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《防灾减灾学》结课论文
第1章课程总结
长期以来,灾害对人类社会造成了巨大损失。
在与灾害的斗争中,人们不断研究总结形成一门新的科学——防灾减灾学。
它是以防止灾情为目的,综合运用自然科学、工程科学、经济学等多种科学理论和技术,为社会安定与经济可持续发展提供可靠保障的一门新兴交叉学科。
我国政府长期以来高度重视防灾减灾工作,近年来更将其视为国家可持续发展战略的重要内容之一,明确要求将防灾减灾纳入经济社会发展规划。
目前,我国已先后对大多数常见自然灾种制定了50多件行政法规,对某些灾种还制定了60多件配套规章[1]。
1990年代,中国学位委员会在调整博士点学科时,将“防灾减灾工程及防护工程”列入工科一级学科“土木工程”中。
此后,许多高校成立了相应的研究所,设立硕士点和博土点培养这方面的高级专业人才。
本课程的内容包括:
防灾减灾总论,地震灾害(防震减灾、工程结构抗震),地质灾害(滑坡、泥石流)和洪水灾害(大坝、堤防、边坡、水库)。
其中,本章节将着重讲述洪灾和泥石流两个方面的内容。
1.1洪灾
1.1.1介绍
洪灾是由于江、河、湖、库水位猛涨,堤坝漫溢或溃决,水流入境而造成的灾害。
洪灾除对农业造成重大灾害外,还会造成工业甚至生命财产的损失,是威胁人类生存的十大自然灾害之一。
1.1.2成因
洪水是暴雨、急剧融冰化雪、风暴潮等自然因素引起的江河湖泊水量迅速增加,或者水位迅猛上涨的一种自然现象,是自然灾害。
1.1.3分类
(1)根据形成的直接成因分类
根据形成的直接成因,可分为暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、冰川洪水、溃坝洪水与土体坍滑洪水等。
其特点主要表现在具有明显的洪水产流与汇流过程、洪水传播、洪水调蓄与洪水遭遇的问题、洪水挟带泥沙以及洪水周期性与随机性等问题。
(2)按地区分类
按地区可分为:
河流洪水、融雪洪水、冰川洪水、冰凌洪水、溃坝洪水、山洪、风暴潮等。
河流洪水:
是最常见、威胁最大的洪水。
它是由较大强度的降雨形成的,简称雨洪。
河流洪水的主要特点是峰高量大,持续时间长,灾害波及范围广。
融雪洪水:
主要发生在高纬度积雪地区或高山积雪地区。
冰凌洪水:
主要发生在黄河、松花江等北方江河上。
由于某些河段由低纬度流向高纬度,在气温上升、河流开冻时,低纬度的上游河段先行开冻,而高纬度的下游河段仍封冻,上游河水和冰块堆积在下游河床,形成冰坝,也容易造成灾害。
在河流封冻时也有可能产生冰凌洪水。
溃坝洪水:
是指大坝或其他挡水建筑物发生瞬时溃决,水体突然涌出,给下游地区造成灾害。
这种溃坝洪水虽然范围不太大,但破坏力很大。
此外,在山区河流上,因地震引发山体崩滑,阻塞河流,形成堰塞湖。
一旦堰塞湖溃决,也形成类似洪水。
堰塞湖溃决形成的地震次生水灾损失,往往比地震本身所造成的损失还要大。
山洪:
山区溪沟中发生的暴涨暴落洪水。
由于山区地面和河床较陡,降雨后产流和汇流都较快,形成急剧涨落的洪峰。
所以山洪具有突发性、水量集中、破坏力强等特点。
风暴潮洪水:
由于热带风暴的影响,常引起风暴潮,使潮位陡升,伴随大暴雨,造成水灾。
1.1.4我国洪灾概况
我国幅员辽阔,大约3/4的国土面积存在着不同类型和不同程度的洪水灾害。
防洪重点的东部平原地区,如辽河中下游、海河北部平原、长江中游(江汉平原、洞庭湖区、鄱阳湖区以及沿江一带)、珠江三角洲等,它们在地理上都有一个共同特点,即位于湖泊周围低洼地和江河两岸及入海口地区。
另外,东南沿海一些山区和滨海平原的接合部,也属于洪水危险程度较大的区域。
它们大多都在受洪灾影响最大的是洪泛区。
我国有洪泛区近100万平方公里,全国60%以上的工农业产值,40%的人口,35%的耕地,600多座城市,主要铁路、公路、油田以及许多工矿企业受到洪水灾害的威胁。
1.1.5防洪的原则
防洪:
指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
一条河流或地区的防洪任务,通常由多种措施相结合构成的工程系统来承担。
本着除害与兴利相结合,局部与整体统筹兼顾,蓄泄兼筹,综合治理等原则,统一规划。
一般在河流的上中游山区、丘陵区,新建山谷水库,滞蓄洪水,防治山洪,调节径流;
山丘地区广泛开展水土保持,蓄水保土,发展农林牧业,改善生态环境;
在中下游平原地区,修筑堤防,整治河道,治理河口,以利泄洪,并因地制宜(利用湖泊洼地)修建分蓄(滞)洪工程,以达到减免洪灾的目的。
(1)需要与可能相结合的原则
根据洪水的特性、历史洪水灾害,考虑国民经济有关部门与社会各方面对防洪的要求,再根据防护区的政治、经济现状,研究在现有财力与技术条件下可能采取的各项防洪措施。
结合生产力的合理布局,根据国家防洪标准,制定保护对象的防洪标准和经济合理的防洪方案,且应包括尽可能地防御毁灭性灾害的应急措施等[18]。
(2)局部与整体相结合的原则
防洪规划中要强调从全局出发,上下游、左右岸统筹兼顾,必要时做某些局部的牺牲,以顾全大局和重点保护对象的安全。
(3)近期与长远相结合的原则
洪灾直接威胁人身安全和国民经济的发展,但影响范围和严重程度有差别,要根据各地区或部门对防洪的要求,分轻重缓急,采取分阶段有计划地逐步提高不同保护对象的防洪标准。
近期实施要求与远景规划相适应。
一般要尽快尽早地提出防御常遇洪水灾害的要求,并要有防御超标准洪水或毁灭性灾害的应急对策与措施。
(4)防洪与水资源综合利用相结合的原则
开发水资源和治理江河,要考虑综合利用与防洪利益相结合,把国家经济各部门的整体利益作为规划总目标,统筹兼顾,使得防洪与多目标开发水资源合理地结合起来。
规划既要采取必要的措施,提高保护区的防洪标准,也要满足水资源的综合利用要求。
(5)工程措施与非工程措施相结合的原则
防洪工程耗资很大,并需占用大片土地,而防洪非工程措施对用较少的投资,减小洪水损失。
因此,在防洪规划中要研究这两者的良好结合,达到优化防洪系统的目的,大中小型防洪工程相结合。
1.1.6防洪规划
城市防洪排涝规划是搞好城市防洪建设的基础,直接关系到城市的安全和发展。
城市防洪排涝规划包括基本资料的收集、保护范围和防洪标准的确定、防洪措施的选择、防洪工程总体布局等。
(1)基本资料的收集整理和分析
收集规划所需的自然、社会、经济等方面的基本资料,以及历次发生洪水的水位、洪量、持续时间、洪水频率、受灾情况等资料。
分析被保护对象在城市总体现划与国民经济中的地位,以及洪灾可能影响的程度;
分析城市现有堤防情况、抗洪能力等。
规划必须收集、分析和评价水文、泥沙、河道、海岸冲淤演变趋势、地形、地质、已有防洪设施以及社会经济、洪灾损失等基础资料。
在调查分析历史洪灾资料时,要考虑调查年代至计算时淹没区内社会经济条件发生的变化,对当年调查的洪灾损失进行必要的调整和修理;
参考使用类似年份的洪灾损失时,还要考虑洪水不同的影响,通过水文水利计算并结合调查的方法计算洪灾损失。
通常要先根据调查资料,分析不同频率洪水下淹没水深、淹没历时和各项损失率的关系,然后再根据水文水利计算成果,推算各项损失和总损失。
(2)规划范围和现状防洪能力的论证
根据城市洪水灾害特点和城市发展布局、城市地形确定城市防洪范围,然后根据城市现有的防洪工程设施和洪水的性质,论证城市现状防洪能力分析。
(3)城市防洪设计标准的确定
在城市总体规划和基本资料整理分析的基础上,划定保护区,分析保护区洪水灾害的成因和特点,根据洪水特点、国家防洪规范和城市人口等情况,分析论证城市所需要达到的防洪标准。
根据河道行供能力、现状堤防标高、排洪沟渠的排洪能力以及设计防洪标准,论证城市防洪工程新建或加高加固是否必要[19]。
(4)城市防洪排涝总体方案的选定
对河洪防治而言,可以采取加高堤防、扩大泄量、分洪滞洪、水库拦蓄等措施,对泥石流可以采取拦挡、排导等措施,山洪可以采用就低洼地滞洪和排入河流等。
因此,一个城市可能有几个可行的防洪排涝方案。
综合制定几个代表性方案,计算其工程量、投资、效益、影响等指标,通过技术经济分析论证和多方论证,选择最佳方案。
1.1.7防洪的基本措施
(1)工程措施
防洪工程是控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。
主要有堤、河道整治工程、分洪工程和水库等。
按功能和兴建目的可分为挡、泄(排)、分和蓄(滞)等几类。
a、挡水工程
主要是运用工程措施“挡”住洪水对保护对象的侵袭。
如河堤、湖堤、海堤和挡潮闸等。
“挡水”防洪工程是最古老和最常用的措施。
挡水工程将改变洪水自然宣泄和调蓄的条件,抬高天然洪水位。
一般堤线都较长、筑堤材料和地基选择余地较小、结构不能太复杂,堤身不宜太高。
因此,用挡的办法防御洪水在技术经济上受到一定限制。
b、泄洪工程
增加泄洪能力。
常用措施有修筑河堤、整治河道(扩大河槽、裁弯取直)、开辟分洪道等,是平原地区河道较为常用的措施。
c、分洪工程
分洪工程是在河流的某一处或数处分泄一部分洪水直接入海、或入其他河流、或入附近湖泊、或入预筑的分洪区,以消减通过河流的流量,减轻洪水对堤防的威胁。
它是河流防洪系统中重要的组成部分。
分洪工程是牺牲局部,保存全局的措施。
组成:
一般由进洪设施与分洪道、蓄滞洪区、避洪措施、泄洪排水设施等部分组成。
d、蓄洪区
主要是拦蓄(滞)洪水,削减洪峰,减轻下游防洪负担。
如利用水库、分洪区(含改造利用湖、洼、淀等)工程等,其范围一般由围堤划定。
蓄洪区在世界上大江大河的防洪中广为应用,工程较简单,施工期短,投资相对较省。
中国有些蓄洪区在大水年蓄洪,小水年垦殖,这样蓄洪区称为蓄洪垦殖区。
e、滞洪工程
利用河道附近的湖泊和洼地,引进一部分洪水临时蓄积起来,待洪峰过后再排入原河道,叫做滞洪。
由于天然湖泊、洼地的滞洪效果不大,因此需建闸控制提高其滞洪能力。
在河道低水期开闸预降湖泊、洼地的水位,然后关闸拒绝倒灌,直至洪峰来到时,开闸引水,消减洪峰,待洪峰过后再徐徐放出。
f、避洪工程
在分洪区运用时,为保障区内人民生命安全,并减少财产损失而兴建的工程。
它是分洪蓄洪工程的重要组成部分,主要包括安全区、安全台(村台)、避水楼房、转移道路、桥梁和交通工具、救生设备、通讯设备和预报警报系统。
g、排水泄洪工程
为及时排出分洪区内的分洪水量而设置的工程措施。
排水方式有自流排(如排水涵闸)和提排(如机电排水站)两种。
h、水土保持
除了上述工程外,水土保持同样也可以起到防洪作用。
由于水土流失河道演变逐渐向恶化方向发展,其主要原因是受流域内上游地区水土流失的影响。
如黄河流域水土流失极为严重,平均每年泄入黄河的泥沙12~15亿吨,其中下游河道淤积3~4亿吨。
因此治河必须治山,搞好水土保持,解决水土流失问题。
水土保持在防洪上的作用:
a.就地蓄水减少地面径流,改变径流年内分配;
b.增加地面糙率,增加流程;
c.减少河流夹带的泥沙,减少泥沙在河道、湖泊、水库里的淤积;
d.保护地面表层的肥沃土壤不被雨水冲走,有利于农、林业的种植。
(2)防洪非工程措施
防洪非工程措施:
是指通过法令、政策、经济手段和工程以外的其它技术手段,以减少洪灾损失的措施。
防洪非工程措施的基本内容为:
洪泛区管理;
行洪道清障;
洪水保险;
洪水预报警报系统;
超标准洪水紧急措施;
救灾。
1.1.8案例分析(阜阳市城区防洪分析)
根据《防洪规划》,阜阳城防洪标准为50年一遇。
由于过量开采地下水,导致地面急剧沉降,堤顶高程和防洪标准也随之降低。
而新扩大的城区无封闭圈堤,再加上城市防洪设施建设滞后,城市的综合防洪能力过差,阜阳城基本上是一座不设防的城市。
如果发生20年一遇标准的洪水,阜阳城95%以上的城区和郊区面积以及30万以上的非农业人口将处于洪水位以下,人民群众生命财产将受到严重威胁。
(1)城区防洪存在的问题
城区防洪困难
a、地形地貌
由于自然形成的地形地貌以及过量开采地下水导致的地面急剧沉降等原因,城区的地形基本上是中间低,四周高,总体上兼有自西北向东南倾斜的趋势,给城区排涝造成很大困难。
b、气候
由于气候原因形成的降雨量年际分布不均匀,最大年降雨量1616.3mm(1956年)和最小年降雨量447.1mm(1932年)相差3.6倍,而每年的降雨又集中在6~9月份(占全年降雨的60%左右)。
由于降雨强度大,地面入渗小,汇流时间慢,造成地面径流量过大,增加了城区的防洪困难。
城市地下汇水系统标准低,排水慢
目前,城区地下汇水管道达161km,对拥有54.9万km2面积和80.8万城市人口的城区来说远远不够。
况且大部分汇水管道管径偏小,新城区汇水管道管径大多为0.8m~1.5m,管道长59.24km,排水箱涵3.56km。
老城区地下汇水管道管径大多为0.5m~0.8m,个别地方的管道管径不足0.5m,约占总长度的60%,且大部分采用明渠加盖板的形式,极易阻塞。
虽然近几年结合旧城改造,新换了一批大管径的下水管道,但大部分管道没有更换,致使整个城区的地下汇水系统不配套、不畅通,大管径的下水管道难以发挥作用,而小管径的管道又易淤积堵塞,一遇短时间的强降雨,极易发生严重内涝。
排水沟渠淤积,洪水出路受阻
阜阳城区内河众多,纵横交织。
主要排水沟渠有8条,虽然排水管网基本健全,骨干排水沟渠已经
形成,但排水沟渠不够畅通,再加上居民倾倒垃圾和水土流失等诸多原因,造成沟渠调蓄库容减少,径流
系数加大,汇流速度加快,排水沟渠出口常受外河水位顶托,遇到强降雨也易造成城区涝灾。
违章建筑阻碍河道排水
阜阳城区内,沙颍河、汾泉河行洪滩地上均有违章建筑物。
沙颍河阜阳闸上游1.25km堤段被铁路下河线、煤建中转站、航运站、油渣库等单位占据,煤建中转站还挤占沙颍河左滩地宽约40m,沿河筑围墙360m。
汾泉河河口左岸滩地大部分被造船厂占据。
由于违章建筑减小了河道的泄洪能力,致使沙颍河、汾泉河洪水在城区壅高,加大了洪水对阜阳城区的威胁程度。
排涝泵站不能满足要求
阜阳城区有11座排涝泵站,其中红旗涵机电设备锈蚀老化,前池淤塞严重;
农机校站、莲花站由于建造年代久,设计标准低,闸门锈蚀,设备老化严重等问题,已不能发挥其排涝作用。
目前,向城外直接抽排的泵站主要有3座,总装机容量为台1550kW,最大抽排流量为21.2m3/s,远不能满足排涝要求。
堤防标准过低,导致城区防洪能力下降
阜阳城区堤防分为颍河东区、颍河西区、泉河北区3部分。
其中颍河西区、颍河东区规划防洪标准为50年一遇,泉河北区规划防洪标准为20年一遇。
实际上均达不到规范标准。
(2) 对提高城区综合防洪能力的建议
认真宣传、贯彻《中华人民共和国防洪法》,增强全民的防洪意识
阜阳城过去曾多次遭受洪灾,虽损失惨重,但广大市民的防洪意识非常淡薄,政府部门也没有做到大力宣传。
因此,要认真宣传贯彻《中华人民共和国水法》,《中华人民共和国防洪法》,《水土保持法》等法律法规,增强全体市民的防洪意识,努力营造一种全民重视防洪保安的社会氛围。
按照国家有关标准做好阜阳城区的防洪规划与建设
2000年,国家防总批准阜阳市为全国重要防洪城市,按《城市防洪规划》设防标准,阜阳城防洪标准为50年一遇。
因此,应按50年一遇标准制定城市防洪规划,对已建的防洪工程,标准不够的应抓紧改造,对未建工程应逐步按标准实施。
加快老城区地下汇水系统改造,完善城区排水系统
阜阳城老城区还有约100km的下水道管径过小,需要改造。
但由于改造城区下水道涉及范围广,需要资金多,是一项系统工程。
因此,在城市规划时应制定出老城区的下水管道改造计划,在老城改造时按标准实施,使老城区的的排水系统通过旧城改造达到规划要求,逐步减少洪涝灾害带来的损失。
对城区内的排洪沟渠清障清淤
对城区内的排洪沟渠进行清障,消除人为障碍,使排洪沟渠能够畅通无阻。
对淤积的河段应清淤疏浚,使其达到设计标准,提高城区的综合防洪能力。
同时还要加大水法规执法力度,实施对城区旧房改造、市政建设、居民生活等弃渣弃土和生活垃圾的监督管理,防止和杜绝新的人为填占和阻塞河道的事件发生,使河道宣泄洪水的能力得到尽可能的发挥。
加高加固堤防,提高防洪标准
阜阳城区防洪工程的重大缺陷主要是圈堤不封闭,颍、泉河部分堤身单薄、超高不足、病险涵闸及缺做出决策,指挥抗洪抢险工作,广大人民群众也可根据预报及时撤离,大大减轻洪水灾害。
加强水土保持工作
由于现在对水土保持的重视以及国家林业政策的调整,水土流失的趋势逐渐减缓。
因此,必须对水土流失严重地区进行综合治理。
主要治理措施有生物措施(包括造林绿化和管护设施)、工程措施(含排水工程、拦蓄工程等)以及建设基本农田。
此外,尚应建立预防监督体系和网络,加强管理。
依法治水
防洪减灾是国家和政府的重要任务也是全民的义务和责任,为动员社会力量参与防洪减灾行动,水利部门要强化防洪法制建设与管理,深入贯彻执行和广泛宣传《防洪法》、《河道管理条例》和《防洪条例》等法规,增强依法管理力度,提高全民防洪意识。
加强对河道、防洪工程的管理。
依法清除河道行洪障碍;
严禁任何单位、个人向河道中倾倒工业和生活垃圾;
严厉打击破坏河道安全和管理设施的行为[2]。
1.2泥石流
1.2.1介绍
泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑,地形险峻的地区,因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。
泥石流具有突然性以及流速快,流量大,物质容量大和破坏力强等特点。
发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等,造成巨大损失。
1.2.2成因
泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流,它的面积、体积和流量都较大,而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域,典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。
在适当的地形条件下,大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质,使其稳定性降低,饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动,就形成了泥石流。
泥石流是一种灾害性的地质现象。
通常泥石流爆发突然、来势凶猛,可携带巨大的石块。
因其高速前进,具有强大的能量,因而破坏性极大。
1.2.3分类
(1)按物质成分分类
a、由大量粘性土和粒径不等的砂粒、石块组成的叫泥石流;
b、以粘性土为主,含少量砂粒、石块、粘度大、呈稠泥状的叫泥流;
c、由水和大小不等的砂粒、石块组成的称之水石流。
(2)按流域形态分类
a标准型泥石流
为典型的泥石流,流域呈扇形,面积较大,能明显的划分出形成区,流通区和堆积区。
b河谷型泥石流
流域呈有狭长条形,其形成区多为河流上游的沟谷,固体物质来源较分散,沟谷中有时常年有水,故水源较丰富,流通区与堆积区往往不能明显分出
c山坡型泥石流
流域呈斗状,其面积一般小于1000㎡,无明显流通区,形成区与堆积区直接相连。
(3)按物质状态分类
a、粘性泥石流,含大量粘性土的泥石流或泥流。
其特征是:
粘性大,固体物质占40-60%,最高达80%。
其中的水不是搬运介质,而是组成物质,稠度大,石块呈悬浮状态,暴发突然,持续时间亦短,破坏力大。
b、稀性泥石流,以水为主要成分,粘性土含量少,固体物质占10-40%,有很大分散性。
水为搬运介质,石块以滚动或跃移方式前进,具有强烈的下切作用。
其堆积物在堆积区呈扇状散流,停积后似“石海”。
以上分类是中国最常见的两种分类。
除此之外还有多种分类方法。
如按泥石流的成因分类有:
水川型泥石流,降雨型泥石流;
按泥石流流域大小分类有:
大型泥石流,中型泥石流和小型泥石流;
按泥石流发展阶段分类有:
发展期泥石流,旺盛期泥石流和衰退期泥石流等等。
1.2.4我国泥石流概况
我国泥石流的暴发主要是受连续降雨、暴雨,尤其是特大暴雨集中降雨的激发。
因此,泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律相一致,具有明显的季节性。
一般发生在多雨的夏秋季节。
因集中降雨的时间的差异而有所不同。
四川、云南等西南地区的降雨多集中在6-9月,因此、西南地区的泥石流多发生在6-9月;
而西北地区降雨多集中在6、7、8三个月,尤其是7、8两个月降雨集中,暴雨强度大,因此西北地区的泥石流多发生在7、8两个月。
据不完全统计,发生在这两个月的泥石流灾害约占该地区全部泥石流灾害的90%以上[20]。
泥石流的发生受暴雨、洪水的影响,而暴雨、洪水总是周期性地出现。
因此,泥石流的发生和发展也具有一定的周期性,且其活动周期与暴雨、洪水的活动周期大体相一致。
当暴雨、洪水两者的活动周期是与季节性相叠加,常常形成泥石流活动的一个高潮。
1.2.5防灾减灾措施
减轻或避防泥石流的工程措施主要有:
a跨越工程
是指修建桥梁、涵洞,从泥石流沟的上方跨越通过,让泥石流在其下方排泄,用以避防泥石流。
这是铁道和公路交通部门为了保障交通安全常用的措
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