山洪与泥石流灾害.ppt
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1、1、河道环流特征,不恒定性是河道水流的重要特性。河道的来水来沙情况随时间而变化,河床也经常处于演变中,这两方面的变化又是彼此联系的。因此,水流、泥沙、河床总是处于变化之中。因河床面一般起伏不平,周界不可能是与流向平等的棱柱体,因此河道水流一般是非均匀流。河道水流中心有正流(元生流)包括主流带、近带有边流带;与正流(元生流)相对应还有副流(次生流),它与正流不同,不是由河床纵比降的总趋势决定的,由于纵比降以外的其他因素所促成的。这种次生流,有的具有复归性,在一个区域内呈循环式的封闭流动;或者与正流及其他副流结合在一起,呈螺旋式的非封闭的复归性流动。对这类具有复归性的次生流,我们称之为环流。,元生
2、流一般以纵向为主。环流则不然,它因产生的原因不同,具有不同的轴向。因此输沙的方向,也不限于纵向。可以说,河流中的横向输沙主要是靠有关的环流造成的,而不是靠无生流或纵向水流造成的。河流水流的输沙自然是纵横两向彼此联系的。因此,一个河段的冲淤动态,除了受元生流的重要影响之外,还受环流的重要影响。,2、泥沙运动,由于横向环流的存在,蜿蜒型河段的泥沙运动有其相应的特点。这里,首先介绍由横向环流引起的弯道横向输沙问题。在横向环流的作用下,表层含沙量较小的水流不断流向凹岸并插下河底,而底层含沙量较大的水流不断流向凸岸并爬上边滩,形成横向输沙不平衡。从含沙量的等值线看,凹岸一侧较小,靠近凸岸边滩最大。从含沙
3、量沿垂线的分布看,凹岸深槽分布相当均匀,且底部含沙量梯度相当大,在凸岸边滩一带,含沙量及其梯度均比凹岸一的,最大值发生在靠近凸岸边滩处。从悬沙中值粒径的垂直线分布看,与含沙量分布类似,但垂线平均中值粒径的横向分布比较均匀,凸岸一侧较细。,悬沙及其粒径的这种分布特点,是与弯道环流直接相关的。表层含沙量较小的水流,流向凹岸后插向河底,攫取泥沙,由下部环流带向凸岸,故凸岸一侧的含沙量沿垂线分布要比凹岸一侧显得更不均匀,含沙量较大,粒径也粗;同时由于地形在凸岸边滩附近具有凸变性质,故该处悬沙的这些变化也更为急剧,经过在边滩滩唇及滩面落淤之后,含沙量自然随之减少,粒径随之变细。结合断面水深及垂线平均流速
4、可知,这些因素的最大值自凹岸与凸岸的次序是按水深、垂线平均流速、垂线平均含沙量和垂线平均中值粒径的顺序排列的。这是蜿蜒型河段变道所特有的分布规律。,蜿蜒型河过渡段悬沙含沙量分布,含沙量等值线基本上是对称于河道中心线的,沿垂线分布都比较均匀,垂线平均含沙量的横向分布也相当均匀,且与垂线平均流速的横向分布大体相适应。结合断面水深可知,这些因素的最大值都基本上居中,而没有显著的偏离。这样的分布特点,与弯道段大不相同,最根本的原因,是与过渡段环流很弱甚至不存在环流的情况相适应的。对蜿蜒型河段的水流挟沙力,可采用常见的挟沙力参数V3/gH或HJ2/3n3g作些定性分析。在这一参数中比降和断面因素显然对挟
5、沙力影响很大。就弯道段而言,洪水期水深很大,比降也大;枯水期水深变小,比降受下游过渡段壅水的影响相应变小。而糙率在枯水期因受断面形态的约束作用,再加上沙波正处在发展阶段,一般比洪水期的大。至于糙率与水深的关系大体上与弯道相似。根据这些因素的变化可知,洪水期弯道段的水流挟沙力大于过渡段的,而枯水期则相反。,前面谈到的泥沙横向或纵向输移,是将横向水流或纵向水流分开考虑的结果。如将这两者结合在一起考虑,并着眼于颗粒较粗的底沙(包括推移质及较粗的床沙质),则泥沙输移存在如下的两个突出特点:一是泥沙的异岸输移和同岸输移,二是泥沙沿程的聚散现象。试验表明:由弯道凹岸冲刷下来的泥沙,只有一部分由较强的环流旋
6、度带到本弯道的凸岸淤积下来,剩下的部分被带到过渡段和下一个弯道的凸岸淤积下来,只有很小一部分会淤积在更下游的过渡段和弯道凸岸。以第一弯道的凹岸为标准,淤在同一侧凸岸的称为同岸输移,淤在另一侧凸岸的称为异岸输移,它们是横向输移和纵向输移的综合结果。因此,淤积在某一凸岸的泥沙应该是上游很多个凹岸边滩淤积只具有暂时性质,在尔后因水流条件变化而产生的冲刷过程中,这部分泥沙又将被冲走。因此,这些淤积区,特别是过渡段淤积区,又是冲刷区,它们具有泥沙聚散地,也就是泥沙转运站的性质。这种聚散现象在前面论述泥沙纵向输移时已经述及,横向输沙只是使这种现象变得更复杂一些而已。,3、分沙口堆沙场设计原则,弯道顺底河道
7、泥沙运动,环流刷深凹岸、泥沙、卵石堆积于凸岸,避免泥沙、堵塞深槽。因此,一般不宜裁湾取直,特别是山沟溪流从陡峻的山峪进入山脚小平川交界段,当深峪高速挟沙水流进入平川流速变缓,泥沙沉淀于河口,最容易堵塞直道,流水放下泥沙,绕道而行。这就是天然河道不宜裁弯取直原因。,分沙口设在弯道的上端,与分洪口相结合。河漫滩在洪水时被淹没,而中枯水时,则露出水面以上。洪水漫滩后,由于过水断面增大,流速降低,泥沙首先沿主槽(中水河槽)岸边落淤,随着水流向下游及河漫滩边缘地带流动,淤积的泥沙数量便逐渐减少,粒径也逐渐变细。经过漫长的年代,沿主槽两岸泥沙淤积而形成较高的自然堤,河漫滩边缘地带则形成一些洼地,使河漫滩具
8、有明显的横比降。同时,河漫滩的纵比降也较主槽水流的平均比降为大。在天然河流的上游段,滩唇往往高出枯水位数米,而在下游段,则几乎与枯水位齐平。河漫滩和人类生活的关系极为密切。山区由于土地缺肥,人们都想开发利用河滩。一般都采用修筑堤防的办法来防止洪水漫溢,使河漫滩成为居住生活的场所和工农业建设的基地。这是不妥当的。河滩地可用来放牧或者种耐水作物,不能阻碍行洪,不能建房居住。安化县木榴乡为围垦300亩滩地,裁湾取直开新河。1990年、1998年洪水冲开新化县沙压农田680亩,后恢复300亩为滞洪分沙区。,弯道凹岸迎流当冲,容易崩岸,需抛石护脚。许多地方将凹岸砌石成直立岸壁,容量被水流掏空岸脚而垮堤,
9、最好的办法是抛石护脚,护脚堆石满足稳定坡(1:1)即可,不能抛口过多,过长,不宜筑矶头,这样侵占河槽过水断面,阻碍行洪。疏浚溪沟河床,恢复行洪输沙能力。许多山丘区开荒和修道路等原因,大量泥沙卵石已淤积在溪流河道中,使行洪输沙能力减小,威肋乡村防洪安全、力求治理。随着退耕还林和环境保护的进展,今后水土流失渐步减少。对当前已淤积的水道实行清淤疏浚,是治理山洪的重要举措。挖深溪沟,加固堤岸,稳定河势,改善环境。,第六章 水库漫溢防治,水库大坝一旦溃决,库内水体突然泄放,库水位急骤下降,坝下形成突发性溃坝洪水,坝下游水位陡涨,常出现立波,如一道水墙,迅速向下游推进,具有相当大的破坏力,常可持数十米高的
10、水头,洪峰速度可达10米/秒以上,足可以摧毁一切房屋建筑。1954年湖南省浏阳市宝盖洞水库因暴雨山洪漫坝溃决,冲毁坝下一座小学,死300多学生。1975年8月上旬,在淮河北系洪汝河、沙颍河水系及唐白河水系发生了历史上罕见的特大暴雨洪水。洪汝河水系上中游是本场暴雨中心地区,8月7日汝河上的板桥水库入库最大流量达1300m3/s,在水库所在泄洪设施全部开启的情况下,库水位已经平顶。8月8日1时溃坝失事,最大出库流量达78800m3/s,水头高达5至9m。溃坝洪水进入河道后,平均以每秒6m的流速冲向下游,6小时内向下游倾泄洪水达7.01亿m3。洪水到达遂平县城附近时,水面展宽至10km。估计洪峰流量
11、53400 m3/s。平地水深4.5m左右。洪河石漫滩水库也由于水大势猛,库水来不及下泄,8日零时30分库水位超过坝上防浪墙顶0.35m,大坝溃决。最大垮坝流量达30000m3/s。从垮坝到水库泄空仅5个半小时,向下游倾泄洪水1.67亿m3,造成石漫滩水库下游库容2700万m3的田岗水库随之漫决。洪河、汝河两河汇合后的班台站,一天之内涨幅达9米之多。溃坝洪流直冲下游,造成大面积淹没,人员伤亡极大,毁大量基础设施,损失极为惨重。,在防止水库漫溃方面我国已采取了许多措施,对于标准偏低的水库分别进行了加高、加固、扩大泄洪能力等方面的工程处理。对新建大型水库以及尚未脱险的大型病险库开展溃坝洪水研究。确
12、定大坝一旦失事后的洪水灾害范围,控制在灾害严重的区域内进行大规模建设。但大多数中小水库防洪措施不落实。各地方防洪主管部门应当明确了解所在地区周围的大坝安全状态,还应对于可能出现的暴雨山洪造成水库溃坝危险预先制定应急方案,包括防止溃坝方案、紧急转移疏散方案,并加强监测和预警系统的建设,避免溃坝山洪灾害。,一、水库超额洪水计算,山丘区小流域当发生特大暴雨时,应根据其降雨量快速计算出产水量和洪峰流量,检查水库是否能蓄纳得下,溢洪道是否能下泄得了,是否会漫溢坝顶。我国一般城镇和小流域防洪标准为2050年一遇。特大暴雨往往超过这个标准。所以大多数中小型水库和山塘遭遇特大暴雨时都可能面临超额洪水的处理和应
13、急抢险问题。暴雨山洪峰高、历时短、超额洪水量不大,只要有蓄或泄准备,可以防止因漫顶溃坝。,二、预防水库漫溢溃坝应急抢险措施,1、扩大溢洪道,扩大溢洪道的宣泄能力主要是加宽、加深溢洪道。溢洪道加宽挖深,可以增加很大的泄量,避免洪水漫坝。当然,溢洪道扩大,也不是轻而易举的事,可能破坏原底板或边墙。在扩挖之前,还必须采取控制和防护措施,防止冲坏坝体和岸坡塌方等,为了抗御特大洪水,确保工程安全,除主溢洪道之外,还可在坝肩修建非常溢洪道或设置辅助溢洪道,分级泄洪。非常溢洪道要选择适宜的地形和较坚实地质。,2、修建非常溢洪道,加高大坝主要是加高坝顶或修建防浪墙,加大水库的滞洪库容,增加溢洪水头及溢洪道泄量
14、,防止洪水漫顶。加高坝顶办法要因地制宜。坝顶有挡浪墙,将其杂草松土清除,并回填粘土加密防漏,在墙后用土袋或沙石袋加宽,最好在墙内侧和加叠土沙袋之间铺防渗膜或粘土(厚0.10.3m)防渗。若坝顶无挡浪墙、筑修子堤,子堤设坝顶迎水面坝肩,清除杂草松土、平整夯实,一般子堤高1.52m,底宽22.5m,顶宽0.5m,内外两侧用沙石袋叠砌,中间设薄膜和填粘土防渗漏。,3、加高大坝,扩大调蓄能力,4、大坝铺膜溢洪,在扩大溢洪道困难,仅加高大坝也难于避免溢坝情况下,用土工布铺设大坝顶和泄水坡面,临时泄洪。这种办法需注意以下方面:溢洪段选在大坝坚固部位,先清除坝面杂树碎石以免刺破薄膜;所用土工布厚3毫m以上,
15、无破损,无老化,若没有专用膜,采用农用膜,需铺多层;底部铺膜后,两侧叠沙袋做子堤,高00.5m。两侧防漏水防浸溢;泄槽末端设消能设施,不能掏冲坝脚。,第七章 山洪灾害综合治理规划,一、山洪易发区必须做好综合治理规划,暴雨山洪的突发性强、流速快,摧毁力极大,古代一般视为人力不可抗拒的自然灾害,世界各国很少就山洪灾害防治做过规划。我国近代对山洪泥石流灾害的防治很重视,正在进行山洪防治区域性规划。山洪灾害防治规划要与建设现代化新农村规划结合,促进山区农村经济发展、改善安全条件。防治山洪灾害规划,主要有三部分内容:一是避灾指挥系统工程;二是日常各项生产和建设工程的避山洪灾害措施;三是治理山洪灾害专项工
16、程。,山洪灾害的预防,应采取“以防为主,防治结合”的方针,首先应建立预防监测系统和指挥讯息网络。山洪与暴雨关系密切,在危险区建立必要的雨量观测站点,及时掌握降雨强度和过程,为避灾提供降雨、水文信息。在居民点和观测站、指挥中心之间设立有线电话或无线电广播网络,随时将雨情、险情及以政府指挥部门转移通知下达。中国人口稠密,在山洪暴发区域、人类活动、房屋、道路、桥梁建筑都可能受到山洪的威胁。各项工程建设规划中首先要考虑是否在山洪淹没范围内,考虑山洪的最高水位、山洪流速、撞击力等,如何避开主洪流带,如何避免被洪流冲毁等。加入山洪因素以后,许多建筑的结构形式和结固程度可能不同于普通设计标准,有些生产项目和
17、建筑则可能有新的选择,有的则要增加泄洪和避洪项目。,在中小流域和城镇的各项规划中必须有山洪防治基本规划内容。山塘水库等水利工程一定要考虑特大暴雨的溢洪问题,不能因超额洪水造成溃坝;铁路和公路的挖方或填方工程要考虑特大暴雨渗透饱和,不能造成因强渗透而造成塌坍;河道桥梁工程要考虑特大洪水的过洪高程和过洪断面要求,不能因桥梁堵塞泄水出路或者让洪水摧毁桥梁;房屋建筑要考虑特大洪水的淹没和滑坡,不能把房屋建立易被洪水摧毁或滑坡淹埋的地方;重要设施、珍贵动植物保护场所、毒物仓库等建设要考虑洪水泛滥影响,不能让洪水带发不可弥补的损伤和环境事故;坡土的开发利用要考虑暴雨形成的水土流失,不能因生产破坏地表复盖而
18、造成泥石流。,水土流失治理不仅注重封山育林,增加植被复盖,还应包括暴雨山洪防治措施。山洪专项工程有治坡固土工程、蓄洪拦沙工程、溪流河道疏浚工程、塌方崩山治理工程。有些暴雨山洪多发地区,高山小溪流域,可修建蓄暴雨山塘水库,蓄洪削峰,结合灌溉、发电等。山洪灾害防治规划以县为中心,以乡、村为基础,以小流域为单元。暴雨山洪牵涉范围一般面积为100010000km2,上游至下游50200公里。县、乡(镇)可以领导组织落实治理规划。适应暴雨山洪发生急骤迅猛特征,乡镇指挥人员身居本地,获得讯息早,路途短,最能及时指挥转移避灾。因此,山洪灾害规划主要是落实在县和乡镇。建立健全县、乡观测、信息、警报、指挥设施和
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