专利名称：一种防洪及泄洪方法
技术领域：
本发明涉及对于河流治理的领域，更具体地说，是涉及一种利用天文潮差的潮汐河口(河口面向大海)河流的防洪及泄洪方法。
背景技术：
我国是一个洪涝灾害十分严重的国家，据不完全统计，公元前206～1949年的2155年间，共发生较大洪水灾害1092次，不到两年就出现一次，生命财产损失无数。历史上黄河素有“三年两决口、百年一改道”之称。
自古以来，中华民族同洪水进行了长期的、艰苦卓绝的斗争，特别是中华人民共和国成立以来，党和政府领导人民群众大兴水利，在开展工程措施建设的同时，注重非工程措施建设，初步形成了一套较为完整的防洪体系，具备了防御较大洪水的能力，并夺取了历次抗洪斗争的伟大胜利，黄河取得了50年的“岁岁安澜”的巨大成就。但由于中国江河治理的难度极大，目前水利工程防洪标准还不够高，一旦遇到大洪水，会出现各种各样的险情，直接危及堤防、水库等工程的安全，如果不能及时控制险情，甚至可能出现垮坝、决口，造成巨大损失。
各地在长期的抗洪抢险实践中，积累了十分丰富的经验。特别是近些年来，在发扬传统抢险技术的同时，不断研究、开发、利用新技术、新材料，战胜了一个个重大险情，取得了一次次胜利，进一步丰富、完善了抢险技术和方法。1998年长江大洪水，仅长江干堤就出现各种较大险情9000多处。
例如1999年长江上游支流岷江、沱江、嘉陵江和乌江，洞庭湖和鄱阳湖水系，长江中下游干流沿江地区多次遭受暴雨袭击，上游支流乌江发生了历史第一位的特大洪水，洞庭湖水系湘、资、沅、澧四水及鄱阳湖水系昌江、乐安河等河流发生了不同程度的洪水，长江上游干流出现4次洪水过程，中下游干流宜昌至南京河段各主要控制站水位超过警戒水位，其中石首至螺山河段一度超过保证水位，沙市、石首、监利、莲花塘、螺山、武穴、九江及洞庭湖城陵矶和鄱阳湖湖口水文站出现了仅次于1998年洪水的历史第二位高水位，汉口、大通等水文站出现了历史第三位高水位。
1999年汛期，长江上游多次出现局部暴雨，支流乌江、岷江等河流多次出现超过警戒水位的洪水。其中，乌江发生了特大洪水，武隆(重庆武隆)水文站6月出现洪峰水位204.63m，超过保证水位(192.00m)12.63m，超过历史最高水位(204.51m，1955年)0.12m，实测最大流量22500m3/s，为有记录以来的最大流量(历史最大流量21000m3/s，1964年)。受上游来水影响，长江上游干流寸滩水文站7月出现1999年汛期最大洪水，洪峰水位180.02m，超过警戒水位(180.00m)0.02m，相应流量48700m3/s。干流宜昌水文站1999年汛期出现了4次洪水过程，洪峰水位分别为51.38m、52.20m、53.68m、51.73m，相应流量分别为46800、51800、57200和44200m3/s，均为一般洪水。
受长江上游、两湖及其它支流来水的共同影响，长江中下游干流水位自6月下旬开始上涨，石首和芜湖站率先超过警戒水位，监利至莲花塘和九江至大通河段也相继超过警戒水位，莲花塘至汉口河段也跃居警戒水位之上。
长江中下游各主要控制站于7月下旬出现1999年汛期最高水位。沙市水文站7月最高水位44.74m，超过警戒水位(43.00m)1.74m，为有实测记录以来仅次于1998年(45.22米)的第二位高水位；监利水文站7月最高水位38.30m，超过保证水位(37.28m)1.02m，仅低于实测历史最高洪水位(38.31m，1998年)0.01m；莲花塘水文站7月最高水位35.54m，超过保证水位(34.40m)1.14m，为有实测记录以来仅次于1998年(35.80m)的第二位高水位；螺山水文站7月最高水位34.60m，超过保证水位(34.01m)0.59m，为有实测记录以来仅次于1998年(34.95m)的第二位高水位；汉口水文站7月最高水位28.89m，超过警戒水位(27.30m)1.59m，为有实测记录以来的第三位高水位(1954年洪水位为29.73m，1998年洪水位为29.43m)；九江水文站7月最高水位22.43m，超过警戒水位(19.50m)2.93m，为有实测记录以来仅次于1998年(23.03m)的第二位高水位；大通水文站7月最高水位15.87m，超过警戒水位(14.50m)1.37m。
目前水利工程防洪标准还不够高，一旦遇到大洪水，并且是集中发生在很短的时间内，会出现各种各样的险情，会给国家和个人造成极大的损失。如果能有相对简单的方法和设施，在很短的时间内泄洪，不仅是利国利民，而且造福子孙。
发明内容
由于人类活动越趋频繁，引起严重水土流失、湖泊消亡、气侯变化，洪水灾害有越来越严重的趋势，使现有的防洪措施更不足以抵御，本发明的目的是为了补充现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、使用方便、泄洪能力巨大的防洪及泄洪方法。
本发明利用天然潮差防洪，是一种加速河流泄洪入海的方法，通过下述技术方案予以实现，在河流河口的潮流区(海岸切线处或与河口窄处间)任意位置设置挡潮闸，理论上所述挡潮闸横跨两边河岸；在洪水季节洪水出现险情时，在潮涨的时候关闭挡潮闸，不让潮水进入内河，在退潮的时候将挡潮闸开启，将被挡住的洪水放入大海。挡潮闸在不动用时是常打开的。
所述的挡潮闸设置在河口窄处。所述的挡潮闸为平板多孔式挡潮闸，由多个单孔挡潮闸组合而成。实际上所述的挡潮闸的跨度为河口窄处所处河宽宽度的20％～80％。在发生严重洪水险情时，需要运用挡潮闸功能的日数仅为7～14天(运用挡潮闸的日数和挡潮闸跨度及暴雨水量有关)。
本发明的有益效果是，利用潮汐河流的天然潮差防洪，防洪容量巨大，加速河流泄洪入海，可以实现高速泄洪。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
在面向大海的河流河口处建挡潮闸，建挡潮闸的位置，可建在河口最外端(海岸切线上)以至河口窄处。在河口最外端建造挡潮闸当然可以创造最大的纳洪湖，但因有了挡潮闸功能，中下游实际发生的洪水泛滥规模就会显得很小，如在河口建规模太大的挡潮闸，就会增加成本，对中下游的防洪效益却不会大增，是杀鸡用牛刀。所以，在海岸切线上建挡潮闸的泄洪能力将过大，我们可以考虑将挡潮闸建在河口窄处，或潮流界与河口之间的其它适当位置(例如迁就交通)，减低建设成本。
在潮汐河口建了挡潮闸，就能阻止潮水带着部份河水，倒流入内陆。中游出现了大洪水时，在潮涨时关闭挡潮闸，潮流就不会再流入内河，挡潮闸就把原来海潮涌入内河部份，变相变成了一个空载纳洪湖，腾空了一个容量极大的纳洪湖，去容纳及排泄中游洪水。在潮退时因为纳洪湖中的水位比海平面高，把挡潮闸打开，就可以将大量的洪水排入大海，这是一个循环不息、周而复始、12小时半就可以重复使用一次的转运站，对解决坡降平缓的平原、三角洲地带的洪水过量的问题，比任何现有的防洪机制都更为有效。
如果没有恶劣气候因素，只为了阻截海潮进入内河，对挡潮闸的设计要求会非常简单，挡潮闸只需要在涨潮时，有阻截海潮进入内河的功能就可以了，只需根据河口的最高潮汐位置，把挡潮闸的闸门建得高于最高径流水位，以及最高涨潮水位，能够完成挡潮任务即可。其实只要求挡潮闸达到阻截海潮进入内河是不够的，因为挡潮闸是建设在河口地区，要面对恶劣的海洋气候，尤其是长江河口、莱茵河河口等位于风暴潮频发地区的大江大河，设计时就要考虑挡潮闸的耐用性了，要求就比上述只有挡潮汐功能的挡潮闸更为严格，必须将挡潮闸建设得有足够的防盐、防浪、防风暴能力才能保证在暴风巨浪恶劣环境下长期稳定运作。
挡潮闸可采用平板多孔式的挡潮闸。以下是为方便论述的举例，每孔挡潮闸宽20米，如河口宽680米，就要建单元挡潮闸34孔，由于挡潮闸的总跨度是由很多孔挡潮闸所组合而成，只要决定了这组挡潮闸的总跨度之后，就可计算出要建多少孔挡潮闸。当我们选择了河口窄处兴建挡潮闸，即使碰到最大潮时，要求把该潮汐河口潮流挡住在挡潮闸的界线上，也没有必要在该窄处，百份百全面建挡潮闸，挡潮闸无须横跨两岸。挡潮闸无需选择和海岸切线一致，我们也不必强求达到最大防洪效益。建了挡潮闸后，中游洪水量显得很小，因为挡潮闸的防洪效益非常宏大，因此并无必要选择和海岸切线一致，就已经可以全面解决中游洪水水患，因此建设成本就成为了更重要的考虑因素。以长江为例，如果我们选择在河口窄处建挡潮闸，以平均潮差计算，只要动用十三天，就可以达致泄洪五百亿立方米(这是真实数)的效果。如果我们选择在海岸切线上建挡潮闸，要泄洪五百亿立方米，可以减少至三至五天，其实减少八天时间在洪水期是无关痛痒的，我们完全可以通过雨情预报，预先运用挡潮闸，就可在洪峰到达前，提早激活挡潮闸，就可有效控制武汉和湖南洪水水位。在河口建和海岸切线一致的挡潮闸，将会大大加大挡潮闸长度，大大加重挡潮闸的成本。为了使泄洪能力，由十三天减至五天，而要动用很多很多倍的人力物力，多花几十亿元，甚至上百亿元去多建挡潮闸，是划不来的。
由于潮汐河口的进潮量，是和潮汐河口的表层断面面积成正比的，(因为潮汐进潮水深大致相等，那幺进潮量和潮汐河口的宽度也成正比)河口被挡潮闸束窄后，因为断面面积减少，入潮量就跟着减少，我们只要计算要将此潮汐河口的宽度，减少多大比例，减少至何种程度，潮汐才不会越过挡潮闸，进入内河，这个宽度，就是挡潮闸的最佳防洪临界跨度。
最佳防洪临界跨度＝河口窄处河宽-河口不必建挡潮闸的宽度，即最佳防洪临界跨度＝河口窄处河宽-(最大洪水期径流量/单位面积进潮能力)。例如河流洪水期径流量为10,000m3/s，河口进潮量是40,000m3/s，而原河宽为2,000m，则单位面积进潮能力为40,000/2000＝20m3/s/m，河口不必建挡潮闸的宽度＝10,000/20＝500m。假设我们已选定河口窄处河宽1100m，只要减少至500m，在洪水期径流和潮汐水量比例，力量就会相等。我们根据以上计算，就可以决定挡潮闸的最佳防洪临界跨度。即是说1100m-500m＝600m就是最佳防洪临界跨度。
如果挡潮闸建在长江河口的海岸切线处，长江口外潮型属年平均潮差时进潮量合计共266,300m3/s，大潮时约400,000m3/s，小潮时约140,000m3/s，长江百年一遇洪水径流量为93200m3/s，为了达到潮流界在洪季大潮时保持在挡潮闸线上不上溯，就要使被挡潮闸临时缩窄后的河宽，只能进潮93200m3/s。因此，我们要将长江口进潮量由400,000m3/s，缩减为93200m3/s，则必须将长江口缩窄(400000-93200)/400000＝76.7％。反过来说，我们可以留空23.3％海岸切线的宽度，作为不必建挡潮闸河口部份的宽度。如果挡潮闸建在长江河口的窄处，由于长江口是小喇叭型河口，窄处和海岸切线的自然河宽跨度相差很大，只要留空不必建挡潮闸的宽度，让径流继续前进，就足够了。例如我们选择了一河口窄处，其河宽为40％海岸切线宽度，那么，我们就要建40％-23.3％＝16.7％海岸切线宽度，这已是最佳防洪临界跨度。
潮汐有周期，并不是每天一样，大潮只是一小部份，每月只有几天；即需要动用所有挡潮闸的日子只有几天。在大潮日子里，进潮量也是渐变的由小增大，而进潮量最大的凡小时，只占涨潮的其中一小部份，要动用所有挡潮闸的时间也并不是很长；例如每一潮中进潮量大的只有2.5小时，只占每潮12时25分的1/5。只是为了这一小段时间而建太多挡潮闸并不化算。挡潮闸效益很大，即使挡潮闸建得短一点，也只会使挡潮闸的运用次数增加几次而已，现代科技发达，只要掌握中上游雨情，就可提早几天运用挡潮闸，我们实在不必花过多金钱去全面兴建超乎实际必要的“最佳防洪临界跨度”。
其实我们只要在河口两岸建几孔挡潮闸，就已可产生一定的防洪作用，不过，如果我们建的挡潮闸孔数太少，例如只建三至四孔，则在中游暴雨太大时，将无法确保在洪水量太大的时间内迅速泄洪，不能达到及时泄洪效果，就等于我们生病时候，服药份量不足一样，如果挡潮闸建得孔数太少，则可能只可防御十年一遇洪水，但遇百年一遇或千年一遇洪水，则仍有可能产生灾害。为了少建挡潮闸，我们或可提早运用挡潮闸，但如经常被迫过早运用，也会有不利的情况发生，例如中上游初期水多，又突然干旱不下雨，则会造成因要过早启用挡潮闸，泄洪过度而造成水位过低、浪费水资源的坏处。
因为挡潮闸的泄洪能力太大，是不能过于频繁使用的，每个洪水年度只能动用挡潮闸机制几天，就必须停止使用，否则泄洪过度，如遇日后降雨量转而偏低，则洪水季节后期也会出现水位偏低，不利冬季船只航行。以长江为例，挡潮闸每潮可以增加泄洪量大约为20亿立方米，每天约38亿立方米(因每天只有1.93潮)，而百年一遇的1954年的大洪水只超量500亿立方米，这样的洪水也只需要动用挡潮闸13天，如果动用挡潮闸超过13天，江湖水位就会开始偏低。
权利要求
1.一种防洪及泄洪方法，其特征是，包括下述步骤(1)在河流河口与海岸切线处或与河口窄处间地任意位置设置挡潮闸，所述挡潮闸设置于河流两岸；(2)在洪水季节发生洪水险情时段，在潮涨的时候将挡潮闸关闭，不让潮水进入内河，在退潮的时候将挡潮闸打开，将被挡住的洪水放入大海；(3)挡潮闸在不动用时是常打开的。
2.根据权利要求1所述的防洪及泄洪方法，其特征是，所述的挡潮闸可设置在河口窄处。
3.根据权利要求1所述的防洪及泄洪方法，其特征是，所述的挡潮闸为平板多孔式挡潮闸，其由多个单孔挡潮闸组合而成。
4.根据权利要求1所述的防洪及泄洪方法，其特征是，所述的挡潮闸的跨度为所处河口窄处宽度的20％～80％。
5.根据权利要求1所述的防洪及泄洪方法，其特征是，所述的洪水季节发生险情的时段为7～14天。
全文摘要
本发明公开了一种结构简单、使用方便、泄洪能力巨大的防洪及泄洪方法。本发明利用天然潮差防洪，是一种加速河流泄洪入海的方法，通过下述技术方案予以实现，在河流河口的潮流区(海岸切线处或与河口窄处间)任意位置设置挡潮闸，理论上所述挡潮闸横跨两边河岸；在洪水季节洪水出现险情时，在潮涨的时候关闭挡潮闸，不让潮水进入内河，在退潮的时候将挡潮闸开启，将被挡住的洪水放入大海。挡潮闸在不动用时是常打开的。本发明适用于存在天文潮差的潮汐河口(河口面向大海)的河流，利用潮汐河流的天然潮差防洪，防洪容量巨大，加速河流泄洪入海，可以实现高速泄洪。
文档编号E02B3/00GK1478959SQ0313036
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月4日 优先权日2003年7月4日
发明者林步东 申请人:林步东