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广东省山区中小河流治理中堤防建设问题探讨

发布时间:2020-02-11 12:11所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:近年来随着广东省山区中小河流治理工作的不断开展,一些有别于大江大河的问题也逐渐突显出来,其中一个重要的问题便是山区中小河流治理中是否应该大力提倡兴建堤防。根据多年广东省山区中小河流治理工作经验,从治理任务的河流特点、山区堤防的运用条件

  摘要:近年来随着广东省山区中小河流治理工作的不断开展,一些有别于大江大河的问题也逐渐突显出来,其中一个重要的问题便是山区中小河流治理中是否应该大力提倡兴建堤防。根据多年广东省山区中小河流治理工作经验,从治理任务的河流特点、山区堤防的运用条件、工程现场实例等方面入手,分析了山区中小河流治理中堤防建设的合理性与必要性,进而提出了无堤情况下山区中小河流的洪水防范措施,可提供给从事相关工作的人员参考。

  关键词:山区;中小河流;堤防建设

河流治理

  洪涝灾害是中国危害较大、死亡人数较多的自然灾害之一,给人民生命和财产安全带来巨大威胁。山区中小河流坡降较大且洪峰汇流时间较短,造成小流域洪水对两岸村镇和农田危害极大[1]。增强山区河流的防洪能力建设是中国当前江河防洪体系中的薄弱环节[2]。为此,国内外研究学者开展了大量的相关研究[3_4],林三益等[5]根据水文学原理和洪水过程分析统计资料,探索了山区河流降雨洪水规律;闫伟伟等[6]针对中小河流设计洪水和水面线推算所面临的问题,提出了考虑不同类型河流的计算推求方法;刘俊萍提出了基于GIS平台的小流域设计洪水方法[7];李彬等[]对山区河流的水位变化过程和泥沙淤积开展了研究。这些研究为中国现阶段的山洪灾害防治和中小河流治理提供了理论依据,有效提升了洪灾防范能力。

  中小河流一般指集水面积在200~3000km2的河流[9],但如何划分中小河流的标准并不明确,现有标准下划分所得到的中小河流范围与整体需治理目标仍存在较大差异。中国中小河流数量多、分布广,许多中小河流主要是20世纪50—80年代通过群众投劳进行治理,中小河流治理总体落后;与大江大河的防洪建设相比,中小河流仍处于“大雨大灾、小雨小灾”的局面。近年来极端天气事件增多,中小流域常发生集中暴雨,形成较大洪水,造成比较严重的灾害[1°]。随着中小河流治理工作的逐步推进,围绕河流治理过程中特别是山区中小河流治理过程中的堤防建设,形成了较多争论[11]。

  持肯定态度的人认为中小河流治理任务的重点是解决防洪问题,而堤防是解决防洪问题的传统措施,因此应该大力兴建堤防防洪,并把兴建堤防的数量作为治理成效的重要考核指标,而且堤防的防洪标准不宜过低;持否定态度的人认为兴建堤防占地多、征地拆迁难度大、投资高、不易实施,加之山区洪水来得快,去得快,历时短,因此不宜兴建堤防。本文从实际工作出发,以广东省韶关、河源、梅州、清远、云浮5市(简称山区五市)中小河流治理为例,从治理河流的分布和特点、堤防工程可解决的防洪问题、工程现场实例等方面人手,对山区中小河流治理中堤防建设的合理性与必要性进行分析,力争为山区中小河流中堤防建设问题的探讨提供一些新的思路。

  1研究区域

  广东省中小河流大多分布在偏远山区,一般交通不便,经济条件差,经常遭受山洪、滑坡泥石流和水土流失等自然灾害的威胁,2004—2014年间全省因山洪灾害造成的人员死亡525人,其中山区五市死亡265人,占50.5%。为有效解决山区中小河流灾害问题,2014年7月,广东省选取问题最为突出的山区五市开展了山区中小河流专项治理行动。为扩大受益范围,此次治理的中小河流为集雨面积50~3000km2之间的河流,很多低于50km2的重要河段也列人了治理范围。根据实施方案,此次共治理河流536条,治理河道总长17789km,分别占全省该级别河流总数1211条,总长36561km的44.3%和48.7%,基本覆盖了山区五市的主要中小河流[12_13]。山区五市主要位于广东省北部山区,是广东省西江、北江、东江、韩江的中上游地区,为广东省辖区县均为山区县的地级市。五市总面积76685km2,占全省总面积的42.7%;常住人口1767万人,只占全省总人口的16.9%。

  2山区河流特性

  本次广东省山区五市中小河流治理任务涉及河流536条,治理项目1254宗。可见,集雨面积小于200km2的项目宗数占总项目宗数的69%,集雨面积小于1000km2的项目宗数占总项目宗数的93%,大多数治理河段的集雨面积均较小。广东省集雨面积在200~3000km2的河流共计262条,总河长14013km,根据这部分河流的相关资料,大部分河流的干流长度在20~80km之间,一般随集雨面积的增大而增大,干流河道平均比降多数集中在2知~5知,集雨面积大的河流一般比降较小,集雨面积小的河流则没有太明显的规律。

  另外,本次治理任务中超过一半为集雨面积200km2以下的山区河流,根据已完成部分河流资料,此部分河流的干流长度多集中在5~20km之间,一般较短,干流河道平均比降多数集中在5知~50知,均较大,部分山洪沟河流比降超过120知。综上所述,本次治理任务山区河流特征明显,集雨面积小、干流河道短、比降大等是多数任务河段的特点。

  3山区堤防的运用

  3.1堤防运用条件

  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。它的主要作用是防止洪水进人保护区域,淹没保护对象。一般保护对象范围内的洪涝灾害可分为外洪、山洪和涝水3种。

  山洪与外洪相对应,是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通过山洪沟流经保护范围汇人外江,建设防御外洪的外江堤防,不能解决山洪淹没问题,反而可能会因为外江堤防建设使原山洪的面排放变为涵闸排放,从而加重山洪淹没程度,延长山洪退水过程。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。达到保护区在外江洪水时不被淹没是建设堤防的目的,也是堤防应用的前提条件。

  3.2山区堤防保护范围的特点

  山区河流的保护范围一般较小,只占流域面积的很小比例,且多数呈条带状分布在河流与山体之间。连江的支流同灌河是此次治理任务中较为典型的山区河流,集雨面积655km2,干流长度57km,河道比降4.1知。根据有关资料,同灌河流域范围内黎埠、寨岗、大麦山3镇总耕地面积约0.6万hm2,需保护范围不到流域面积的10%,且多数分布在干支流两侧台地之上,见图5。山区河流保护范围的这个特点使得建堤防洪时一般堤防线路较长,投资较大。

  3.3山区防洪标准分析

  为揭示山区中小河流治理所需要把握的防洪标准,参照相关研究成果[14],对中小河流的集雨面积和洪峰间的关系进行分析。点绘集雨面积200km2以下2~20年一遇各频率洪峰流量与集雨面积的关系并进行拟合,各治理河段所对应的小流域集雨面积与各频率洪峰流量按幂函数关系拟合良好,各频率拟合曲线之间规律较为明显,20年一遇洪水一般为2年一遇常遇洪水的2.1~2.5倍,且随集雨面积增大而增大。可见,提高山区河流的防洪标准将使山区河道承受较大过流压力,造成大量的堤防建设。

  因此,《广东省山区中小河流治理工程设计指南》中规定,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[15]。

  3.4区分山区河流的堤防与护岸

  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。堤防工程设计时需要解决堤顶高程、堤身材料、抗滑稳定、抗冲刷、堤身及堤基渗透稳定等一系列问题,而护岸工程一般只需要解决稳定和抗冲刷问题。山区中小河流有很多另类的“堤防”,顶部高出地面,并与两侧高地衔接闭合,防护区在“堤防”后侧。

  为了排放后侧山洪,该“堤防”设置了多处涵洞,由于没有设水闸,洪水可以通过涵洞倒灌进人后方的防护区。因此,这处“堤防”并不能挡水,也没有完全闭合,并不是真正意义的堤防。这些工程是加高以后用于防冲的护岸工程,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,导致上报工程计划时出现大量堤防建设和加固的内容,为后续工作带来不必要的麻烦。由于山区洪水的特性,这种建设方式在山区中小河流普遍存在,治理工程中应注意辨别。

  4山区河流堤防建设的合理性分析

  4.1合理性分析的目的

  此次治理任务普遍分布在山区,由于保护面积、保护对象分布的特殊性和山区河流洪水的特点,使堤防建设很有可能会产生一些与预期不一致的结果。为避免不利后果,在堤防建设前需要进行合理性分析。合理性可以分为目的可达性和实施可行性,如果建设堤防可以达到预期的目的并且建设工程实施是可行的,则可认为是合理的。

  4.2保护范围的合理性

  很多山区河段需要保护的范围较小,且呈条带状分布在河流两侧台地上,如果建设堤防,需要占用保护范围的房屋和土地,使本来很小的保护范围变得更小;有些河段两岸农田及房屋呈台阶状分布,较大洪水会淹到河道两侧较低处的农田与房屋,但如果建设满足防洪标准的堤防,则需要占用大部分这些农田,拆除大部分房屋,这些都已经偏离了堤防建设的本来目的。另外,由于山区用地紧张,这样的堤防工程也不易得到地方群众的支持,难于实施。

  4.保护目的的可达性

  山区中小河流很多需要保护的房屋和农田均处在山体与河道之间,暴雨时山洪会通过保护区域向河道汇流,范围广,洪量大,汇流时间短,如果河道两侧建有堤防,会使山洪的面排放变为涵闸的点排放,加重山洪对村庄的淹没并延长淹没时间。可以明显看到村庄后侧山体洪水向河道汇流的过程,此时,山洪已对村庄及农田产生一定的淹没。

  5山区河流堤防建设的必要性分析

  对于乡镇和村庄,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,就没有必要再建设堤防。对于农田,由于山区中小河流洪水过程一般在1d以内,淹没时间很短,造成的损失很小,相关研究表明,如果可以在2d内退水,水田洪灾损失率能控制在0.37内[16]。因此,山区农田一般兴建堤防的必要性不大。为山区洪水退去后的农田,庄稼基本未受到破坏,长势良好,甚至洪水带来的泥沙还可以改良农田土质。

  6结论

  通过分析广东省山区五市中小河流特点,根据几年的治理经验,在山区中小河流治理的堤防建设问题上可参考以下几点。a)集雨面积小于200km2的山区河流和集雨面积小于1000km2的山区河流中上游,由于洪水同频几率高,堤防很难起到防止防护区被淹的目的,不宜兴建堤防。b)当保护对象呈窄条带状分布在河流与山体之间时,堤防建设投人大,保护范围小,并将大比例占用保护区域面积,不宜兴建堤防。

  C)没有必要兴建仅以保护少量农田和房屋为目的的山区堤防。d)山区河流所汇人河流的集雨面积较大且汇人口有较重要保护对象时,可考虑兴建堤防防御外江洪水。经过几十年的水利工程建设,即使是山区中小河流,在需求强烈、条件允许的地方,多数都已兴建了堤防工程,如未设堤,大多是因为必要性不大、条件不允许或建堤会产生负面影响。因此,在山区中小河流治理工程中新建堤防应经过充分论证,一般不宜新建堤防[0]。不设堤情况下的山区中小河流的洪水防范,可以从以下几个方面着手。a)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。
 

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