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洪水与洪灾

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洪水与洪灾 汛是指河流(江、河、湖泊)按季节而出现的涨水现象,也包括人为或突发事故(如战争、垮坝)而导致的涨水现象,分为因洪水而引起的汛和因冰凌而引起的汛。 江河等水域季节

洪水与洪灾

  汛是指河流(江、河、湖泊)按季节而出现的涨水现象,也包括人为或突发事故(如战争、垮坝)而导致的涨水现象,分为因洪水而引起的汛和因冰凌而引起的汛。

  江河等水域季节性或周期性的涨水时期称为汛期,根据形成汛的季节不同分为不同的汛和汛期,由于江河所处地理位置不同,其发生汛的种类及时期不同,所以每条江河的汛及汛期划分不尽相同。

  黄河分为“桃花汛”、“伏汛”、“秋汛”、“凌汛”四汛,相应地分为“桃花汛期”、“伏汛期”、“秋汛期”、“凌汛期”,并习惯将伏汛与秋汛合称为伏秋大汛,将伏汛期与秋汛期合称为伏秋大汛期(也称为主汛期)。

  桃汛:因冰雪融化及内蒙古河段解冻开河而在下游形成的洪水(汛)称为桃汛,桃汛期一般为每年的3~4月份(正值桃花盛开季节)。

  伏秋大汛:因暴雨形成的洪水称为伏秋大汛,伏秋大汛期一般为每年的6~10月份(伏秋季节)。

  凌汛:因冰凌阻塞(冰塞、冰坝)使水位壅高、槽蓄水量增加而引起的涨水,凌汛期一般在当年的12月~次年2月。

  洪水

  洪水是由暴雨、融冰化雪、水库调控、或突发事故(如战争、垮坝)等原因而引起的江河水量迅速增加及水位急剧上涨的水文现象,常按形成原因分为暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、溃坝溃堤洪水,山洪和泥石流也属于洪水的范围。

  洪水具有季节性明显、涨幅大、年际变化大、有一定的重复性等特点。

  (1)洪水来源

  洪水主要来源于暴雨和融冰化雪。由暴雨形成的洪水,称雨洪;由春季融冰化雪形成的洪水,称春汛。

  当降雨强度超过植物截留、土壤下渗、洼地填蓄及蒸发强度时即形成净雨,净雨可产生地面径流。地面径流开始表现为坡面漫流,如片流(积水铺满地表,呈片状流动,水深及流速均较小)或沟流(水在坡面上冲蚀成小的沟槽,水沿沟槽、沟溪流动,水深及流速均较大);后来为河槽集流,即水自坡面流入沟槽、沟溪、支流,通过河网由支流到干流、从上游到下游、沿河槽作纵向流动,直到流出降雨区域的河道出口断面,使出口断面处及其以下河道水位上升、水量增加。

  另外,降雨产生的下渗水量渗透到土壤的饱和层后即抬高了地下水位,部分地下水又可能补给河道,即产生地下径流。

  黄河洪水主要来源于以下6个区域,即上游兰州以上地区、中游的河口镇至龙门、龙门至三门峡、三门峡至小浪底、小浪底至花园口地区、以及下游的汶河流域。其中,兰州以上洪水多由强度小、面积大、历时长的连阴雨所形成;河口镇至龙门地区的洪水主要由暴雨形成,由于暴雨强度高、历时短,易形成陡涨陡落、峰高量小、含沙量高的洪水;龙门至三门峡区间的洪水主要来自泾河、渭河、北洛河流域,泾河洪水一般峰高量小、含沙量大,渭河洪水相对峰低量大、含沙量大,北洛河洪水峰高量小、含沙量大;三门峡至花园口区间的洪水由暴雨形成,主要来自伊洛河、沁河,洪水的含沙量较小,该区间有小浪底、陆浑、故县等大型水库,可有效拦蓄洪水或减小洪峰流量。

  汶河(是黄河下游最大的支流)流域洪水由暴雨形成,流域出口站戴村坝实测最大洪峰流量6930m?/s(1964年9月13日),汶河洪水首先进入东平湖水库,然后汇入黄河,当黄河水位较高或河道淤积时,便会影响东平湖出流,增加东平湖湖区防洪压力。

  另外,济南南部山区的部分洪水(水库泄洪及超市区排洪河道的排洪能力时)也可通过玉符河及腊山分洪沟进入黄河。

  (2)洪水特征值

  一次洪水的特性可用洪峰流量、洪水总量和洪水过程线说明,简称洪水的“峰、量、型”三要素。

  洪水特征值包括洪峰流量、洪水历时、洪水总量、洪水传播时间、最高洪水位、最大含沙量等。

  洪峰流量:一次洪水过程中最大瞬时流量称为洪峰流量。

  洪水历时:在河道的某一断面上,一次洪水从开始涨水到洪峰、再回落到原流量(也称为基流)所经历的总时间。

  洪水过程线:一般指洪水流量随时间的变化过程,常用纵轴表示流量、横轴表示时间。根据过程线形状的不同可将洪水分为“胖型”洪水和“瘦型”洪水两种,参见图1-1。

  洪水总量:一次洪水通过河道某一断面的总水量,可按洪水过程线与横轴所包围的面积进行计算。

  最高洪水位:指一次洪水过程中的最高水位。在稳定河床上,最高洪水位与洪峰流量同时出现;而在多沙河流或冲淤多变的河床上,最高洪水位往往与洪峰流量并不同时出现。

  洪水传播时间:河道洪水以洪水波(也称位移波)由上游断面向下游断面传播,称为洪水传播;洪水传播的速度与流量大小、河道水力比降、断面形态、河床糙率及漫滩情况等因素有关;自上游某断面出现洪峰到下游某断面出现洪峰所经历的时间称为该洪水在该河段上的传播时间。洪水在传播的过程中,峰高不断降低,峰型逐渐平坦化。

  最大含沙量:某次洪水过程中或某一时段内,河流单位体积浑水中所含悬移质泥沙质量的最大值。

  (3)洪水泥沙

  河道泥沙的直接来源是流域水土流失(或称土壤侵蚀),土壤结构疏松、抗冲蚀能力差、气候干燥、植被稀少、坡陡沟深、暴雨集中、不合理开发利用等是导致水土流失的主要原因。

  河道泥沙多来自于洪水期间,如黄河汛期7~10月沙量占全年的90%,其中7、8两月来沙占全年的71%。不仅洪水的输沙量大,而且洪水的含沙量也高。

  (4)洪水漫滩

  洪水期间,水位上涨,当来水超出主河槽(或基本河槽)的排泄能力时,滩地逐渐被淹,这种滩地被淹或过流的现象称为洪水漫滩。

  漫滩水流的流速减小,其挟沙能力降低,水流当中的部分泥沙将沉落淤积,从而造成滩面淤积,即在河道漫滩行洪时将出现刷槽、淤滩的现象。

  洪水灾害

  地球上各种自然变异及人类活动诱发的变异所引起的灾害统称为自然灾害,缓进性的自然灾害包括水土流失、土地沙漠化、盐渍化、气候的周期演变、淡水资源趋势性减少等,突发性的自然灾害包括旱灾、暴雨灾害、洪涝、台风、风暴潮、冻害、雹灾、地震、火山喷发、滑坡、泥石流、农林病虫害、森林火灾等。

  水灾包括洪水灾害和内涝灾害,是发生频率最大、危害最严重的一种自然灾害,占全球各类自然灾害的40%。洪水灾害主要有:强度较大的降雨所产生的暴雨洪水使江河泛滥成灾;在中高纬度地区和高山地区,积雪融化而产生的融雪洪水泛滥成灾;在高寒地区,河流由低纬度流向高纬度时,冰塞或冰坝使江河水位上涨而泛滥成灾;山洪诱发的滑坡、山崩;连续降雨或洪水诱发的泥石流;水库坝体或其他挡水建筑物瞬时溃决造成洪水泛滥灾害;海面风暴潮、海啸灾害等。

  内涝灾害是指地表积水、地下水位过高或耕作层含水过多而影响农作物(包括植物)生长,造成灾害。

  气候异常、天气形势时空变化特殊,是造成洪水灾害的主导因素;流域的产流与汇流特点、洪水的组成与遭遇,对于洪水灾害的形成有着直接的影响;而人类的活动对于气象、下垫面条件的改变,则可能控制洪水灾害或增加洪水灾害的危害程度。

  流域产沙或河道中的泥沙增加了洪水灾害发生的频率、加剧了洪水灾害程度:流域中土壤沙化、植被减少,将引起流域蓄滞降雨径流的能力降低、产流汇流的速度加快,从而造成洪峰出现时间提前和峰值增加;而大量泥沙淤积在河道内,又造成同流量下的洪水位抬高;泥沙在水库、湖泊、蓄滞洪区的淤积,还将造成其调蓄容积减小、调控能力降低。

  当然,水流(尤其是洪水)也引发或加重泥沙灾害:水流与泥沙是相互作用、相互影响的,水流对泥沙的冲蚀造成水土流失、农田沙化及贫瘠化;水流对河岸淘冲造成崩岸或财产损失;蓄滞洪区蓄滞含沙洪水造成区内土地沙化、作物减产;泥沙的淤积造成防洪、兴利库容的减少,影响综合效益的发挥等。

  人类活动对洪水灾害或防洪的影响:人类活动对自然生态环境的破坏(如开垦、植被破坏、水土流失);人类与水争地,降低了江河湖泊的滞洪、蓄洪能力;江河缺少控制性工程,堤防的防洪能力偏低;防洪工程的强度达不到设计的要求;防洪非工程措施不完善或执行不力。

  凌汛

  凌汛的形成

  凌汛是由于冰凌对水流的阻力作用而引起的河道或某河段的涨水现象,凌汛具有突发性和局部性。形成凌汛主要有两个条件:一是有冰凌生成,即河道或河段处于寒冷地区;二是河道或河段所流经地区的纬度差(温度差)较大,使河道形成自下而上的封河和自上而下的开河,且在结冰封河或融冰开河的先后顺序上具有较大的时间差,容易因卡冰(甚至形成冰坝)阻水而造成水位猛涨,从而形成凌汛。

  冰凌观测

  冰凌现象

  (1)结冰期

  自有冰晶生成起、经淌凌、至形成最初的稳定冰盖(封河)止,称为结冰期。这期间的冰情现象有:

  ①冰针:最初的针状结晶体;

  ②冰凇:许多冰晶凝结在一起,形成松散易碎的团状块,称为冰凇;

  ③棉冰:冰晶遇雪而成的絮状冰花(像湿了的棉花)称为棉冰;

  ④岸冰:沿河岸结成的冰层;

  ⑤水内冰:受河道水流的紊动扩散混掺作用而将水面的冰晶或冰块掺入水体内,则成为水内冰;

  ⑥淌凌:也叫流凌,系冰块浮在水面或短时间内混掺为水内冰顺水流而下;

  ⑦封河:随着淌凌密度的增加、岸冰的延伸、或弯道及狭窄河段对冰块的卡阻,使冰块冻结为整体,在整个水面或某段河道的水面形成封闭(或仅有小面积的敞露水面)稳定的冰盖,称为封河。封河分为平封和立封:冰块依次单层相挨排列,冰面比较平整,这样形成的封河、或有岸冰延伸而形成的封河,称为平封;由冰块斜插或重叠冻结而形成的封河称为立封,立封的冰面极不平整,立封多发生在主流区或弯道的凹岸。

  (2)封河期

  自形成稳定的冰盖起、至冰盖破裂且又开始淌凌止,称为封河期。这期间的冰情现象有:

  ①冰塞:潜入水中而积聚在冰盖下面的水内冰、冰花(冰针、冰凇、冰屑、棉冰等的总称)、碎冰等;

  ②清沟:封河后仍局部敞露出自由水面(小于封河段冰面与水面总面积的20%)的地方。随着气温的变化,清沟可缩小、消失、或扩大。

  (3)开河期

  自冰盖破裂后又开始淌凌起、至河内冰全部融化止,称为开河期。开河有武开河和文开河之分:整个河段冰体在热力作用下自然融化、消失,不产生较大的冰凌堵塞,称为文开河;由于上游来水增加或因上下游温差大而使上游河段已提前开河,因水位升高而迫使下游河段在冰盖冰质还比较坚硬(尚不具备自然开河条件)的情况下所形成的“水鼓冰开”称为武开河,武开河后一旦宣泄不畅将易造成冰量及水量的积累或形成冰坝,甚至导致凌汛灾害。

  开河期间有以下冰情现象:

  ①冰色变白、冰上有水或流水;

  ②冰盖变薄、脱岸、清沟面积增大或再生清沟;

  ③冰盖呈黄色或暗灰色,冰质酥松;

  ④冰盖断裂、滑动、淌凌,直至冰凌消失;

  ⑤冰坝:若武开河或冰凌爆破后的坚硬冰块在河道中受阻卡冰,将使上游来冰下潜上爬,可能在短时间内形成堵塞局部河道或横跨河道断面、使某河段水位猛涨、由冰块组成的坝体,称为冰坝。冰坝一般形成于河道狭窄处或仍处于封河冰盖的前缘(上游);

  ⑥冰礁:冰块受阻而潜入水下形成的堆积体,类似于暗礁;

  ⑦冰堆:冰块受阻而形成的露出水面的局部堆积体;

  ⑧冰裂:受来水流量增大、水位升高的影响而迫使冰盖破裂的现象。

  冰凌观测

  黄河凌汛从每年11月20日开始,至次年3月份全部开河为止。

  (1)结冰期间要注意观测淌凌密度(冰块宽度占河道横断面水面宽度的百分数、或某段河道范围内冰面面积占水面面积的百分数)、冰块面积(一般面积、最大面积)、冰块厚度、岸冰情况(位置、长度、宽度、冰凌厚度)、封河情况(段落位置、封河长度、冰面宽度、冰凌厚度)等。

  (2)封河期间要注意观测封河段落位置、封河长度、冰面宽度、冰凌厚度、清沟位置及其面积等。

  (3)当封河后的冰厚较大、冰质坚硬、在冰盖上能安全行人和进行检查操作时,应统一进行冰凌普查:准确掌握封河位置,丈量、测量或根据起止里程桩号计算封河长度;丈量或测量各观测横断面的封河(冰面)宽度;在各观测横断面上用冰穿或冰钻分别凿(钻)若干冰孔,丈量或测量位于同一观测横断面上的各冰孔之间的距离,用特制冰尺或其它工具依次测量各冰孔处的冰盖厚度、冰盖下的冰塞厚度,用拴挂铅鱼的测绳丈量各冰孔处的水深;根据以上测算数据可计算某河段内的总冰量和槽蓄水量。

  (4)可能开河及开河期间要注意观测冰色、冰质、冰裂、开河位置、开河长度、淌凌密度、冰块面积、冰块厚度、岸冰情况等

  从结冰期、封河期、到解冻期,都要注意观测有无冰礁、冰塞、冰堆、冰坝、封河、清沟、冰裂等冰情现象及其变化;

  防凌措施

  为防止形成凌汛而常采用的措施有利用水库调节河道流量、分泄河道内的槽蓄水量(分洪)、适时实施冰凌爆破。

  (1)利用水库调节河道流量

  ①自有可能开始结冰起、直到开始封河之前,应加大水库泄量以使河道流量较大,这可通过水流的紊动混掺而推迟结冰和封河时间;

  ②封河后、尤其是自有可能开河之日起,应减小河道流量,以防止因河道流量过大、水位上涨而形成“水鼓冰开”(武开河);

  ③已发生卡冰壅水、冰坝等现象时,更应大幅度减小下泄流量、甚至关闸断流,以尽可能避免严重凌汛灾害的发生。

  (2)分泄河道内的槽蓄水量(分洪)

  通过分泄槽蓄水量可降低河道水位,减轻对下游河段的防凌压力,防止因“水鼓冰开”而形成武开河,进而可避免形成凌汛灾害或减轻凌汛灾害的程度。

  (3)冰凌爆破

  为保持河道内过水与流凌畅通,对尚不具备自然开河条件(冰质硬、冰块厚)且有可能形成卡冰阻水现象的封河冰盖或已形成的冰堆、冰坝,应适时采取冰凌爆破措施。一般是在开河前短时间内、对弯曲窄河段实施爆破,爆破长度直至弯河道下口,常用的爆破方法有人工利用简单工具设备破冰、利用破冰船破冰、人工利用炸药爆破破冰、打炮或飞机投掷炮弹爆破破冰。

  人工利用炸药爆破破冰时,先将炸药捆扎成防水药包,人工在冰盖上按适宜要求布孔打孔(常用冰穿凿孔),将炸药包下入孔洞内并悬挂在冰盖以下大约1米处的水中,按设计确定的连线方式将同一次起爆的各药包起爆线连接起来,通过起爆器和雷管进行起爆。人工爆破的布置一般是自下而上逐河段横向布孔爆破,依次将冰炸开流走,最后打通河道;也可在冰盖上布成折线或方格,爆破后把整体冰盖分成碎块,为开河创造条件,防止形成卡冰。布孔间距和药包用药量与冰质、冰厚、水深等因素有关,应因地因时制宜,一般药包重1kg,孔距5~6m。

(编辑:HenryInn)