浅谈城市防洪工程设计
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摘要:在新时期,随着经济社会的快速发展,我国的防洪形势正在发生变化。现有的防洪体系与全社会日益提高的防洪安全保障需求不相适应的矛盾日益突出。文章以城市防洪系统的特点为出发点,进行了理论设计阐述,并通过工程实际阐述了城市防洪工程设计。
关键词:城市防洪系统;防洪工程设计;防洪措施
中图分类号:TV871文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)06-0119-02
我国是农业大国,因此,以往的防洪重心更多是放在农业、农村。然而,现在的情况已经发生了很大的改变,特别是近一二十年来,我国城市化进程逐步加快,人口和社会财富逐渐向城市高度集中,要求有更高的防洪保障。然而,我国目前城市防洪体系还比较薄弱,防洪能力相对于发达国家甚至印度等发展中国家来说还很低,城市防洪规划还很不完善,防洪工程措施系统建设与非工程措施系统建设还没有科学的融合,有些城市甚至未设防。在治水思路、治水模式以及管理体制和资金保障等问题上还存在许多弊端与不足,严重制约了城市的发展。
一、城市防洪系统的特点
城市防洪系统是指为抵御和减轻洪水灾害以及由此引起的次生灾害,对城市居民生命、财产和各项工程设施造成危害和损失,所采取的各种预防措施的集合体。这一系统具有大系统的一切属性,可有主系统(系统整体)和分(子)系统之分,而分(子)系统又是主系统的必要组成部分。为了保证城市的防洪安全,必须逐步建立和完善城市防洪系统。城市防洪这一复杂系统,可以由防洪工程措施子系统和防洪非工程措施子系统组成,每一子系统又可以由若干小的子系统组成。
城市防洪系统具有系统的整体性与综合性:城市防洪系统是由诸多要素构成的一个有机整体,所以,在城市防洪系统的发展与运转过程中,必须从系统的整体出发,去处理各种要素之间的关系、矛盾及问题,充分体现系统整体功能大于各组成要素功能之和的特性;要用系统的综合观点,综合分析评价资源,综合协调系统要素,发挥系统的综合功能。
城市防洪系统具有协同性与有序性:协同性是指系统各部分相互作用、相互制约而使系统要素、微观个体、不同层次呈现出不具备的本质特征。这主要体现在系统结构、功能、目标、运行机制、再生产过程等诸多方面。有序性是任何系统普遍存在的现象和特征。系统的序,简言之,就是系统的一种有规则的状态。系统有序度关系到系统的动态变化和系统进化或退化的发展,这是城市防洪系统的重要特征之一。
二、城市防洪理论设计
城市防洪是指防御洪水危害城市的水利工程。与发达国家相比,我国城市防洪工程的特点在于:(1)城市防洪工程的时空跨度长,遗留隐患多,质量差;(2)城市防洪标准低,大多为20年一遇洪水标准,远不能满足城市发展水平提高和城市化进程加快的要求;(3)城市防洪保护区内的人口密度大,经济发达;(4)城市防洪工程的管理水平落后,很多城市没有相应的洪灾预警系统或预警系统不发达;(5)与城市防洪工程风险相关的法律,比如防洪工程的安全标准、风险水平以及分洪区的经济补偿等法律尚不完善。目前国际上普遍将可采用的城市防洪措施划分为工程防洪措施和非工程防洪措施两类。
一般认为,凡是借助工程手段处置天然洪水,起防洪减灾作用的措施,统称为工程防洪措施。其目的是使洪水远离可能处于风险之中的人或者财产(即改变洪水危险性),如图1所示:
防洪工程措施和防洪非工程措施分别从不同的角度处理人与洪水的关系,体现了两种不同的防洪策略思想,都是不可缺少的,只有将它们正确结合、统一协调才能最有效的达到减免洪水灾害对社会经济造成的损失,保障社会经济的可持续发展的目的。
由防洪工程措施和非工程措施组成的城市防洪减灾体系,具有明显的综合效应,两者功能各不相同,相互不能替代,只有把它们有机地结合起来,充分发挥它们各自所担负角色的作用,因地制宜,取长补短,相得益彰,才能形成完整的城市防洪减灾安全保障体系。
在正确理解和遵从自然规律的原则下,人们正逐步建立起人类与洪水“和谐相处”的理念;进而,又依据现代科学技术条件,提出洪水“管理”的思路,以实现社会可持续发展,确保易受威胁地区人群免遭与洪水有关的危险,尽可能减小洪灾损失,走城市防洪的可持续发展之路。
三、工程实例
某市属高温多雨为主要特征的南亚热带季风气候,年平均降雨1629.1毫米。市区内平均地面标高约为7.3米。本次规划面积20平方公里,进行区域内雨水管网工程、排放口泵站及调赣江设计。
(一)雨水管网计算
根据市暴雨强度公式,对区域内雨水管网系统进行计算,综合径流系数取0.65,由于区域内地势较为平坦,设计管渠坡度尽量取低值避免大面积填土。选取现状农田排灌明渠作为排水主干渠,求出主干渠渠长、流量、坡度、断面等有关参数。末端设自流排放口及排涝泵站,旱季赣江水位低时自流排出;雨季西江水位高时通过排涝泵站提升排出赣江。
(二)排涝泵站流量计算
根据降雨量估算法,按城市防洪排涝十年一遇24小时暴雨所产生的径流一天排干的要求求出排涝泵站提升流量:
(三)调赣江容积计算
按综合单位线法,根据设计点暴雨量.结合主干渠在排放口的断面位置上的有关渠道长度、平均坡降、汇水面积、径流系数等有关资料求出排放口处的洪峰流量并绘制洪水过程线,得出该区域三天暴雨总径流量为227万立方米,洪峰流量为137立方米/秒。
(四)验算
调赣江的容积亦可采用降雨量估算法及降雨强度曲线(q-t)计算法核算相应的设计降雨量,然后再进行技术经济评价,不满足经济规模时应进行调整。在得到调洪湖须蓄调的容积后,即可根据规划的调洪湖面积推算控制的调洪湖最高与最低水位。根据最高水位推算管网在设计重现期内的最高水位线以推算路面控制高程;根据最低水位控制管网埋设深度。
四、结论
在以上三种计算方法中,降雨量估算法及降雨强度曲线(q-t)计算法均反映的是一场雨或一天的降雨量,不能完全反映出实际的径流过程,不能绘制出与降雨、雨型相对应的洪水过程线。而综合单位线法符合当地水文情况,较完善的体现出降雨径流、产流情况,与实际降雨较为接近,因此在城市的防洪排涝规划中应尽可能采用。
对于南方地区或暴雨径流较大的沿江、河城市,城市的排涝工程应尽量结合实际情况。城市防洪既是流域和区域防洪的一个重要组成部分,又是城市建设的一个重要方面,随着经济社会的快速发展,人民生活水平的不断提高,对城市防洪的要求将愈加全面,更为严格。城市防洪建设中采用符合现代城市发展特点的治水思路和防洪技术也就更加具有紧迫性和重要性。
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