和结构 泥石流形成需具备3个基本条件:①沟谷斜坡地带分布有大量的松散堆积物;②沟谷中具有陡峻的谷坡地形和较大的纵坡,有利于松散堆积物与水流汇集,并使之迅速下泻;③沟谷上、中游必须有充沛的急(剧)水源,如暴雨、冰湖溃决,并因地形陡峻可产生强大的水动力。泥石流多分布在断裂或褶皱发育、新构造运动强烈,地震频率高、烈度强,岩体风化破碎,植被不良、水土流失严重的山区。在干旱多年的暴雨季节,或高山冰川与积雪强烈消融时期最易发生。目前有些地区的泥石流,并非是完全由自然条件所造成,而与人类不合理的工程经济活动密切相关。如不正确的开挖边坡、毁林开荒、劈山造田、人工爆破和开矿弃渣等,破坏了地表原有的结构和平衡,造成严重的水土流失,产生大面积的崩塌和滑坡,为形成泥石流提供了固体物质的来源。典型的泥石流一般由以下三部分组成:①形成区,大多为高山环抱的扇状山间凹地,植被不良、岩土体疏松,滑坡、崩塌发育。②沟通区,位于沟谷中游地段,往往呈峡谷地形,纵坡大,长度一般较形成区为短。③堆积区,位于沟谷出口处,地形开阔,纵坡平缓,流速聚减,形成大小扇形、锥形及高低不平的垄岗地形。
泥石流的分类 ①根据泥石流形成的诱发原因,可分为冰川型泥石流,暴雨型泥石流,融雪型泥石流,暴雨—融雪型泥石流,地震型泥石流,火山喷发型泥石流。②根据泥石流的物质结构与流态特征,又可分为紊流性泥石流(稀性泥石流)和层流性泥石流(粘性泥石流)。前者主要由水与沙、碎石和砾石所组成,粘土成分少,水起搬运介质作用,固体物质含量与容重比后者少而低;后者水与固体物质混为一个整体,作等速流动,大石块在泥浆中呈悬浮状态。③从地貌形态上泥石流又可分为河谷型泥石流和山坡型泥石流。④根据泥石流汇水面积的大小分为大(大于10千平方米)、中(1~10千平方米)、小(小于1千平方米)型泥石流。
泥石流的危害性 中国泥石流多分布在西南、西北和华北山区。西藏东南部山区是中国泥石流最发育的地区之一。1953年9月29日西藏波密县古乡冰川泥石流沟,爆发了一场特大泥石流,以高达40米左右的“龙头”,穿越峡谷段倾泻于波斗藏布江谷地,毁灭了大片森林和农田。又如云南境内小江(金沙江支流)蒋家沟泥石流,已有200多年的活动历史,曾七次堵江断流,形成了泥石流群。甘肃兰州西固区洪水沟,1964年8月暴雨,沟上游多处发生滑坡、崩塌,在暴雨的冲击下形成强大的泥石流,翻越防护堤冲进居民区,造成重大损失。1973年7月苏联中亚,阿拉木图河谷突然发生泥石流,主要是由高山冰川消融,大量冰水涌入河谷,直向阿拉木图市倾泻,沿途摧毁很多防护建筑物,最后被一座石坝阻挡,才使阿拉木图市免遭破坏。
勘测与防治 首先应全面地进行区域性研究,包括地形地貌、地质构造、地层岩性和水文气象(集水面积、补给来源及动态),搜集过去泥石流发生的范围及遭受破坏的情况以及曾采用的防治措施、效果等资料。分析研究可能发生新泥石流的通道长度和宽度,泥石流进入河谷中所能具有的动能和体积,并编制泥石流地段的平面图。泥石流防治有以下几种措施:①封山育林,以保护汇水区和可能形成泥石流的地带;②调节地表径流,沿坡修建导流堤;③设置截挡建筑物,如堤、坝等,也可设置排洪道。
水文学(hydrology) 研究地球水圈的存在与运动的科学。它主要研究地球上水的形成、循环、时空分布、化学和物理性质以及水与环境的相互关系,为人类战胜洪水与干旱、充分合理开发和利用水资源,不断改善人类生存和发展的环境条件,提供科学依据。
学科内容水文学既是地球科学中一门独立的基础科学,与气象学、地质学、地理学、植物生态学等有着密切的联系; 又是一门应用科学,广泛地为水利、农业、林业、城市、交通等部门服务。广义的水文学包括海洋水文学、水文气象学,陆地水文学和应用水文学。海洋水文学着重研究海水的化学成分和物理特性、海洋中的波浪、潮汐和海流、海岸横向泥沙运动等,习惯上把海洋水文学列为海洋学的内容之一。水文气象学研究水圈和气圈的相互关系,包括大气中的水文循环和水量平衡,以蒸发、凝结、降水为主要方式的大气与下垫面的水分交换,暴雨和干旱的发生和发展规律,它是水文学和气象学的边缘学科。陆地水文学研究陆地水体的各个方面。直接为生产服务的应用水文学,是现代水文学中最富有生气的分支学科,水文学通常主要指陆地水文学和应用水文学。
发展简史水文学的发展大体分为4个时期:
(1)萌芽时期(从远古到15世纪)。这—时期的基本特点是:(1)开始了原始的水文观测。公元前 2300年中国开始观测河水涨落,此后,秦代李冰设都江堰的“石人”,隋代设石刻“水则”,宋代设“水则碑”等,表明水位观测不断进步。雨量观测于公元前 400年前首先在印度出现。中国至迟在秦代(公元前 221~前207年)巳开始有测报雨量的制度,到了公元1247年,已有较科学的雨量筒和雨深计算方法,并开始用“竹器验雪”计算平地降雪深度。5世纪,中国开始用“流浮竹”测量河道流速。明代刘天和治理黄河,采用“手制乘沙采样等器”测定河水中泥沙的数量。(2)开始积累原始水文知识。成书于公元前239年的《吕氏春秋》中写道:“云气西行云云然,冬夏不辍。水泉东流,日夜不休。 上不竭,下不满,小为大,重为轻,圜道也。”提出了朴素的水文循环思想。成书于6世纪初的《水经注》中,论述了当时中国版图内1252条河流的概况,是水文地理考察的先驱。
(2)奠基时期(15世纪~19世纪)。这一时期的基本特点是:(1)近代水文仪器开始出现,使水文观测进入科学定量阶段。1663年C.雷恩和R.胡克创制了翻斗式自记雨量计,1687年E.哈雷创制测量水面蒸发量的蒸发器,1870年T.G.埃利斯创制旋杯式流速仪,1885年W.G.普赖斯的旋桨式流速仪问世。随之,各种水文站开始出现。(2)近代水文科学理论逐步形成。 1674年P.佩罗对塞纳河径流量估算及降雨量、径流量的对比分析,提出水量平衡概念,后来发展成水文科学最基本的原理之一。1738年D.I.伯努利发表水流能量方程。1775年A.de谢才发表明槽均匀流公式。1802年J.道尔顿建立计算水面蒸发的道尔顿公式。 1851年T.J.摩尔凡尼提出汇流和汇流系数概念,并提出计算最大流量的著名推理公式。1856年 H.-P.-G 达西发表了描述均匀介质中地下水运动的达西定律。随之,水文学专门著作开始出现,为水文学作为一门近代科学奠定了基础。
(3)应用水文学兴起时期(20世纪初~20世纪50年代)。进入20世纪,大量兴起的防洪、灌溉、水力发电、交通工程和农业、林业、城市建设向水文学提出越来越多的新课题,解决这些课题的方法由经验的、零碎的逐渐理论化和系统化。首先从1914年到1924年,A.黑曾,H.A.福斯特等人把概率论、数理统计理论和方法系统地引入水文学。1932~1938年L.R.K.谢尔曼、 R.E.霍顿、G.T.麦卡锡、F.F.斯奈德以及随后C.O.克拉克、R.K.Jr.林斯雷等人在单位线、河道洪水演进,多个水文变量联合分析和径流调节计算等方面取得了开拓性进展。在此期间,水文站在世界范围内发展成国家规模的水文站网。这些成就为应用水文学的兴起在资料条件、理沦基础和方法论等方面奠定了基础,并率先形成了它最重要的分支学科——工程水文学。接着,应用水文学其他分支学科,如农业水文学、森林水文学、城市水文学等也相继兴起。1949午,R.K.Jr.林斯雷、M.A .科勒和 J.L.H.保罗赫斯合著的《应用水文学》,D.姜斯敦和 W.P.克罗斯合著的《应用水文学原理》,美国土木工程师学会编著的《水文学手册》等应用水文学专著问世,标志着应用水文学的诞生。
(4)现代水文学时期(20世纪50年代以来)。 20世纪50年代以来,科学技术进入了新的发展时期,人类改造自然的能力迅速增强,人与水的关系正由古代的趋利避害,近代较低水平的兴利除害,发展到现代较高水平的兴利除害新阶段。这个新阶段赋予水文学新的特色:(1)人类对水资源的需求愈来愈迫切,水文学的研究领域正在向着为水资源开发利用提供地表水,地下水、水文时序系列等基本资料,为水文模拟技术及其优化等方向发展。(2)大规模人类活动对水文循环,进而对地球环境正在产生多方面的影响。研究和评价这种影响,就是环境地学的范畴.它指导人们在水资源开发时注意到对水文循环的影响,尽可能使之有利于或至少保持人类生存空间的环境质量,也是水文科学发展中的新课题。水文学和环境科学的交叉学科——环境水文学正在孕育形成中。(3)现代科学技术,如核技术、遥感技术、计算技术,随机过程的理沦与方法、系统分析的理论与方法等,正在渗入水文学的各个领域,使传统的水文学方法出现突破性的进展。(4)水文学的研究领域不断扩大,水文学和其他地球科学中各学科间的空隙逐渐得到填补,交叉学科正在蓬勃兴起。由于水逐步商品化,在缺水地区已成为社会发展的制约因素,同时人类活动对水文循环及水环境的干预可能引起的各种影响愈来愈大,因而对此进行分析估算,也是今后水文学发展的一个重要方面。
运用法律、经济、技术和行政手段,对蓄滞洪区的防洪安全与建设进行管理的工作。通过管理,合理有效地运用蓄滞洪区安排超额洪水,使区内居民生活和经济活动适应防洪要求,达到防洪安全保障的目的。分洪区、蓄洪区或滞洪区统称为蓄滞洪区。
管理内容 主要有:①建立健全管理机构;②制定蓄滞洪区总体规划和安全建设规划,并监督实施;③编制防洪调度运用准备和群众撤离安置措施;④分洪后救助、补偿和善后工作;⑤进行日常管理,加强安全设施建设与管理,控制人口增长和限制经济发展;⑥制定法律、法规,依法管理蓄滞洪区。
管理机构 蓄滞洪区所在地政府可根据需要成立蓄滞洪区管理机构和蓄滞洪区管理委员会。管理委员会可由当地水利、计划、财政、税务、交通、公安、农业、计划生育、邮电通信、土地管理等部门组成。管委会的日常工作由蓄滞洪区管理机构负责。
安全建设规划 蓄滞洪区安全建设规划是区内居民生产生活建设和指导社会经济发展的基本依据。规划的原则是:因地制宜、突出重点、平战结合、分期实施。规划应依据已有的防洪规划进行,根据已有工程设施情况、洪水调度原则等对区内避洪(撤退)设施建设、通信预警系统建设与撤离设施建设、工程管理等作出规划。避洪与撤离设施建设,应密切结合居民住房建设及乡村公共设施建设等统筹安排。规划标准应与当地经济发展水平相适应,并确保居民生命财产安全。
土地利用和经济建设 蓄滞洪区土地开发利用和各项经济建设要符合防洪要求,并保持蓄洪能力,减少洪灾损失:①蓄滞洪区运用的几率特点,调整产业结构,种植耐水作物;②严禁在分洪口附近和洪水主流区内修建或设置有碍行洪的各种建筑物,堆放弃土及种植阻水的高秆作物,已有的要限期清除;③严禁在蓄滞洪区内发展污染严重的企业和生产,储存危险品;④在蓄滞洪区内建设油田、铁路、公路、矿山、电厂、通信设施及光缆、管道等非防洪工程项目,应当编制洪水黜响评价报告,并提出自保防御措施。
人口控制 蓄滞洪区实行严格的人口政策,加强计划生育管理,限制区外人口迁入,鼓励人口外迁。1998年长江发生特大洪水后,国务院提出"平垸行洪、退田还湖、移民建镇"的政策。长江流域对影响行洪的洲滩民垸,采取退人又退耕的"双退"方式和退人不退耕的"单退"方式,将居民迁出。
洪水调度运用与预警、预报系统 ①蓄滞洪区要根据流域或区域防洪规划,制定洪水调度运用方案,包括蓄滞洪区运用标准、运用措施及调度权限。洪水调度运用方案须按照国务院规定的权限报请省(自治区、直辖市)级以上政府批准。②建设洪水预报与预警系统。洪水预报包括预报洪水仕、洪水量、分洪时间和允许撤离的时限等。预警是指利用广播、电视、电话、报警器、汽笛、锣鼓、火把等方式,将信息传播到需要分洪的整个地区,包括与外界隔绝的孤立地区。通信颅警系统在任何情况下都要畅通无阻,并应建设有线与无线两套系统。③按照国务院批准的和省级政府制定的防御大洪水方案的程序,由防汛指挥部门统一发布分蓄拱警报。分蓄洪指令一旦发出,所在地县级政府要立即组织实施,强制执行,任何单位和个人不得阻拦、拖延。
法律法规 1988年中国国务院批转了水利部《关于蓄滞洪区安全与建设指导纲要》(国发[1988]74号),对合理和有效地运用蓄滞洪区,指导区内居民的生活和经济建设,适应防洪要求等作了原则规定。2000年国务院发布了《蓄滞洪区运用补偿暂行办法》(中华人民共和国国务院令第286号),对因蓄滞洪水遭受损失进行合理补偿的对象、范围、标准和补偿程序等作了明确规定。
河流、湖泊随着水位逐步升高,重要堤防可能发生险情,需要加强防守的水位。游荡型河道,由于河势摆,在警戒水位以下也可能发生塌岸等较大险情。大江大河堤防保护区的警戒水位多取定在洪水普遍漫滩或重要段开始漫滩偎堤的水位。当水位达到警戒水位时,河段或区域开始进入防汛戒备状态,有关部门应进一步落实防守岗位、抢险备料和加强巡堤查险等工作。穿堤涵闸视情况停止使用。该水位主要是防汛部门根据长期防汛实践经验和堤防等工程出险基本规律分析确定的。中国大江大河及湖泊是以水文(水位)控制站作为河段或区域的代表,拟定警戒水位,经上级部门核定颁布下达。
中国在沿海一些港区或重要地区也设定警戒水位,是相当于当地防御水位较低的防潮工程的高程。潮位超过警戒水平,则有局部地区受淹。该水位由潮位站与当地防汛部门根据保护区的地面高程、该地区的重要性以及防御能力共同商定,经上级部门核定颁布下达。
汛期堤防工程及其他附属建筑物能够保证安全挡水的上限洪水位,又称防汛保证水位,对堆积性河道称设计防洪水位。当洪水位达到或低于这一水位时,有关部门有责任保证堤防工程及其他附属建筑物的安全。保证水位是制定保护对象度汛方案的重要依据,也是体现防洪标准的具体指标。
保证水位主要依据工程条件和保护区国民经济情况、洪水特性等因素分析拟定。在实际工作中,多采用河段控制站或重要穿堤建筑物的历年汛期最高洪水位。如长江汉口站的保证水位,1954年以前为28.28m,即1931年实测最高洪水位;1954年以后定为29.73 m,即1954年实测最高洪水位。
保证水位可以随着河道和堤防工程情况变化,以及堤防保护区内的特定要求而变化,特别是在多沙河流,由于河床淤积和堤防的加高加固等,保证水位也需要相应提高。
江河、湖泊洪水在一年中明显集中出现,容易形成洪涝灾害的时期。由于各河流所处的地理位置和涨水季节不同,汛期的长短和时序也不相同。
汛期类型:根据洪水发生的季节和成因不同,一般要分为4种汛期:(1)夏季暴雨为主产生的涨水期称为伏汛期;(2)秋季暴雨(或强连阴雨)为主产生的涨水期称为秋汛期;(3)冬、春季河道因冰凌阻塞、解冻引起的涨水期称凌汛期;(4)春季北方河源冰山或上游封冻冰盖融化为主产生的涨水期以及南方春夏之交进入雨季产生的涨水期称为春汛期。在黄河上,由于上游开河的凌洪传到下游,正值桃花盛开的季节,故又称春汛期为桃汛期。因为伏汛期和秋汛期紧接,又都极易形成大洪水,一般把二者合称为伏秋大汛期,通常简称为汛期。
汛期特点:中国多数江河的暴雨洪水发生在伏秋大汛期,暴雨洪水的季节性与雨带南北移动和台风频繁活动有密切关系,所以各地区汛期的起止时间不一样。汛期(主要指伏秋大汛)起止时间的划分,一般用该时段洪水发生的频率来反映。以超过年最大洪峰流量多年平均值的洪水称为"大洪水"。汛期时段的确定,是要保证90%以上的"大洪水"出现在所划定的时段内;主汛期则以控制80%以上的"大洪水"来确定时段。例如:江南地区4~9月是汛期,5~6月是主汛期;珠江4月中旬至9月为汛期,其中4~6月为前汛期,7~9月为后汛期,5~6月是主汛期;长江5月至10月中旬为汛期,7~8月是主汛期;淮河6~9月为汛期,7~8月是主汛期;黄河7~10月为汛期,7~8月是主汛期;海河7~8月为汛期,7月下旬至8月上旬是主汛期;松花江7~9月为汛期,8月下旬至9月上旬是主汛期。分析表明,中国各地汛期开始时间随雨带的变化自南向北逐步推迟,而汛期的长度则自南向北逐渐缩短;珠江、钱塘江、瓯江和黄河、汉水、嘉陵江等有明显的双汛期,前者分前汛期和后汛期,后者分伏汛期和秋汛期;7~8月是全国大洪水出现频率最高的时间。
世界各地汛期各不一样,例如非洲的尼罗河每年的7~10月为汛期,美国的密西西比河2~5月为汛期,南美洲的亚以逊河6~7月为汛期。
另外,由于暴雨比洪水超前,加上防汛工作的需要,政府部门规定的汛期一般要比自然汛期时间长一些。如政府部门规定珠江汛期起止时间为4月1日~9月30日,长江为5月1日~10月31日,黄河为7月1日~10月31日,松花江为6月1日~9月30日等。
江河、湖泊等水域的季节性或周期性的涨水现象。汛常以出现的季节或形成的原因命名,如春汛、伏汛、秋汛、凌汛、潮汛等。春汛是春季江河流域内降雨或冰、雪融化汇流形成的涨水现象。伏天和秋天由于降雨汇流形成的江河涨水,称伏汛和秋汛。因冰凌阻水而引起江河的涨水现象,称凌汛。滨海地区涨水周期性上涨,称潮汛。
管涌也俗称为“泡泉”、“泉涌”、“翻砂鼓水”,是指土体颗粒被渗流带出而发生渗透破坏的现象,实际上包括土力学中的“流土”“潜蚀”“管涌”三种渗透破坏型式。
管涌险情的发展以流土最为迅速。它的过程是随着水位上升,涌水挟带出的砂粒和泥土增多,涌水量也随着加大,涌水量增大挟带出砂粒和泥土也就更多。如将附近堤(闸)基下砂层淘空,就会导致堤(闸)身骤然下挫,甚至酿成决堤的灾害。
一般来说,长江中下游平原冲积地层,上面是粘性土,往下是粉砂、细砂等。砂层间也有粘性土夹层的,再往下则是沙砾及卵石等强透水层,在河床中露头与河水相通。
由于渗水流经强透水层的压力损失小,堤内数百米范围内粘土层下面仍可能承受很大的水压力。如果这股水压力冲破了粘土层,下面的粉砂、细砂就会随水流出(在没有反滤层保护的情况下),从而发生管涌。
河湖在较短时间内发生的流量急剧增加、水位明显上升的水流现象。洪水有时来势凶猛,具有很大的自然破坏力,淹没河中滩地,漫溢两岸提防。因此,研究洪水特性,掌握其发生与发展规律,积极采取防治措施,是研究洪水的主要目的。中国自古以来就有大量的关于洪水的记载。
洪水的特性:洪水按成因和地理位置的不同,又常分为暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、山洪以及溃坝洪水等。海啸风暴潮等也可以引起洪水灾害,但是中国大部分地区以暴雨洪水和山洪为主。各类洪水的发生与发展都具有明显的季节性与地区性。洪水最主要的特性有涨落变化、汛期、年内与年际变化等。
涨落变化:一次洪水过程一般有起涨、洪峰出现和落平3个阶段。山区性河流道坡度陡、流速大,洪水涨落迅猛;平原河流坡度缓流速小,涨落相对缓慢。大江大河由于流域面积大、接纳支流众多,洪水往往出现多峰,孤独降雨多出现单峰。冰雪融化补给的河流,由于热溶解过程缓慢,形成的洪水也缓涨缓落,有时一次洪水延续整个汛期。冰凌洪水,由于冰冻溶解或冰坝溃决,水流相应呈现缓慢或突然泄放。溃坝洪水和山洪具有猝发性,大量水体有时伴以沙石,以很高的水头奔腾而下,破坏力极大。
汛期:汛期即发生洪水的季节,有春汛、伏汛、秋汛之分。中国幅员辽阔,气候的地区差异很大,因此各地汛期很不同,但有明显规律。
年内与年际变化:每年发生的最大洪水流量与年平均流量的比值,可作为表示洪水年内变化情况的一个指标。该比值在中国各地有很大的差异。从大范围来看,最大比值出现在江淮地区。,一般达20~100,有的可达300~400,这是由于该地区正处于南北暴雨天气变化的过度地带。其次是黄河、辽河部分地区,比值一般在40~150。最小的比值发生在青藏融雪补给区,仅为7~9。洪水的年际变化也很大,对比河流多年最大流量的最大与最小的比值,可以看出洪水年际变化状况。以海滦河流域为例,滦河潘家口,流域面积33 700km2,比值为63;潮白河密云,流域面积15 780 km2,比值为146;清漳河匡门口,流域面积1 220 km2,比值高达856。小流域的年际变化更大。南方河流一般小于北方河流。
洪水组成:河流控制断面的洪水过程是由上游支流来水组合形成的。洪量组成是指一次或连续几次大的洪水过程某一时段内在出口控制断面的时段洪量中,上游干支流各控制站及区间相应时段洪量所占的比重。洪量统计的计算时段则根据流域洪水特性、防洪工程规划设计需要等确定。
中国洪水的量级:20世纪以来,中国大陆广大地区都发生过特大的洪水,如1932、1998年松花江、嫩江大洪水,1951、1960、1995年辽河大水,1939、1963年海河大水,1931、1935、1954、1981、1998年长江大水,1933、1958年黄河大水,1931、1954、1975年淮河大水,1915、1949、1968、1994、1998年西江和北江大水。一般量级的洪水在各地区的差异十分悬殊,然而特大洪水量级的地区差异却相对较小。根据水文资料统计,可以给出中国主要暴雨地区出现的最大洪水流量的量级(见表)。
流域面积(km2) | 世界记录 | 东北 | 黄河 | 华北 | 淮河 | 长江 | 珠江 | 浙、闽 |
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100 | 4 800 | 4 500 | 3 000 | 4 500 | 4 500 | 2 400 | 2 800 | 2 500 |
10 000 | 40 000 | 30 000 | 25 000 | 30 000 | 35 000 | 32 000 | 35 000 | 35 000 |
中国历史文献十分丰富,可从中查明近数百年出现的历史特大洪水状况,经查出上午历史洪水,一般都较近数十年实测记录的洪水为大。例如,长江宜昌1954年实测最大流量为68 000 m3/s,而1870年调查历史洪水则为105 000 m3/s;黄河花园口站1843年发生特大洪水,经调查三门峡历史最大流量为22 300 m3/s。因此,充分利用历史文献资料以及实物碑文考证,全面了解大范围、长时间内洪水的量级及其地区分布,对于掌握洪水的时空变化规律、研究防洪对策是十分重要的。
蒙洼蓄洪区王家坝分洪闸设计分洪流量1626立方米每秒,设计蓄洪水位27.66米,相应蓄洪量7.2亿立方米。蒙洼蓄洪区是于1953年设立的千里淮河第一座蓄洪库。建成以来,先后14次蓄滞洪水。库内辖4个乡镇,有131座庄台,涉及15万余人,耕地面积18万亩。
蓄滞洪区主要是指河堤外洪水临时贮存的低洼地区及湖泊等,其中多数历史上就是江河洪水淹没和蓄洪的场所。
蓄滞洪区包括行洪区、分洪区、蓄洪区和滞洪区。行洪区是指天然河道及其两侧或河岸大堤之间,在大洪水时用以渲泄洪水的区域;分洪区是利用平原区湖泊、洼地、淀泊修筑围堤,或利用原有低洼圩垸分泄河段超额洪水的区域;蓄洪区是分洪区发挥调洪性能的一种,它是指用于暂时蓄存河段分泄的超额洪水,待防洪情况许可时,再向区外排泄的区域;滞洪区也是分洪区起调洪性能的一种,这种区域具有“上吞下吐”的能力,其容量只能对河段分泄的洪水起到削减洪峰,或短期阻滞洪水作用。
蓄滞洪区是江河防洪体系中的重要组成部分,是保障重点防洪安全,减轻灾害的有效措施。为了保证重点地区的防洪安全,将有条件地区开辟为蓄滞洪区,有计划地蓄滞洪水,是流域或区域防洪规划现实与经济合理的需要,也是为保全大局,而不得不牺牲局部利益的全局考虑。从总体上衡量,保住重点地区的防洪安全,使局部受到损失,有计划的分洪是必要的,也是合理的。目前,我国主要蓄滞洪区有98处,主要分布在长江、黄河、淮河、海河四大河流两岸的中下游平原地区。
蓄滞洪区启用应按照既定的流域或区域防御洪水调度方案实施,其启用条件是:当某防洪重点保护区的防洪安全受到威胁时,按照调度权限,根据防御洪水调度方案,由相应的人民政府、防汛指挥部下达启用命令,由蓄滞洪区所在地人民政府负责组织实施。蓄滞洪区启用前必须做好如下准备工作:做好蓄滞洪区实施的调度程序;做好分洪口门和进洪闸开启准备,无控制的要落实口门爆破方案和口门控制措施;做好区内群众的转移安置工作等。
名称: | 长江 | 黄河 | 黑龙江 | 珠江 | 澜沧江 | 塔里木河 | 雅鲁藏布江 | 怒江 |
长度(千米): | 6300 | 5464 | 4370 | 2197 | 2153 | 2137 | 2057 | 2013 |
名称: | 松花江 | 汉江 | 辽河 | 淮河 | 闽江 | 京杭运河 | 海河(以卫河为源) | |
长度(千米): | 1927 | 1532 | 1430 | 1000 | 577 | 1801 | 1090 |
用坝 、堤、水闸、堰等工程,于山谷、河道或低洼地区形成的人工水域。它是用于径流调节以改变自然水资源分配过程的主要措施,对社会经济发展有重要作用。水库的建造可以追溯到公元前约3000年。早期的水库由于受技术水平的限制一般较小,近代水工建筑技术的发展,兴建了一批高坝,从而形成了一批巨大的水库。中国在20世纪50年代以前水库不多,规模较小,以后兴建了一大批各种类型的水库,到1985年为止有83000多座。
类型根据水库的位置与形态,其类型一般可分为以下几种:
①山谷水库,系用拦河坝横断河谷,拦截天然河道径流,抬高水位而成,绝大部分水库属于这一类型;
②平原水库,系在平原地区的河道、湖泊、洼淀的出口处修建闸、坝,抬高水位形成,必要时还在库周圈筑围堤,如当地水源不足还可以从邻近的河流引水入库。
此外,在干旱地区的透水地层,建筑地下截水墙,截蓄地下水或潜流而形成地下水库。