（水利工程专业论文）盐田外河区域防洪规划研究.pdf

摘要 我国的城市几乎都在江河湖海附近，受到不同类型洪水的威胁，洪水灾害严 重影响着河流沿岸人民的正常生产和生活。在城市化高速发展的同时，城市防洪 排涝设施建设严重滞后，经济越发达，洪灾损失越大，经济发展需要可靠的防洪 安全保障。科学、合理地编制城市防洪规划至关重要。 防洪规划的基本思路，是实现由洪水控制向洪水管理转变，根据城市的功能 和基础设施特点，洪涝兼治，工程措施与非工程措施相结合，形成综合防洪减灾 体系，注重人与洪水的关系，既要约束洪水，又要约束人类活动。 本文研究的区域防洪规划的重点是青岛市盐隔外河的排水设计。盐f 日# l - i - j 是 青岛市流亭工业园的主要泄洪河道，现状防洪标准比较低，受到白沙河、墨水河 洪水以及海洋潮汐的影响，容易出现排水不畅。以白沙河、墨水河洪水与海洋潮 汐的组合为基础建立防洪标准，采用二种设计方案进行研究。 研究结果表明，影响盐用外河洪水外排的主要因素是白沙河和墨水河的洪 水，胶州湾潮水的影响相对较小，现状的白沙河下游和墨水河下游均未治理，存 在阻水问题，对赫用外河的行洪安全构成严重影响。针对这一情况，提出应对策 略和解决措施。 关键词：盐罔外河、防洪规划、防洪标准 a b s t r a c t c i t i e si no u rc o u n t r yn e a r l ya l ln e a r b yt h er i v e r s 、l a k e s 、s 髓t h e ya r es u b j e c tt o v a r y i n gt h r e a to ff l o o d i n g f l o o dh a v es e r i o u s l ya f f e c t e dp e o p l e sn o r m a lp r o d u c t i o n a n dl i f ea l o n gt h ef i v e r w h i l eu r b a n i z a t i o nd e v e l o p sr a p i d l y ，u r b a nf l o o dp r e v e n t i o n a n dm i t i g a t i o ni n f r a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o n l a g sb e h i n d ，t h em o r ee c o n o m yi s d e v e l o p e d ，t h eg r e a t e rt h el o s s e sc a u s e db yf l o o d ，e c o n o m i cd e v e l o p m e n tn e e d s r e l i a b l ef l o o dc o n t r o ls e c u r i t ys y s t e m s c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lf l o o dc o n t r o lp l a n n i n g s a r ee s s e n t i a l t h ef u n d a m e n t a lt h o u g h to ff l o o dc o n t r o lp l a n n i n gm u s tr e a l i z eac h a n g ef r o m f l o o dc o n t r o l l i n gt of l o o dm a n a g e m e n t ，a c c o r d i n gt oc i t yf u n c t i o na n di n f r a s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c ，a d m i n i s t e rf l o o da n dw a t e r l o g g i n gs i m u l t a n e o u s l y ，c o m b i n es t r u c t u r a l a n dn o n s t r u c t u r a lm e a s u r e s ，f o r m i n gi n t e g r a t e df l o o dp r e v e n t i o na n dm i t i g a t i o n s y s t e m ，p a yg r e a ta t t e n t i o nt ot h er e l a t i o n so fp e r s o na n df l o o d ，m u s tr e s t r a i nf l o o d a n da c t i v i t i e so f h u m a nb e i n gb o t h i nt h i sa r t i c l e ，t h ee m p h a s e so f t h er e g i o nf l o o dc o n t r o lp l a n n i n ga r et h e d r a i n a g e d e s i g no fy a n t i a n w a ir i v e ri nq i n g d a o a st h em a i ns p i l l w a yr i v e ro fl i u t i n g i n d u s t r i a lp a r k ，b e i n gi n f l u e n c e db yt h ef l o o do fb a i s h ar i v e ra n dm o s h u ir i v e ra n d t i d a lw a v e ，t h ep r e s e n tf l o o dc o n t r o ls t a n d a r do fy a n t i a n w a ir i v e ri sc o m p a r a t i v e l y l o w ，s oy a n t i a n w a ir i v e ri se a s yt op o o rd r a i n a g e e s t a b l i s h i n gf l o o dc o n t r o l s t a n d a r d so nt h ec o m p o u n d i n go ft h ef l o o da n dt i d a lw a v e ，t w ok i n d so fd e s i g n p r o j e c t sw e r ea d o p t e dt or e s e a r c h s t u d ys h o w st h a tt h em a j o ri n f l u e n c ef a c t o ri st h ef l o o do fb a i s h ar i v e ra n d m o s h u ir i v e r ，t h ee f f e c to f t i d a lw a v ei sr e l a t i v e l yl i t t l e n o w ，t h el o w e rr e a c h e so f b a i s h ar i v e ra n dm o s h u ir i v e rh a v en o tb e e ng o v e r n e d ，w h i c ha f f e c t sg r a v e l yt h e f l o o dc o n t r o ls e c u r i t yo fy a n t i a n w a ir i v e r ，s o l u t i o ns t r a t e g i e sa n dm e a s u r e sa r e g i v e i lo nt h i sb a s i s k e yw o r d ：y a n t i a n w a ir i v e r ；f l o o dc o n t r o lp l a u n i n g ；f l o o dc o n t r o ls t a n d a r d s 刖青 2 0 世纪以来，面对全球同益严重的洪水灾害，人们不得不承认，尽管对防 洪减灾的投入不断增加，但根治洪水灾害的理想却难以实现，而且随着城市经济 与建设的不断发展，洪水灾害造成的损失与同俱增，原有的城市防洪理念已远远 不能适应城市发展的要求。严峻的形势促使人们重新思考人类应该如何面对洪 水，应对洪水带来的威胁。 防洪减灾是我国经济建设和社会发展的一项长期而艰巨的任务，为了适应社 会发展不断提出的治水新要求，防洪规划必须相应增添新的措施，突破传统观念， 改进技术手段，实现水利与经济社会的可持续发展。防洪规划不仅要提出各类防 洪设施的规模，制定防洪设施协调运彳亍的方案，通过防洪设施的综合作用提高城 市总体防洪能力，同时还要举持“以人为本”，考虑人与自然环境的和谐，把防 洪工程融合到城市规划建设中，城市防洪工程不仅是城市建设的根本保障，也是 城市建设的一部分。 本文结合作者参加的规划项目，重点研究青岛市盐用外河的防洪规划。盐用 外河是青岛市流亭工业园的主要泄洪河道，洪水外排受到白沙河、墨水河洪水， 以及胶州湾潮水的影响，现状防洪标准偏低，每遇发生洪水或涨大潮时，洪水或 潮水常溯赫田外河而上，造成流亭工业园地区排水不畅，出现内涝。文中对盐田 外河的防洪问题进行了深入分析，并提出了应对策略和解决措施，为园区经济发 展提供可靠的防洪安全保障。 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 学位论文使用授权说明 2 0 0 7 年月，( 日 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电予杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：2 0 0 7 年尹月f 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 1 1 1 我国城市洪灾的特点 ， 我国的城市几乎都在江河湖海附近，受到不同类型洪水的威胁。城市洪灾具有 损失重，影响大、连发性强，灾害损失与城市发展同步增长的特点。据统计，历 次较大的洪水灾害，城市受淹损失占洪灾总损失的比例越来越大，一般达到5 0 一 8 0 0 , 4 嘲。 近2 0 多年来，我国城市洪涝灾害的损失平均每年上升5 个百分点。1 9 9 8 年长 江中下游洪灾，仅湖南益阳市被淹损失就高达2 2 0 亿元0 1 ；2 0 0 4 年7 月l o 只，北 京市由于暴雨引起的洪灾造成直接经济损失6 0 0 多万元“1 ；2 0 0 4 年9 月4 只至8 同， 重庆市洪灾直接经济损失达2 1 2 3 亿元。城市防洪问题已经成为城市发展过程中的 重点问题之一。 城市洪水灾害的成因有：气候因素、自然地理因素和人为因素o 。我国城市洪 涝灾害加剧的原因主要来自于两个方面：一是城市洪涝灾害的承灾体迅速增多，价 值迅猛提高，二是城市化速度明显加快，引起城市内涝加尉，其中后者所引起的作 用明显大于前者，是引起我国城市洪涝灾害加剧的最主要原因。城市化改变了城 乡土地利用方式和规模，加大了相同量级条件下的洪水强度，使洪峰洪量加大，蜂 现时问提前机”，城市化对洪灾的具体影响包括以下几个方面： ( 1 ) 洪灾成灾特性发生变化o 城市化发展的结果导致了洪灾发生频率与强度的增加；非法侵占河道等破坏性 的人为活动加剧了洪涝灾害的致灾强度；城市经济类型的多元化及资产的商密集 性，致使城市的综合承灾能力比较脆弱；次生灾害的影响加重，洪涝灾害导致城市 环境污染及环境质量的可能性退化“”。 ( 2 ) 对周围环境的影响 伴随着城市化发展过程的植被破坏、围湖造田、与河争地，加剧了洪水灾害。 植被破坏使得森林的调蓄能力大大降低，同时导致大量的水土流失，河床抬高，使 得河流、潮泊水位自然抬高。洞庭湖受水土流失的影晌，2 0 世纪8 0 年代比2 0 世纪 5 0 年代洪水水位普遍提高了l m 左右。湖泊水面不断萎缩，洞庭湖和鄱阳湖面积由 t 程确i 学位论文箍外河区域簖* e 规划研究 2 0 世纪5 0 年代的4 3 5 0 k m 2 和5 0 0 0 k i n 2 下降为2 0 世纪8 0 年代的2 7 4 0 k m 2 和 3 6 0 0 k i n 2 “，对洪水的调蓄作用大大降低。 ( 3 ) 城市本身的发展对洪涝灾害的影响 城市化使市域环境发生改变，原有空旷的农阳或森林被大量建筑物、道路和停 车场等代替，不透水面积所占的比重大为增加，阻碍了雨水的自然渗透，造成城市 产流机制发生变化，地表径流增加，暴雨洪灾严重化。同时城市地面硬化，减弱了 降水对地下水的补给作用，过量开采地下水导致地下水位下降，进而导致地面沉降， 降低了城市防洪设施的标准。 经济越发达，洪灾损失越大，经济发展需要可靠的防洪安全保障。洪水灾害严 重影响着河流沿岸人民的f 常生产、生活秩序。城市防洪是我国防洪工作的重中之 重。目前，我国有相当数量的城市防洪标准偏低，作为科学防洪的组成体系的蓄滞 洪区建设相对滞后，包括防洪预警系统在内的完善的防洪减灾体系还没有形成“。”1 。 1 1 2 研究的意义 1 9 9 8 年1 月l 同丌始施行的中华人民共和国防洪法中定义的防洪规划是“为 防治某一流域、河段或者区域的洪涝灾害而制定的总体部署，包括国家确定的重要 江河、湖泊的流域防洪规划，其他江河、河段、湖泊的防洪规划以及区域防洪规划。” 防洪规划应当确定防护对象、治理目标和任务、防洪措施和实施方案，划定洪泛区、 蓄滞洪区和防洪保护区的范围，规定蓄滞洪区的使用原则。防洪规划是江河、湖泊 治理和防洪工程设施建设的基本依据。防洪规划应当服从所在流域、区域的综合规 划，区域防洪规划应当服从所在流域的流域防洪规划。 受风暴潮威胁的沿海地区，还要把防御风暴潮纳入本地区的防洪规划，加强海 堤、挡潮闸和沿海防护林等防御风暴潮的工程体系建设，监督建筑物、构筑物的设 计和施工，以符合防御风暴潮的需要。通过几十上百年的防潮建设，我国很多沿海 城市都有较完整的潮位资料，海潮的规律性、持久性被人们认识的比较充分。 2 0 世纪以来，面对全球不断发生的日益严重的洪水灾害，人们不得不承认，尽 管对防洪减灾的投入不断增加，但根治洪水灾害的理想却难以实现，而且随着人类 社会经济的不断发展，洪水灾害造成的损失与日俱增。严峻的形势促使人们必须重 新思考人类应该如何面对洪水，如何应对洪水带来的威胁“防洪减灾是我国经济 建设和社会发展的一项长期而艰巨的任务。 过去，我们将洪水当作自然灾害“洪灾”来进行治理，防洪规划通常单独 2 第一章绪论 完成，规划中常用的措施主要是“上蓄”建水库，“下疏”裁弯取直、拓 宽河道或改变水系，带来很多问题。 ( 1 ) 防洪与供水的矛盾 宝贵的洪水资源在汛期被排到流域以外，解决了防洪问题，但是在灌溉期缺少 足够水资源，带来供水问题。 ( 2 ) 破坏了水系的自然特性 过分或过多的工程设施，导致河道动态平衡特性被改变，水生态系统受影响， 河网纳污容量受损，水质变坏。 ( 3 ) 对非工程措施考虑不足 “非工程防洪措施”的概念，最初在1 9 6 6 年美国众议院4 6 5 号文件中，被作 为减少洪灾损失的综合措施提出来“”。非工程措施主要包括：泛洪区的土地使用管 理；洪水保险计划：建筑物防御洪水措施；改进泛洪区的税收政策；建立、健全洪 水预警机制和紧急撤退预案等“”。工程措施和非工程措施共同组成完整的防洪体 系，两类措簏综合运用才能提高防洪水平，为社会经济的可持续发展提供稳定的环 境条件“”。 通过多年大规模的江海堤防建设，我国水利建设取得了巨大成绩，防洪减灾能 力大大增强，主要江河堤防的防洪标准有了提高，但从总体上看，我国江河的防洪 标准依然偏低“，水利基础设施仍然相对比较薄弱，还不能完全适应经济社会发展 的需要，河道淤积设障相当普遍，水能资源竞争性开发没有得到有效遏制，各种水 问题已成为经济发展和社会进步的制约因素。 随着人们对生态系统价值观念的改变，以人为本，全面、协调、可持续的科学 发展观正逐步成为深化发展的共识。可持续发展的一般定义就是“既满足当代人的 要求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”实现人与自然的和谐发 展则是科学发展的核心问题。水利正在从农业水利向城市水利过渡，从传统水利向 生态水利发展。为了适应社会发展不断提出的治水新要求，防洪规划必须相应增添 新的措施，突破传统观念，改进技术手段，促进水利与经济社会的可持续发展。 洪水是不可抗拒的自然现象，防御洪水是实现城市减灾与可持续发展的基本保 证，管理洪水是实现城市减灾与可持续发展的基本战略，适应洪水是实现城市减灾 与可持续发展的基本理念，通过对洪水的防御、管理和适应，减少水灾造成的损失 i g j 。有效、合理地解决城市规划建设中的防洪规划问题至关重要。防洪规划是一 3 t 程顾1 ：学位论文盐井f i 【f 区域防洪规划研究 项综合性学科，与城市建设总体规划、河流治理规划、水资源供给保障，水环境治 理规划、给排水规划、道路桥梁规划等各项总体、专项规划有着十分密切的关系， 防洪标准的高低与这些基础设施的建设规模息息相关。 1 2 防洪规划概述 1 2 1 防洪规划的内容 根据城市规划编制办法实施细则的规定，防洪规划作为城市建设用地选择 和防洪工程设计的依据，应进行河道防洪安全泄量分析、确定防洪标准、制定防洪 方案、提出河道规格控制要求和防洪设施设计要素等方面的内容。 防洪标准关系到城市的基本建设负担和城市的景观面貌，合理确定城市防洪标 准是编制防洪规划的重要环节。防洪标准定得过高，会增大投资：防洪标准偏低， 会经常出现超标准洪水，达不到规划建堤的目的，还增加了经常性防洪抢险工作费 用。防洪标准需根据堤防保护对象的重要性确定，并考虑经济、政治、社会、环境 等因素，综合分析，比较论证”“。在确定防洪标准时应远、近期结合，考虑上游修 建大型防洪或综合运用水库后提高了河道防洪能力，以及水土保持效果对产流的影 响等因素，分析确定比较合理的防洪标准。 当河道实际排洪能力不能满足设防标准年的洪水排放要求时，对超量洪水的防 范主要通过排洪、调峰、分洪、滞洪和提高地面五类措施来解决蚴1 。制定防洪方案 一般围绕扩大河道排洪能力、运用调蓄洪设施消减洪峰、丌辟分洪区、增加植被滞 留雨水和提高城市地面高程五个方面进行，做出综合安排，以最经济的投入换耿最 大的安全效益和社会效益。 防洪规划重点要解决三个环节： ( 1 ) 确定防洪标准； ( 2 ) 分析现状河道行洪能力； ( 3 ) 确定综合防洪方案。 1 2 2 防洪规划的原则与依据 编制防洪规划，应当遵循确保重点、兼顾一般，防汛和抗旱相结合、工程措施 和非工程措施相结合的原则，高标准、高起点，全面规划、分期实施。远近结合、 综合治理，防治结合，以防为主，因地制宣、因害设防。 防洪规划应充分考虑洪涝规律和上下游、左右岸的关系以及国民经济对防洪的 4 第一章绪论 要求，与国土规划和土地利用总体规划相协调，城市防洪与水环境治理相结合，除 害与兴利相结合，以达到兴利除害美化环境，保证城市工农业生产和人民生命财 产安全的目的。 防洪规划的依据主要包括： ( 1 ) 中华人民共和国防洪法； ( 2 ) 防洪标准g b 5 0 2 0 1 9 4 ； ( 3 ) 江河流域规划编制规范s l 2 0 1 9 7 ； ( 4 ) 水利水电工程设计洪水计算规范s i a 4 - 9 3 ： ( 5 ) 城市防洪工程设计规范c j j 5 0 - 9 2 ； ( 6 ) 关于城市防洪排涝的地方性规定。 1 2 3 国内外研究进展 我国防洪规划、水利建设的发展经历了以下几个发展时期。 ( 1 ) 单目标开发为主的时期 2 0 世纪5 0 年代至6 0 年代，由于农耕时代和工业化初期经济规模较小，社会发 展水平不高，包括水利在内的科学技术尚处于起步时期，对自然的控制能力相对较 低，防洪规划和水利建设主要以单目标和局部地区的兴利、除害设施建设为主。 ( 2 ) 多目标开发为主的大规模水利建设时期 7 0 年代至8 0 年代，全国大部分地区处于工业化、城市化进程不断加快，经济 发展规模同益扩大的时期，对水利建设的要求越来越高汹1 。同时，现代水利科学和 水利工程建设技术不断发展，趋于成熟，逐渐形成水资源综合开发利用的技术和工 程体系。 ( 3 ) 以法规和现代化管理为中心的综合治理时期 到9 0 年代，我国水资源已得至较大程度的开发，防洪偏重以“防”为主。水 资源工程不断建设，以增加资源消耗来满足国民经济增长对水的需求，形成了较为 完善的水利设施的格局与体系。然而，包括水资源在内的自然资源的过度开发和浪 费，导致自然资源退化，生态系统和水环境恶化等迥题日益显露，逐步开始重视水 资源的节约和水环境的治理与保护。这一时期主要通过对治水思路和水政策、水法 规的调整，寻求入口、资源、环境与社会经济的协调发展，防洪进入了现代化的发 展进程。 ( 4 ) “人水和谐”为主的可持续发展时期 t 程硕l 。学位论文赫 1 l 外河区域防洪规划研究 进入2 l 世纪，随着社会经济的发展和用水量的急剧增加，一些地区水资源短 缺，水污染与水环境恶化。洪涝灾害，水土流失已经成为制约杜会可持续发展的关 键因素。为此，“人水和谐共处”、“可持续发展”等现代理念逐渐深入到整个水 管理领域。在防洪战略上，由“防御洪水”向。管理洪水、与洪水共处”转变，在 考虑水资源承载力的基础上对水资源的需求进行管理，维护水环境和水生态系统的 良性运行。 2 0 世纪6 0 年代以后，先后出现的洪灾尤其是1 9 9 3 年的密西西比河大洪灾使人 们清醒地认识到，依靠工程措施已不能完全抵御稀遇的特大洪水，相反却让人们承 受了更大的损失。”。频繁爆发的洪水灾害证明“人定胜天、改造自然”的传统防洪 思路已经不能很好地解决防洪问题，人类必须探索更为理智的、科学的防洪思路和 方法。 防洪规划工作中需要将思维扩展到整个相关的流域水系统，国际上称之为综合 河流流域管理( i n t e g r a t e dr i v e rb a s i nm a n a g e m e n t ) ，人类必须与自然和谐相处， 在珍惜生存环境的前提下，合理利用资源，可持续地发展经济社会，否则，就会受 到自然的惩罚。从水资源管理到综合河流流域管理是观念上的一个扩展，它的内涵 是以可持续发展为导向，对现有的和未来可预见的水资源进行管理，通过一个系统 的规划和资源配置，最大程度地满足整个流域范围内的相关者的利益，对水和环境 进行高效利用。 学术界提出了洪水风险只能减轻不能消除，以及洪水灾害双重性的现代防洪理 念。这种理念在2 0 0 2 年召开的第二届国际防洪学术讨论会中得以统一和明确，即 “建立洪水管理新理念，从试图消除洪水灾害转变为承受适度的风险，实现减灾与 社会经济的协调发展；从单纯与洪水抗争转变为在保证生命安全的前提下，合理地 调整入与洪水的关系。” 现代防洪理念的实质就是人类要学会与洪水和谐相处。从“防洪控制”的概念 上升到了“洪水管理”，强调自然、社会、经济的可持续发展，用现代防洪理念指 导防洪工作符合时代发展的要求，因此在城市防洪规划中理应融入现代防洪理念， 用科学理念指导防洪减灾工作。 根据现代防洪理念除了防洪工程措施之外，防洪非工程措施在防洪工作中的 重要性也应当引起足够重视。防洪非工程措施就是指法令、政策、行政管理、经济 手段等防洪工程措施以外的技术手段，防洪非工程措施体现了人与自然和谐相处的 6 第一章绪论 自然观与社会发展观，是现代防洪理念在防洪规划中的具体运用。 1 2 4 防洪觏划的新思路 城市防洪工程是城市建设的根本保障，是城市建设中的一部分。近年来，伴随 着城市经济与建设的不断发展，洪涝灾害频发，原有的城市防洪理念已远远不能适 应城市发展的要求。新的城市规划设计理念，要求把防洪工程融合到城市规划建设 中，与城市建设相一致，使城市防洪工程设计与城市规划设计相协调，做到景、防 结合的统一嘲。 坊洪规划不仅要提出各类防洪设施的规模，制定防洪设施协调运行的方案，通 过防洪设施的综合作用提高城市总体防洪能力，同时还要坚持“以人为本”，考虑 人与自然环境的和谐。城市防洪规划必须与城市环境建设和市民活动空问建设结合 起来，统筹考虑、相互兼容，将生态型的河流环境融入到城市生活环境中，发挥防 洪设施的综合作用，起到事半功倍的效果嘲1 ，产生巨大的防洪效益及社会经济效益。 ( 1 ) 河道综合治理 河道是城市防洪的重要工程措施。现代防洪理念强调对于河道的治理应采取综 合整治措施，以生态为主线，综合环境保护、休闲及感知需求进行治理1 。以往以 单一防洪为目标的传统河流治理工程，是导致洪水灾害损失上升的主要原因之一， 对此，许多国家都引以为戒，并开始了大规模的河道回归自然改造运动。 美国在1 9 3 8 年大洪水后建成了当时技术一流、耗资巨大的河道防洪工程 洛杉矶河，河底、护岸全部用混凝土砌筑，目自口来看，这条河道已经成为破坏自然 生态环境、景观生硬而没有活力的反面典型。洛杉矾市公共事务部已决定将其重新 规划，恢复原来的栖息地、净化水资源，使其在拥有天然景观的同时能够保持防洪 功能汹1 。 在德国，自1 9 世纪中叶开始了对莱茵河的改造工程，裁弯取直，设置拦河大 坝、防洪大堤、船闸等，结果加大了流速，使下游的防洪标准从2 0 0 a 一遇降低到 5 0 a 一遇，致使1 9 9 3 年和1 9 9 5 年发生两次洪灾，造成的损失达几十亿欧元。德国 现在正在进行河流回归自然的改造，将水泥堤岸改为生态河堤，重新恢复河流两岸 储水湿润带 防洪堤的建设应人性化嘲城市滨水空间应创造有特色的景观环境和适宜活动 的空闻；通过开辟公园水面解决城市排涝问题；发挥多种防洪设旌的共同作用，减 少防洪堤工程规模：充分利用自然林木植被的滞洪作用，减少对自然的破坏。实现 7 t 程砌j ：学位论文 盐i i i 井州l 蔓域翰洪规划研究 防洪建设与生态环境的协调，丰富人民群众文化生活的环境，提升城市品位。 我国北方的河流大部分是季节性河流，在长达大半年的枯水期间，河道只有少 量水流，河床大部分坦露着，形成开阔的河滩地。由于缺乏整治，河滩地经常乱石 丛生、垃圾堆积，视觉形象和环境卫生都非常差按照河道排洪的要求，河滩地不 允许建设阻碍行洪的设施。但并不是不能为人所利用，防洪规划就是要解决好排洪 和利用的关系。 河滩地的环境改造现已成为现代城市滨水景观建设的一种趋势，规划进行河滩 地的改造应以不影响行洪为前提的。在河滩地的整治中不能减小河道的过水断面， 不能大量提高河床的粗糙系数，河滩地上所有可能影响行洪的设施都是可拆卸的， 在汛期到来之前就清除干净，以保证河道行洪的安全。图1 2 1 是能提供休闲观景 和文化生活条件的河滩形式之一。 采用复式河道断面是兼顾排洪和景观需要而被广泛采用的方式，河滩地在汛期 行洪，平时则作为城市休闲绿地、市民活动场地。要实现生态、亲水的要求，河滩 改造时可将河道规划设计成宽浅式断面，降低河滩地高程，确定主河槽规格，以适 应不同季节的河水行洪需要。将枯水期的河道水流集中在主河槽，人们可以轻易地 接近河水，进行亲水活动。将河滩地建成梯级草坪平台，采用缓斜坡或梯级台阶至 水边，配以少量低矮植被和简易临时服务设施。 静 ! ，夕 图1 2 - 1 新的河滩形式 对于现状被棚盖的河道，由于淤积严重影响了行洪。可以整治为开敞型河道。 借鉴瑞士苏黎世市的成功经验，首先逐步破掉混凝土，让那些被用作下水和被改成 暗渠的小河露出地面，然后以天然石材代替混凝土，野草和野花代替草坪和整形树， 创造对生态系统最理想的条件，并在沿河边尽量辟出长距离的散步道，把森林、山 野和市中心连结起来，市民在散步或骑自行车郊游时，能够与大自然亲密接触，形 成一个由流水和绿化带构成的网络o “ ( 2 ) 蓄滞洪工程 坚持“堵疏结合、蓄泄并重”的治水理念，给洪水多种出路。防洪规划中考虑 8 第一章绪论 多种防洪设施共同发挥作用，不只是一味提高河道防洪设防标准，通过利用水库， 湖塘等蓄滞洪工程，利用自然林木植被的滞水作用，以最合理的工程规模取得最大 的防洪效果 重视蓄滞洪工程的建设，充分发挥蓄滞洪工程的洪水调节作用。单靠河道防洪 工程，不仅工程量加大，防洪安全性降低，且城市沿河景观会受到破坏。通过蓄滞 洪工程的调洪配合，可有效地降低河道洪峰水位，减轻防洪堤的压力，降低河道设 防标准。防洪运行经验表明，根据蓄滞洪工程的库容和参与程度，一般可以削减河 道洪水洪峰流量的1 0 3 0 ，作用效果是非常明显的。 ( 3 ) 捧涝设施 排涝是城市防洪规划的一项重要内容，在保证排涝功能的前提下，从人民群众 的实际利益出发，城市排涝设施规划应努力与改善城市环境帽结合。城市排涝设施 规划应体现城市环境改善的需要，保证强大的城市排水调蓄能力。解决城市排涝的 措施通常有：建设完善排水管道系统、采用大规格排涝泵站、建设排涝调蓄水域和 增加透水地面等。透水地面的作用是将雨水大量渗入到地下，可减少地面雨水的积 存，补充地下水，对减小排水设旌规模、减少积水量有很好的效果。新建城市还可 以考虑用提高城区地面高程的办法。当前多数城市在排涝中除加强排水管道的建设 以外，较多采用的是建设大规格排涝泵站的措施，但泵站建设会带来较大的建设投 入和泵站周围环境破坏的问题。 从创造美好城市环境的目的出发，城市防洪排涝应尽可能采用调蓄排涝的方 案，有利于保护水环境，改善生态系统及城市景观。在城市低洼地段舍弃一些建设 项目，结合排涝需要开辟公园绿地，安排一定容量的河湖水面，一方面作为公园景 观水面，另一方面也作为城区积水的临时调蓄水域，等外部河道水位降低后再自然 排出积水，即使配建排涝泵站也只需要较小规模的排涝泵站。根据统计分析，平原 城市内部的河网水面率控制在2 3 之间比较合理，这样既不影响城市用地布局， 又有利于城市的防洪排涝d 2 1 。 ( 4 ) 加强流域林木植被 坚持防洪建设与自然和谐，减少工程建设，尽量不破坏植被的自然形态，维护 生态环境。林木植被具有涵养水源、保持水土的巨大防护效能。通过林冠、枝叶截 留雨水，枯枝落叶层及植被根系滞留雨水，对地表径流起到减缓作用，减少地表径 流和水土流失。据研究观测，l h m 2 面积厚3 9 c m 的枯枝落叶林地能吸收3 7 1 3 7 m 3 9 t 程硕f ：学位论文薪”i 井河区域防锻规划研究 的降水；草被覆盖度达到3 5 4 0 ， 大于9 0 ，可减少地面径流4 7 8 1 2 5 防洪规划的新技术应用 可减少地面径流1 5 1 8 ，革被覆盖度 随着计算机技术、数学方法的飞速发展，一系列的新技术推动了防洪规划的发 展嘲 ( 1 ) “3 s ”技术 “3 s ”技术是地理信息系统( g i s ) 、遥感技术( r s ) 和全球定位系统( g p s ) 技术的统称，是目前对地观测系统中空间信息获取、管理、分析和应用中的核心支 撑技术。其中，遥感技术是信息采集的主力；全球定位系统是对遥感图像进行定位、 赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”。 “3 s ”技术广泛应用于各种空间资源和环境问题的决策支持中，目前已发展为 - - f l 较为成熟的技术，在流域水文模拟、水资源管理、灾害评估等领域得到迅速应 用。在欧洲水利行业，很多地方通常将g i s 和水文模型相连结，用来处理洪水预报 问题，这些系统能有效地解决大量数据的存储和传输问题。 w a l l i n g f o r d 软件公司丌发的f l o o d w o r k s 用于构建洪水预报和水文行为。欧洲 水灾预测项目开发的欧洲水灾预测系统( e f f s ) ，是一套水灾预测系统的基础模型， 提前预测期为4 1 0 d ，这个系统每天提供诸如莱茵河和奥得河等大河的水灾信息， 还包括一些小流域山洪爆发的信息。 ( 2 ) 计算机仿真模拟技术 计算机仿真模拟技术是一种高科技手段，它以计算机为工具，建立数学模型， 借助于计算机求解的过程，预测未来运行结果，可以通过调整模型参数，比较结果 而达到优化设计的目的。 洪水仿真模拟就是通过数值模拟技术对洪水滨进状况进行模拟计算，对防洪减 灾具有十分重要的作用。洪水仿真模拟的开发历史悠久，应用广泛。河道洪水仿真 模型、河网洪水仿真模型、区域洪水仿真模型、城市洪水仿真模型等都是洪水仿真 的具体应用对象。 丹麦水力学研究所自2 0 世纪7 0 年代开始就致力于水流、泥沙、水资源、水环 境等相关数值模拟计算技术开发，日前已形成了一套完整的模拟系统。该系统集数 据前后处理、g i s 系统应用、模型模拟计算、动画演示等多种功能于一体，是国际 上公认的先进水力模拟系统之一 第一章绪论 荷兰d e l f t 水力学研究所建立于1 9 2 7 年，是著名的水利科学研究机构。研究成 果主要体现在水力学实验技术、监测技术、洪水仿真技术、洪水预报技术、波浪仿 真技术、泥沙仿真技术和水资源综合管理、洪水风险管理、洪泛区管理政策等各个 方面。在软件系统方面的水动力学模型、流域仿真模型、地表水和地下水的水资源 管理模型等，拥有多种领先的研究成果。 英国的w a u i n g f o r d 公司率先结合现代最先进的数学模拟技术，开发出了成熟的 分布式防洪及水资源管理模型平台和专业模型系统i n f o r w o r k s 系列。i n f o r w o r k s 系 列软件中与防洪有关的研究成果主要包括：分布式防洪及水资源管理模型平台、流 域降雨径流及河网水动力仿真模型、一维管网系统水动力学模型，以及洪水预警预 报系统等等。 1 3 主要研究内容 1 3 1 研究背景 青岛市盐田外河位于城阳区双元路以西、环形防潮坝以东，以兴阳路桥为界限， 大致可以分为南北二段，南段注入白沙河，北段流入墨水河，流域集水面积分别为 1 1 0 8 k i n 2 和2 8 k m 2 ，长度分别为3 6 k m 和1 2 k m 。盐用外河是双元路以东青岛市国 际空港工业园中的流亭工业园的主要泄洪和排水河道。研究区域情况示意见图 1 3 1 。 、 青岛市国际空港工业园为流亭镇的组成部分，园区规划范围为胶济铁路以西、 墨水河以东、白沙河以北，北接城阳区，东与流亭国际机场帽邻，规划总建设用地 为1 8 1 l k m 2 。青岛市国际空港工业园是一所大、中型企业集中，科技含量高，污染 小，环境优美，社会公用设施配套齐全，以外向型高层次工业为主导，二、三产业 协调发展的现代化园区按照规划，园区居住用地可容纳7 5 万总人口。 以双元路为界，根据土地利用功能上的要求和用地开发的分期，国际空港工业 园分为流亭工业园和新型建材工业园二期两大工业园。流亭工业园东边以胶济铁路 与流亭机场相邻，西与女沽盐场( 新型建材工业园) 以盐场的东部堤防为界，南以 白沙河为界，北与城阳区城毗邻，现状土地利用中农村居民点较为分散，包括赵村、 港东、李家女沽、邱家女沽、王家女沽、苇山和西果园等七个行政村。流亭工业园 以双元路、赵园路和外环路为外围交通干道，以女姑大道为中轴，由北至南贯穿苇 山、女姑和赵村三大居住区。 t 程烦l ：学位论文熊1 井自4 区域防洪规蟊j 研究 流亭工业园地处白沙河下游临海地区，还有小部分面积处于墨水河下游，园区 内雨洪通过盐田外河分别汇入白沙河和墨水河。由于盐田外河与白沙河及墨水河的 汇合口均处于受洪水和潮水共同影响的潮间带地区，加之盐田外河现状防洪标准 低，每遇大河发生洪水或涨大潮时，洪水或潮水常溯盐f 开外河而上，造成流亭工业 园地区排水不畅，出现内涝。 图1 3 - 1 白沙河、墨水河流域及规划盐田外河示意图 1 2 第一章绪论 1 3 2 研究内容 本文研究的区域防洪规划的重点是盐田外河的排水设计。由于赫阳外河的排水 直接受到白沙河、墨水河洪水以及海洋潮汐的影响，因此，区域二十年一遇设计、 五十年一遇校核的防洪标准应该建立在白沙河、墨水河洪水与海洋潮汐的组合之 上，根据有关规范和规定结合当地实际情况，采用以下二种设计方案进行 研究 ( 1 ) 设计洪水频率为主，遭遇多年平均高潮位。 白沙河、墨水河二十年一遇设计洪水与入海口处多年平均高潮位相遭遇，分别 计算盐f 开外河与白沙河和墨水河汇合口处的设计水位，以此水位为起点上推盐田外 河的二十年一遇设计洪水水面线。 ( 2 ) 设计潮位为主，遭遇河道多年平均洪峰流量。 设计二十年一遇高潮位分别遭遇白沙河、墨水河多年平均洪峰流量，计算盐田 外河与白沙河和墨水河汇合口处的设计水位，以此水位为起点上推盐f f i 夕i - 河的二十 年一遇设计洪水水面线。 同时分别计算五十年一遇设计标准下的水面线作为盐阳外河的校核标准，取以 上二种方案的大值作为最终采用值。 丁程硕_ i ：学位论文 盐i n 外河选域劝洪规划研究 第二章设计洪水 2 1 设计洪水的基本方法 设计洪水包括设计洪峰流量、不同时段设计洪量及设计洪水过程线三个要素。 推求设计洪水的方法有两种类型：( 1 ) 由流量资料推求设计洪水；( 2 ) 由暴雨资 料推求设计洪水。当必须采用可能最大洪水作为非常运用洪水标准时，则由水文气 象资料推求可能最大暴雨( p m p ) ，然后计算可能最大洪水。 研究区域内，在白沙河上游的崂山水库，水文部门设有崂山水库水文站，具有 4 4 年的实测水文资料。在墨水河上游，水文部门设有即墨水文站，具有3 4 年实测 水文资料。这两处水文站都位于各自流域的上游，控制面积较少。研究区域的实测 流量资料不足，已有资料不能作为计算全流域设计洪水的依据，无法直接用流量资 料推求设计洪水，所以本次分柝计算采用暴雨资料推求设计洪水，设计频率为p = 2 和p = 5 。 2 2 白沙河流域设计洪水 2 2 1 白沙河概况 自沙河源于崂山最高峰“巨峰”北麓的“天乙泉”，分水岭高程1 1 3 3 m ，源下 汇数百条涧沟之水至崂山名景“潮音瀑”，出靛缸湾西行经1 8 处弯道，形成名景“九 水明漪”，于外九水的四水、三水处过四水、三水水库，经孙家村、乌衣巷入崂山 水库，出库后西行夏庄、黄埠、洼里、流亭，在港东、西后楼处入胶州湾。 白沙河全长3 3 k i n ，流域面积2 1 5 k m z ，干流比降为1 2 6 0 0 0 ，上游河床宽5 0 l o o m 。上游河床多为岩石粗砂、砾石组成，一般常年有流，下游河床宽2 0 0 3 0 0 m ， 下游河床完全由细沙组成，河道顺直，冬春一般干枯。在夏庄附近建有崂山水库， 属中型水库，控制流域面积9 9 6 k i n 2 ，总库容为6 0 4 4 万m 3 ，水库的设计标准为百 年一遇，校核标准为两千年一遇。崂山水库以下白沙河干流长1 0 4 k m 。 近几年来，城阳区投资5 0 0 0 多万元对白沙河崂山水库以下河段按二十年一遇 设计、五十年一遇校核的标准进行了综合治理，平整河床，砌筑两岸护坡，建拦河 坝5 处，在下游盐田外河汇合1 3 以上约1 7 k m 处建有挡潮坝1 座。通过综合治理， 有效地拦蓄了地表水，在挡潮坝上游形成了1 2 k i n 2 的水面，补充了地下水，防止了 1 4 第二章设计w t 承 海水入侵，提高了白沙河供水能力挡潮坝以下河道未治理，属天然河槽，下游滩 地建有大量虾池，在一定程度上阻碍了河道行洪。 2 2 2 设计雨期的选定及设计洪水的地区组成 崂山水库以上和白沙河流域的主要特征值见表2 2 1 。水文部门在白沙河流域及 邻近地区的雨量站很多，有北九水、乌衣巷、崂山水库、色峪、上葛场、蔚竹庵、 后汪润、燕石、葛子庵、书院、埠落、阎家山、即墨、团彪、棉花、窑上、段村、 挪城、山角底、石棚等。 表2 2 - 1 崂山水库水文站和白沙河流域特征值情况表 流域面积干流坡降平原所占比例山丘所占比例 流域 ( k m z )( g o )( )( ) 崂山水库以上9 9 61 7 8o1 0 0 水库以r 1 日河口 1 1 5 41 3 78 0 0 9 i2 0 向沙河全流域 2 1 51 2 64 2 95 7 1 白沙河流域，特别是崂山水库以上为青岛地区降水量高值区，全流域多年平均 年降水量为8 0 5 6 m m ，1 9 6 4 年年降水量最大，为1 4 5 4 7 r a m ，1 9 8 1 年年降水量最小， 为3 6 9 5 m m ，两者相差1 0 8 5 2 m m ，极值比为3 9 4 。崂山水库以上流域多年平均年 降水量为8 5 7 2 r a m ，1 9 6 4 年年降水量最大，为1 5 4 1 9 m m ，1 9 8 1 年年降水量最小， 为4 1 2 8 m m ，相差1 1 2 9 1 m m ，极值比为3 7 4 。 根据崂山水库的水文实测资料分析，入库洪水单峰一般在l o 2 0 h 左右，复峰 在3 0 5 0 h 左右，考虑到崂山水库控制面积较少，故本次计算全流域的设计洪水设 计雨期采用7 2 h ，以满足洪水计算的需要。 由于暴雨分布不均，各地区洪水来量不同，各干支流来水的组合情况十分复杂， 因此必须考虑设计洪水的地区组成，根据实测资料，结合调查资料和历史文献，对 流域内洪水地区组成的规律性进行综合分析，重点分析暴雨、洪水的地区分布及其 变化规律，各断面洪水传播演进的情况等等。崂山水库位于白沙河上游，对上游 洪水有拦蓄调节作用，在计算白沙河流域设计洪水时，应考虑设计洪水的地区组成。 由于崂山水库上游是青岛市暴雨比较集中的地区，所以本次计算假定崂山水库以上 流域为同频率洪水，崂山水库