第三节 河流防洪减灾规划
防洪减灾规划属江河流域总体规划的一个组成部分,是针对某一流域或某一河段的洪水灾害而制定的综合防治方案。其目的是,全面提高江河流域或河段抵御洪水的能力,保障人民生命财产安全,维持安宁的生产生活环境和良好的生态环境,促进社会经济可持续发展。其任务是,根据流域或地区的社会经济发展需要,并结合其自然地理条件,洪水与洪灾特性,按照《中华人民共和国水法》和《中华人民共和国防洪法》及国家有关文件、规范,提出包括工程措施和非工程措施相结合的防洪整体方案及其建设程序,作为安排水利建设计划,进行工程设计和从事防洪管理、防汛调度等各项水事活动的基本依据。
一、河流防洪减灾规划原则
防洪减灾实际上是流域的自然与社会的综合系统工程。这个工程的实施,必须同我国的国情相适应,正确处理人们的生存、生态环境与土地开发利用之间的矛盾。根据我国的社会经济发展情况和江河洪水特点,制定防洪减灾规划的基本原则,具体体现在正确处理好以下几方面的关系。
(一)人与洪水的关系
随着人口的增加和社会经济的日益发展,人类对控制洪水不断提出新的更高的要求。防洪规划应坚持人与洪水和谐共处的指导思想。人类必须适应洪水,在控制洪水时,应有一定的限度,给洪水留有出路,与洪水协调共处。对于设计标准洪水,应采取有效的防御措施,遇大洪水时应主动让地于水,为洪水提供足够的蓄泄区间,这样才能保全自身的安全与发展,最大限度减少洪水灾害。
(二)局部与整体,一般与重点的关系
防洪减灾规划应服从流域综合治理开发规划,协调好局部与整体、一般与重点的关系。防洪规划拟定的防洪目标、防洪标准、防洪工程布局等,均需与流域内社会经济发展规划、国土规划、土地利用规划及流域综合治理开发规划相协调,防洪与兴利相结合,制定正确的防洪方针。
防洪规划应根据洪水与洪灾特点和防洪保护区社会经济的重要性,对上中下游、干支流做出全面规划,制定相应的防洪标准,做到确保重点,兼顾一般,标本兼治,上中下游协调。所谓重点,一般指重要城市、重要工矿企业、交通干线、大面积农业区,以及洪水可能造成毁灭性灾害的地区等。要工程措施与非工程措施相结合,突出防洪工作体系的整体作用,以达到防洪减灾效益总体最佳。
(三)防洪建设与生态环境的关系
防洪建设应注意改善生态环境。防洪规划要坚持“拦、蓄、分、泄”兼筹的原则。山丘区一般以“拦、蓄”为主,积极开展水土保持工作,封山育林;对过渡垦殖的土地有步骤地退耕还林,退牧还草,加快林草植被恢复建设;采取综合措施防治水土流失,恢复与改善已遭破坏的生态环境,以便有效的减少江河、湖泊、水库的泥沙淤积;有计划的建设好干支流洪水控制工程,拦蓄洪水,削减洪峰。平原地区一般以“泄”为主,修筑高质量、高标准的堤防,清淤除障,整治河道,提高河槽的泄洪能力,并辅以分蓄洪措施,合理安排超额洪水的出路,有计划、有步骤地平埦行洪,退田还湖。分蓄洪区安全建设要与移民建镇相结合,做到防洪建设尽可能地为全社会创造有利的环境和条件。
(四)近期与远景的关系
对于大江大河,在财力和技术受限的情况下,可分轻重缓急,拟定合理的防洪标准和可行的防洪建设方案,选定近期与远景的防洪目标,有计划地实施相应的防洪建设项目,并通过对其投入与产出的比较、经济效益与生态环境效益的分析,在兼顾远景发展的前提下,重点解决近期最迫切的问题。
二、河流防洪减灾规划内容
防洪规划应在研究流域气象与洪水特性、历史洪灾及成因的基础上,分析干支流现有防洪能力,论证选定防洪对象的防洪标准,研究“拦、蓄、分、泄”的关系,选定整体防洪方案,并阐明工程效益。
编制规划的基本内容与步骤如下。
(一)研究规划地域基本情况及防洪形势
一般以流域或地区为规划对象。首先应对包括河流、水系、气象、水文、地理、地质情况以及社会经济与发展概况等进行全面调查研究。通盘考虑流域内干支流的洪水来源、洪水特性、历史洪水灾害情况等。按照现有防洪体系的防洪能力和防洪标准,分析规划区域防洪减灾所面临的形势和存在的主要问题等,以便为部署防洪减灾工程与非工程措施方案、全面治理河流上中下游的洪水灾害提供依据。
对于有凌汛灾害的河流,还应研究冰凌特性,选定防凌方案。沿海地区应研究天文大潮、风暴潮等产生的灾害与当地洪水的关系,以便确定相应的防护措施。
对于多沙河流,应在研究防治洪灾的同时,还应研究因地制宜采取水土保持、调水调沙、用水用沙等防治泥沙的措施。
(二)确定规划指导思想与防洪减灾目标
规划应当明确指导思想和原则、编制规划的依据、规划水平年、防洪减灾目标等。规划水平年是指规划达到的特定目标年份,一般分为近期水平年和远期水平年,并以近期水平年为规划重点。水平年宜与国家建设计划及长远规划的年份尽可能一致。
国务院2012年批复的《长江流域综合规划(2012-2030年)》以2020年为近期规划水平年,以2030年为远期规划水平年。考虑三峡及其他控制性水利水电工程建成后对长江防洪的作用和影响,完善长江综合防洪体系。到2020年,荆江地区防洪能力达到100年一遇防洪标准,遭遇类似1870年特大洪水时,不发生毁灭性灾害。城陵矶及以下干流河段能防御1954年洪水,重要蓄滞洪区能适时按量使用,主要城市、洞庭湖区和鄱阳湖区重点圩垸、上游干流、主要支流基本达到规定的防洪标准。初步建成重点防治区监测、通信、预警等为主的非工程措施与工程措施相结合的山洪灾害防灾减灾体系。至2030年,进一步完善综合防洪体系,减少蓄滞洪区的运用几率和使用范围,防洪能力进一步提高。遇常遇洪水和较大洪水时,可保障经济发展和社会安全,在遭遇流域性大洪水或特大洪水时,经济社会生活不发生大的动荡,生态环境不遭受严重破坏,灾害损失明显减少,不会对可持续发展进程产生重大影响。基本建成山洪灾害防灾减灾体系。
再如,黄河目前的防洪减灾规划近期目标(2020年)是确保防御花园口洪峰流量22000m3/s堤防不决口。遇超标洪水,最大限度降低洪灾损失,不至于引起社会动荡;防洪任务较重的城市基本达到国家规定的防洪标准。远期目标(2030年)是洪水、泥沙得到进一步控制,基本控制游荡型河势,保证滩区人民生命财产的安全,局部河段初步形成“相对地下河”。规划期目标如下。
1.近期(2020年)目标
初步建成黄河下游防洪减淤体系,基本控制洪水,确保防御花园口洪峰流量22000m3/s堤防不决口。基本完成下游标准化堤防建设,初步控制游荡性河段河势,初步完成东平湖滞洪区工程加固和安全建设。维持下游4000m3/s左右的中水河槽。加强下游“二级悬河”治理,搞好滩区安全建设,建立滩区运用补偿政策。搞好黄河河口综合治理。
进一步完善水沙调控体系,优化工程调度运用方式,增强水沙调控能力。基本完成粗泥沙集中来源区拦沙工程建设,有效拦减入黄粗泥沙。
加强宁蒙河段防洪防凌工程建设,堤防工程达到设防标准。干流其他重点防洪河段和主要支流重点防洪河段的河防工程基本达到设防标准,遏制潼关高程抬高并使其有所降低。
完成中小河流重要河段治理、病险水库除险加固和山洪地质灾害易发区预警预报系统建设,重要城市防洪基本达到国家规定的防洪标准。
2.远期(2030年)目标
基本建成黄河下游防洪减淤体系,有效控制和科学管理洪水。维持下游中水河槽,基本控制游荡型河段河势,保障滩区群众生命财产安全,基本实现人水和谐。
建设黑山峡河段工程,基本形成以干流骨干水库为主体的工程体系和相应配套的非工程措施组成的水沙调控系统,水沙关系得到较大改善。
基本完成多沙粗沙区拦沙工程建设,有效拦减进入黄河的粗泥沙。开展小北干流滩区有坝放淤。
黄河上中游干流、主要支流河防工程达到设防标准,重要城市防洪全部达到国家规定的防洪标准。
流域或地区防洪减灾规划的目标,是国家发展目标在当地的一种具体体现。国家目标除指国家的经济发展目标外,还包括改善生态环境、促进地区经济繁荣和提高社会福利等方面。
(三)选择防洪标准
防洪标准是指防洪保护对象要求达到的防洪能力。防洪标准的拟定,关系到防洪安全与投资矛盾。防洪标准定得高,安全度大,但工程规模大、投资多,甚至在工程寿命期内因不能充分发挥效益,以及可能增加维修管理费用而造成更大的浪费;相反,标准定得低,工程规模小、投资少,但发生洪水灾害的风险大。防洪标准一般按国家颁布的《防洪标准》分河段确定。
流域防洪标准是反映流域内各工程总体防御洪水能力的指标,与流域的具体情况及流域内工农业发展状况、要求及国民经济可承受的能力密切相关。因此防洪标准一般应根据流域防洪保护区的社会经济发展状况、历史洪灾情况及洪水泛滥可能造成严重后果程度,通过对不同防洪标准可减免的洪灾损失(防洪效益)与所需费用(投资)的对比分析,考虑政治、社会、生态环境等因素,遵循国家有关政策文件、规范[《防洪标准》(GB 50201)]规定,在综合权衡各方面利益的基础上最终确定。对于特别重要的、防洪标准要求很高的防洪保护对象,必要时可以设置相对独立的防洪体系,采取自保措施。
防洪标准通常以实际发生的洪水或以洪水的重现期(或出现频率)表示。一般情况下,当实际发生的洪水不大于防洪标准洪水时,通过防洪系统的科学运用,能保证防护对象的防洪安全。具体体现为防洪控制点的最高水位不高于防洪保证水位,或流量不大于河道安全泄量。
(四)拟定防洪体系及总体布局
一般大江大河流域范围广,上中下游地形地貌特征、洪水特征、洪灾情况各不相同。因此,必须区别拟定防洪体系,在统筹考虑流域采取拦、蓄、分、泄各种措施基础上,结合水资源可持续利用与发展的需要,合理安排上中下游防洪总体布局。
对于河道上游地区,结合洪水特点、洪灾特性及近年的防洪实践,防洪综合体系应以兴建调洪水库,堤防、河道整治工程,配合封山植树、退耕还林、水土保持等工程与非工程措施相结合。防洪水库和综合利用水库承担的防洪任务,应根据整体防洪方案,结合水库条件,经方案比较综合研究确定。防洪方案中有两个以上承担防洪任务的水库时,应研究各自分担的防洪任务和联合运用原则。综合利用水库承担防洪任务时,应研究防洪与兴利相结合,提高水库的综合利用效益。
对于江河中下游地区,防洪突出矛盾往往是河道的安全泄量与上游来水不相适应,防洪治理措施应采取“以泄为主,拦、蓄、分、泄兼筹”的原则,正确协调人与自然、人与洪水的关系。防洪体系建设一般以堤防加高加固为基础,配合河道整治工程、分蓄洪工程、干支流水库和上游水土保持工程建设以及非工程措施组成综合防洪体系。对拟定的各种防洪工程与非工程措施规划方案需进行论证和优选,明确推荐方案的格局,其中应特别重视对流域防洪起控制性作用的骨干工程的重大部署,以及城镇和某些重要防护地区防洪规划,制定出现超标准洪水时的对策措施。
对流域内现有防洪标准偏低的较重要城镇,应在流域整体防洪安排及城镇建设规划的基础上做出专门规划,使城镇的合理范围达到应有的防洪标准。必要时可设置相对独立的防洪体系。城镇防洪规划中应包括当地涝水排除的安排,其标准宜与有关部门协调确定。
对山地、丘陵区存在的严重山洪灾害,应分情况提出防治措施、方向、原则;对存在较严重泥石流、滑坡和岩崩等灾害的河流、河段,也应认真进行地质普查,查清成因和具体分布,提出建立监测、预报的措施意见,并提出应采取的主要工程措施。
(五)拟定调度方案与规则
流域防洪规划应初步研究整体防洪方案中主要工程的运用方式。对重要的防洪水库、控制性枢纽、重要的分(蓄、滞)洪区,应初步制定调度方案与规则。对沿岸有重要城市和洪水灾害特别严重的河流(或河段),还应研究安排超标准洪水的运用措施与对策。流域防洪规划中应针对流域特点提出加强管理、通信、预报、预警等防洪非工程措施的意见。
(六)实施意见及效果评价
根据流域或地区防洪实际情况,结合其社会经济发展的要求和防洪工程的总体布局,考虑国家投资力度与地方经济的承受能力,按照轻重缓急的原则,对近、远期工程与非工程防洪措施提出实施意见和投资安排意见。
对规划防洪工程建设实施后所产生的社会、经济、生态环境效益进行综合分析与评价。
防洪规划对生态环境的改善所产生的效益和负面影响的识别和预测,应有专题评价篇章,必要时应提出环境影响评价专题报告。按照国家有关法规,对于可能产生的重要与敏感性生态与社会环境问题进行分析,研究对策,提出减免不利影响的措施。对各类防洪工程施工对生态环境的影响,应在不同工程设计阶段,进行环境保护设计或编制环境保护实施计划,最大限度地减轻工程施工造成的环境影响。
按照《江河流域规划编制规范》(SL 201-2015)规定,江河流域规划的经济评价,可只进行国民经济评价。防洪工程不同于兴利工程,无直接经济效益,按照《水利建设项目经济评价规范》(SL 72-2013)规定,水利建设项目的防洪效益,应按该项目可减免的洪灾损失和可增加的土地开发利用价值计算,以多年平均效益和特大洪水年效益表示。水利建设项目的国民经济评价,可根据经济内部收益率(EIRR)、经济净现值(ENPV)及经济效益费用比(EBCR)等评价指标和评价准则进行,为论证优化规划方案的合理性提供依据。
三、河流防洪减灾规划方法
河流防洪减灾规划,以流域为规划单元,基本方法如下:
(1)流域防洪规划应在研究流域气象与洪水特性、历史洪灾及成因的基础上,分析干支流现有防洪能力,论证选定防护对象的防洪标准,研究蓄、滞、泄的关系,选定整体防洪方案,并阐明工程效益。
有凌汛灾害的河流,应研究冰凌特性,选定防凌方案。沿海地区应研究天文大潮、风暴潮等产生的灾害及其与当地洪水的关系,研究相应的防护措施。
(2)流域内各防洪保护对象的防洪标准,应根据其重要性及受灾后影响的严重程度区别对待,在国家《防洪标准》规定的范围内,从经济、社会、环境多方面综合论证选定。所要求的防洪标准一时难以达到的,可制定分阶段标准。
特别重要的、防洪标准要求很高的防洪保护对象,应在考虑本流域整体防洪方案的基础上,采取自保措施。
(3)流域防洪规划,应上下游、左右岸、干支流统筹研究,正确处理受益区与受影响区的关系,并考虑近期与远景相结合、防洪工程措施与非工程措施相结合、防洪与治涝相结合、防洪与兴利相结合,制定正确的防洪方针。多沙河流应在研究防治洪水的同时,因地制宜采取水土保持、调水调沙等措施研究防治泥沙。
(4)整体防洪工程措施方案,应在流域总体方案关于重点防洪地区洪水来量与方案平衡研究的基础上,综合研究各项防洪建设的可能性,拟定若干可行的组合方案,根据地区之间的关系、防洪可靠性、投资、效益等方面,以及方案可能带来的社会、环境等的影响进行综合比较选择。
(5)进行流域防洪规划,应核定现有河道的泄洪能力和防洪标准,分析存在的主要问题,研究提高河道泄洪能力的措施。
人为行洪障碍严重的河道,应根据不同情况,制定清障规划,拟定清障的范围和相应的措施。
(6)堤防的防洪标准、设计洪水位或允许泄量,应根据防洪体系和防洪保护区的要求,分析研究确定。上下游、干支流河道堤防和分洪、蓄洪、滞洪区堤防,应根据其任务与等级确定相应的设计标准。
多沙河流堤防的设计洪水位,应根据预测的河道冲淤变化规律,按不同水平年分别拟定。感潮河段堤防的设计洪水位,应研究洪、潮遭遇规律,合理确定。
(7)采取扩大行洪断面、裁弯等整治河道措施提高行洪能力,应根据沿河土质、河势和水沙特性等因素,研究整治后河道的稳定性及可能在防洪、排涝、通航、引水、泥沙冲淤、岸坡稳定等方面对上下游、左右岸的影响,并采取妥善的处理措施。
(8)安排分(蓄、滞)洪工程,应根据整体防洪方案,结合分(蓄、滞)洪区条件进行方案比较综合选定。对提出的分(蓄、滞)洪区应初步拟定启用原则,研究工程可能引起的上下游及邻近河流河势和洪水位的变化,分析其对当地生态与环境的影响,并制定区内安全、建设规划。
采用分洪道分泄本流域洪水至其他水域时,其泄洪能力核算应考虑两地洪水较不利遭遇情况。
四、典型防洪系统规划简介
现以汉江中下游近期防洪规划为例,说明防洪系统的方案选定及其防洪效益。
汉江中下游几乎全属平川地带,为抗御洪水的侵袭,远在公元2世纪就开始筑堤防洪。由于历史的原因,钟祥皇庄以下两岸堤距越往下游越窄,从新城的3500m,减至汉川以下的250~360m,故造成河道泄量沿程递减的状况(表1-2)。而汉江洪水频繁且主要来自丹江口以上,自1583年以来丹江口大于38000m3/s的洪峰流量有过7次,丹江口、碾盘山不同频率的洪水分析成果如表1-3所列,可见新城及以下河段的安全泄量尚不及上游5年一遇的洪水来量。
表1-2 汉江下游河道安全泄量
表1-3 汉江洪水分析成果
汉江中下游的保护对象是江汉平原23个市县,1286万人和1860万亩耕地,其中包括重要城市武汉市。因此,在“汉江流域规划报告”中,也明确了近期以中下游防洪为主,同时发展灌溉,开发水力资源,改善航运的目标。
在进行防洪系统研究中,着重考虑了增加河道泄量的水库蓄洪方案。
扩大河道泄量方面,曾进行了加高堤防、展宽堤距、分洪等各种措施的研究。加高堤防和展宽堤距方案,因堤身质量和背河侧(也称堤内)地形低洼,均未采用,故平衡各河段泄量的主要办法是依靠分洪旁泄,这包括民垸破堤滞洪和兴建杜家台分洪区。
在水库蓄洪方面,主要研究了以下几个水库库容较大和防洪控制性能较好的方案:
(1)丹江口。库容较大,但坝址以下还有一定的区间面积。
(2)碾盘山。防洪性能较好,但受水库上游淹没限制,库容相对较小。
(3)丹江口+支流水库。南河、唐白河等支流水库以控制区间洪水。
(4)丹江口+碾盘山。丹江口以上及区间洪水均得以控制,但其投资及淹没均较大。
根据以上四个方案的比较研究,丹江口一个枢纽的方案,可以基本解除汉江中下游频繁而严重的洪水灾害,同时还可获得巨大的灌溉、发电、航运效益,故选择为近期开发方案。
最后选定的汉江中下游防洪方案是通过丹江口枢纽调节洪水,新城以下民垸分洪,同时运用杜家台分洪区,以及1563.4km长的堤防,组成一个分、蓄、泄的防洪系统,即汉江中下游防洪系统。防洪系统联合运用,以保证汉江中下游河段在近期可初步防御1935年型洪水(大约100年一遇)。丹江口水库1958年开工,初期规模于1973年建成,坝高97m,坝顶高程162m,防洪限制水位149m,正常蓄水位157m,死水位145m,校核洪水位161.4m,总库容209.68亿m3,兴利库容74.5亿m3,防洪库容53.5亿m3。续建工程大坝加高至坝顶高程176.6m,防洪限制水位163.5m,正常蓄水位170m,死水位145m,校核洪水位174.35m,总库容339.39亿m3,兴利库容增至190.5亿m3,防洪库容72.5亿m3。杜家台分洪区1956年建成,分蓄洪水位30.00m(吴淞冻结高程)以下容积为38.61亿m3。这些骨干工程的建成运用,使汉江中下游防洪状况有了根本改观,分洪区与丹江口水库配合,可使1935年型洪水减缓为20年一遇洪水。例如1975年、1983年汉江大水,如未建丹江口水库,碾盘山洪峰流量均将达30000m3/s以上,即使利用中游全部民垸分洪,也难保遥堤安全。但由于防洪系统的合理运用,两次洪水均调蓄在控制泄量之内,使遥堤安全度汛。另外,也大大减少了民垸分洪的机遇,减少了洪灾损失,若按照以往当碾盘山流量超过21000m3/s时,如要采用民垸分洪的标准计算,1968-1975年共需用民垸分洪7次,估计淹没农田约200万亩次。但由于防洪系统的建立,其间只在1983年10月运用民垸分洪1次,仅淹没耕地14万亩,损失约1.2亿元,保障了洪水影响区其他75万亩土地和55万人口的安全。