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  防御洪水危害人类的对策、措施和方法。它是水利科学的一个分支,主要研究对象包括洪水自然规律,河道、洪泛区状况及其演变。防洪工作的基本内容可分为建设、管理、防汛和科学研究。
  洪水是一种自然现象,常造成江河沿岸河谷、冲积平原和河口三角洲、海岸地带的淹没。但由于洪水现象的周期性和随机性特点以及自然环境的变化和人类活动的影响,这些地带被淹没的范围和时间既有一定的规律性,又是不固定的和有机率性的。这些受洪水泛滥威胁的地带,大多仍可被人类开发利用,从而出现了洪水灾害(见水灾)和防洪问题。洪泛区又常具有适宜发展农业与其他经济事业的优越条件。随着人类社会的发展,洪泛区的开发利用日益扩大,有些地区还逐渐成为人口稠密、经济发达的地区。世界上很多国家,已开发的洪泛区常成为其主要经济区。如日本国洪泛区占其国土面积的10%,居住人口一半以上,聚集财富占72%,且有愈益集中的趋势。荷兰国绝大部分为平原,约有24%的土地低于海平面,80%的土地靠海堤保护。苏联有5%的土地受融雪、暴雨、冰凌洪水为害,平均每年有5400~8100万亩受灾。中国国土有10%左右的面积位于河湖沿岸及滨海三角洲地区,居住着约50%的人口,工、农业产值已分别占全国的70%与60%,历来是中国政治、经济、文化中心所在。世界上还有许多国家也有类似情况。因此,防洪在很多国家的江河治理中被列为首要或主要任务。
  沿革  在原始公社与奴隶社会,生产力水平低下,人们为了生存,只能适应水的特性,趋利避害,即"逐水草而居,择丘陵而处"。进入封建社会,随着生产力的发展,逐步采用土堤等简易工程措施防御洪水,并在一些河流上逐步建成堤防工程,发展较快的地区还开展了综合性的防洪治理。如埃及、巴比伦、中国等文明古国都有悠久的防洪发展史。公元前3400年,埃及美尼斯王朝的第一位法老即开始在尼罗河上筑堤防洪,保护首府不受洪水灾害。古巴比伦公元前20世纪在幼发拉底-底格里斯河的美索不达米亚平原筑堤防洪,并引洪灌溉。
  中国古代传说,公元前2000多年"鲧障洪水",大概是用堤埂把居住区和耕地保护起来。禹则进一步采用了"疏川导滞",汇流入海的治水办法,即疏通主干河道,导引漫溢出河床的洪水入海。战国时,黄河下游堤防已较普遍,各诸侯领域都各自修有长堤保护。秦始皇统一中国(公元前221年)后,实行"决通川防",即将黄河下游各诸侯领域内分散的堤防改建成统一的堤防。江浙一带河口、海滨,秦汉时已开始筑海塘(海堤)防潮。到汉代筑堤、堵口,开渠技术都有较大进展,并开始出现多种措施的综合治理。如西汉时期,郭昌在黄河下游裁减弯道三处。唐代在海河流域永济渠(即以后的京杭运河的一段)以东开挖减河,增辟新的入海水道,并在永济渠以西,利用大量的洼、淀滞洪。明代潘季驯在黄河下游修建崔镇、徐升、季泰、三义等四座减水坝(即溢洪堰)分减洪水;在淮河修筑高家堰使原沼泽地形成了洪泽湖,用以调蓄淮河洪水。
  中国古代在治河理论方面,主要通过黄河防洪的实践,从西汉起即有较大的发展,如贾让的治河三策,张戎论黄河水沙等。北魏景明三年(502)至正始三年(506)崔楷提出置分水口以防御非常洪水。宋徽宗元年(1101)左正言、任伯雨提出用遥堤防洪办法。金章宗泰和二年(1202)颁布《河防令》,规定黄河汛期的河防修守法规。元至治元年(1321)赡思编著《河防通议》,记述了河工具体技术。至正十一年(1351)贾鲁堵黄河堤防的决口时,采取疏、浚、塞并举的措施。明嘉靖(1522~1566)年间刘天和归纳黄河灾害为"善淤、善决、善徙"。明万历十八年(1590)潘季驯著《河防一览》,阐述了"以河治河,以水攻沙"的治河主张和加强堤防修守的制度和措施。
  1640年英国资产阶级革命后,随着生产力的发展和科学技术的提高,防洪开始利用近代科学技术,建成了较大规模的河流或地区的防洪系统,修建了较大型的治河工程和水库防洪工程等。大约在1800年德国提出整治莱茵河报告,1807年提出城乡防洪计划,1817~1824年卡尔斯鲁厄地区建成 4处河道裁弯工程。1863年美国成立陆军工程兵团,除负责军事工程外,还负责美国主要河道的防洪、航运、水力发电和河道整治工程。1870~1875年奥地利兴建了首都维也纳的防洪系统。1885年前后,法国与瑞士整治两国之间的莱茵河段。1877年俄国开展库班河流域的防洪工程。美国联邦政府在1879年批准在陆军工程兵团下设立密西西比河委员会,开始密西西比河的治理,20世纪初期在迈阿密河为代顿市防洪修建了 5座水库。1917年国会通过了第一部防洪法令。中国明代后期在黄河下游开始采用放淤固堤,清代淮河下游修归海五坝、归江十坝,1919年在河南陕县西和山东泺口两处设立黄河水文站,开始用科学方法进行水文观测,并用电报传报水位、流量等。1915年李仪祉开始引进西方水利理论和河防科技,对黄河进行勘测研究,制定治黄方略,培修北金堤等。由于中国近代受帝国主义入侵,国内政治经济腐败衰落,科学技术落后,以致在防洪理论上和实践上均进展缓慢。
  第二次世界大战前后,科学技术进入一个新的发展阶段,生产力突飞猛进,坝工技术飞速发展,水库建设进入一个大发展时期。河流治理,由于大规模的水库建设而进入防洪与兴利相结合的综合利用水资源的新阶段,水库防洪也得到较大发展。如美国田纳西河流域发展了防洪、航运与水力发电的综合治理。随着城市和大工业区的发展,加强了城市防洪。一些经济发达的国家的主要江河的防洪系统基本建成,如美国的密西西比河,欧洲的多瑙河、莱茵河,埃及的尼罗河,日本的利根川、淀川。苏联、加拿大、印度等国在二次世界大战后,都先后兴建了大型防洪工程。由于完全运用工程措施防洪,特别是防御稀遇的大洪水既不经济,又不合理,因此防洪非工程措施越来越受到重视。进入70年代后,一些国家对于河流的治理开发,逐渐注意到经济效益、社会效益和环境效益的统一。
  自1949年中国防洪开始进入了新的发展时期。20世纪50年代集中力量进行江河堤防的培修加固,制订了主要江河的综合利用规划,特别是主要江河的平原区防洪规划。堤防工程从1949年的 4.2万km发展到1985年全国共兴建培修堤防17万km,疏浚整治了各级河道,开辟了淮河、海河新的排洪河道,兴建了荆江分洪工程东平湖分洪工程等大江大河的分洪工程,修建了官厅水库三门峡水利枢纽丹江口水利枢纽柘溪水电站等具有较大防洪作用的水利枢纽工程,黄河下游、长江中下游、淮河、海河等河流的工程措施与非工程措施相结合的防洪系统初步形成,对防御普通洪水、保证重点地区和城市的防洪安全有着重大的作用,战胜了长江1954年大洪水、黄河1958年大洪水,取得了黄河伏秋大汛40年没有决口的卓越业绩。但目前主要江河的防洪标准还比较低,许多江河一般只可防御10~20年一遇洪水。现正在继续进行防洪工程和防洪非工程措施的建设,以逐步提高完善各主要江河上的防洪系统。
  基本内容  分为下列四个方面。
  建设  防洪建设直接关系到人们的生命财产安全,必须慎重对待。
  ①防洪规划:属河流流域规划的一部分,一般需先独立进行,再与其他专业水利规划结合。进行防洪规划时,首先要对所在河流或地区的自然条件、社会经济情况、洪水与历史洪灾等进行勘察、调研,获取必要的资料,据以拟定比较方案,包括主要防洪工程措施的规模,再结合综合规划,通过比较或优选,编制河流防洪、城市防洪、海岸防洪等规划,并选定主体防洪工程(如河道整治分洪工程、水库等)和防洪非工程措施(如洪水预报警报系统、洪泛区管理、行洪道清障洪水保险防洪调度超标准洪水紧急措施等)的规模。
  ②工程设计:根据规划选定的工程措施选择工程位置(如坝址、堤线、分洪区等);再根据工程等级标准和防护对象的要求,做好勘测、试验、计算,提出工程总体布置和主体建筑物设计的各项工程特征值、工程量和投资估算等。大型工程还应编制施工规划或施工组织设计
  ③施工:与一般水利工程施工相同,而防洪工程中的堤防修筑和河道开挖,一般工程总量虽大,但比较分散,在中国和有些国家,仍采用人力为主进行。
  管理  包括防洪工程的养护维修和防汛中的调度运用。要求工程完好,汛期能灵活运用;调度运用合理,既能够满足预定的防洪要求,又要保证工程安全。主要工作如下。①检查观测:及时掌握工程设施的工作状态,如发现问题,即迅速处理。②养护维修:对主体建筑物进行经常性的维修和定期大修,以保持工程设施的完好安全,保证能在正常和非常情况时灵活运用。③防守抢险:汛期对防洪设施组织防守,出现险情时,及时抢护,充分发挥已有防洪工程的作用,保障保护区的安全。④防洪调度:根据防洪调度规程,针对可能出现的洪水和防护区的实际情况,按照渡汛计划和紧急措施方案,对防洪系统中的各项设施进行调度。做到在洪水不超过设计标准时,可满足保护区安全渡汛的要求;遇超标准洪水则要兼顾主体建筑物安全和重要地区、城市的安全,使洪灾损失减少到最小限度。⑤制定防洪法规:用作防洪工作的行为规范,有利于加强工程管理;保护防洪设施安全;发挥防洪系统的效益;调整人们在生产、生活、经济建设中所产生的相互间的利益矛盾。此外,在管理中还要不断地进行技术改造和设备更新。
  防汛  受洪水威胁比较严重的国家,对防汛都很重视,一般从中央到地方都设有防汛机构。如美国由陆军工程兵团负责全国防汛调度和指挥,下设12个大工区,密西西比河的管理还设有委员会;日本国由建设省负责河川治理、防汛等,省下设8个地方局,还成立有河流委员会,各县有相应机构;印度设中央防洪委员会,各邦有防洪委员会,还有四个流域委员会。中国于1950年成立中央防汛总指挥部,1988年易名为国家防汛总指挥部,负责全国防汛工作的全面领导;省(市)、地(市)、县(市)分别设立防汛指挥部,长江和黄河还设流域防汛指挥部,分别负责辖区防汛有关任务。防汛本着"以防为主,防重于抢"的原则,做好各项工作,如行洪道清障,制订渡汛措施,洪水预报、警报,防汛抢险,防洪调度,善后工作等(见防汛堤防抢险)。
  科学研究  现代防洪科学技术的迅速发展,水资源综合利用的迫切要求,相邻学科的渗透、促进,以及洪水给人类社会经常造成重大灾害损失等,迫使人们重视防洪科学的研究。
  ①洪水研究:对复杂的洪水现象已由20世纪30年代的经验描述,逐步进入定量的理论推导来解释其因果关系。当前已开展地面水文观测和遥感技术,从单站测报系统发展为流域的全国的网化自动系统;研究数学物理成因理论,通过实验探索洪水规律。如洪水模型对复杂的洪水现象给出近似的表达,这在洪水理论研究和实用方面都受到重视;随机水文学研究用概率论方法描述和分析水文过程,研究资料的收集,水文随机模拟及预报;新技术的应用,如电子计算机求解河渠非恒定流方程组、洪水预报调度,用遥感技术准确测定降水分布、暴雨移动速度;绘制积雪覆盖图;分析洪水含沙量变化;估算洪水等。这些揭示洪水变化规律与运动特性的研究,对确定设计洪水位和洪水重现期,发展防洪科学有重要意义。
  ②河床演变研究:水流、泥沙与河床的相互作用,导致河床的冲淤变化,人类活动改变河床的水流和泥沙的状况,也改变河床的自然演变规律。河床演变直接影响到河流的防洪。如中国的黄河年输沙量16亿t,在下游形成游荡性的地上河,洪灾严重,2000多年溃口1000多次,并多次改道。长江宜昌站年输沙量5亿t以上,长期演变的结果,使河道安全泄量在缺少湖泊调蓄的河段远低于上游来量,荆江河段尤为突出。因此需要运用河流动力学的理论,研究河床自然演变的规律以及防洪设施对演变的影响。
  ③洪灾损失研究:进行洪水灾害调查,对了解淹没区受灾程度、估计洪水损失、划分洪泛区范围、制定防洪法规很有意义。调查研究的内容有各种洪灾成因造成的洪灾总损失、特大洪水造成的损失及一些特殊地区的洪灾损失及其对社会的影响等。通过一定程序和方法所获得的客观调查资料,将为统一估算洪水损失提供可靠依据。
  ④防洪技术研究:在防洪措施方面,工程和非工程措施,都已得到很大发展。但在工程措施方面,对应用新材料、新结构、新工艺,缩短工期,提高质量等仍极需继续研究。如在堤防、大坝等水工建筑物设计中,应用土力学岩石力学水文学、地质学、河流动力学的新成就;应用在土石、混凝土、合成高分子材料、建筑材料试验等方面的新成果;在施工技术中,应用系统工程、自动化技术,安排施工进度、选择设备、提高施工效率和质量。在非工程措施研究方面,如应用洪水预报警报、优化防洪调度、环境评价、制定科学的防洪法规等都是防洪研究的重要课题。
  发展趋势  20世纪以来,人类虽然兴建了大量的防洪设施,防洪标准有所提高,但是洪水灾害仍然是对人类的主要威胁。今后防洪的发展趋势如下。
  ①防洪将更为重要:随着社会经济的不断发展,今后如再发生同样的淹没范围,其洪灾损失将越来越大。例如日本在1960年洪泛区的财富密度每平方公里 200万美元,1965年为360万美元,1970年为660万美元,在1945年以前,年均损失为0.92亿美元,1945年以后,则增到3.39亿美元,为1945年前的9倍多。美国水资源理事会估计,近10多年来年平均洪灾损失为10亿美元,预计到2020年洪灾年平均损失将增加到50亿美元。因此,为了减少洪灾损失,今后对防洪必将更为重视。
  ②防洪与水资源综合利用相结合:水资源的开发工作,已由单目标发展到多目标(见多目标水利规划),由单纯的经济考虑发展到经济、社会、环境等多方面研究,而防洪在世界上很多国家都是作为流域综合治理的一个重要组成部分,它与发电、灌溉、排水、供水、环境和生态改善等相结合,是今后的发展方向。
  ③非工程防洪措施将更多为人重视:如洪水预报的预见期增长,预报精度提高,信息传递加速,防洪问题将能更有效地得到经济合理的突破。研究利用新技术、新设备提高洪水预报警报的水平,已成为一个重要而紧迫的课题。又如洪泛区管理,也是研究防洪非工程措施的重要途径。
  ④城市防洪日益重要:世界上大多数城市都是沿江河、海岸修建的,人口和财富的不断集中,将导致在城市周围及上游地区采取大规模昂贵的防洪措施。
  参考书目
 K.K.Framji and B.C.Garg, Flood Control in the World──A gobal Review,ICID,New Delhi,1976.

 

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