水利工程防洪減災(zāi)效益分析與應(yīng)用

杜　偉　張　莉　鄭燦強

水利工程防洪減災(zāi)效益分析與應(yīng)用

杜偉張莉鄭燦強

2016年入汛以來，由于受超強厄爾尼諾等極端天氣影響，我國南方地區(qū)出現(xiàn)多次強降雨過程，上百條河流發(fā)生超警戒水位洪水，部分地區(qū)遭受較重洪澇災(zāi)害，國民經(jīng)濟損失非常嚴(yán)重。如何科學(xué)合理準(zhǔn)確地計算水利工程防洪減災(zāi)效益，并應(yīng)用到防洪減災(zāi)管理中，是一門值得研究的課題。

一、水利工程防洪減災(zāi)的重要性

《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》指出，水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。興水利、除水害，事關(guān)人類生存、經(jīng)濟發(fā)展、社會進(jìn)步，歷來是治國安邦的大事。促進(jìn)經(jīng)濟長期平穩(wěn)較快發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定，奪取全面建設(shè)小康社會新勝利，必須下決心加快水利發(fā)展，切實增強水利支撐保障能力，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。近年來我國頻繁發(fā)生的嚴(yán)重水旱災(zāi)害，造成重大生命財產(chǎn)損失，暴露出水利基礎(chǔ)設(shè)施十分薄弱，必須大力加強水利建設(shè)。

水利工程失事后帶來的損失主要有農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、工業(yè)、商業(yè)及旅游業(yè)等，另外還影響通信、電力及交通等基礎(chǔ)設(shè)施的安全及正常運行，一旦失事將直接影響人民群眾的生命財產(chǎn)和工礦企業(yè)正常的生產(chǎn)生活，影響的范圍是廣大的，帶來的損失是巨大的，所以也引起了國家、社會和人民群眾的廣泛關(guān)注和重視。

二、水利工程防洪減災(zāi)效益分析

1.洪災(zāi)淹沒面積的計算

洪災(zāi)是因上游洪水流經(jīng)下游平原區(qū)時，洪水超過河道下泄能力而引發(fā)的水災(zāi)。在確定工程現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)及引起洪災(zāi)的上游來水標(biāo)準(zhǔn)后，可按以下步驟計算：（1）決口位置的確定。根據(jù)河道不同頻率洪水，自上而下，按河道地理位置、地形及防洪能力確定是否決口及決口的先后秩序。（2）決口起止流量的計算。包括決口時的起始流量及消退時的流量。河道來水流量如超過行洪能力，則超標(biāo)準(zhǔn)洪水流量減去河道下游安全下泄流量即為決口起始流量，止點流量即為河道的平槽泄量。（3）超標(biāo)準(zhǔn)洪水總量的計算。超出部分的量即為造成洪災(zāi)的水量。此水量可從洪水過程線上采取近似的方法切割出來，起點為行洪能力，止點為河道的平槽泄量。（4）計算洪災(zāi)淹沒面積及淹沒深度。利用計算的超標(biāo)準(zhǔn)洪水總量，根據(jù)工程地形圖和決口處的地形及高程，合理確定洪災(zāi)淹沒面積及淹沒深度。

2.澇災(zāi)淹沒面積的計算

澇災(zāi)是指因當(dāng)?shù)乇┯晁a(chǎn)生的徑流排水不暢，或因下游河道洪水頂托，不能及時外排而形成的水災(zāi)。分平原區(qū)和山丘區(qū)兩種地形計算，河流坡度或地面坡度小于0.001的按平原區(qū)計算，大于0.001的按山丘區(qū)計算。（1）確定工程除澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。包括暴雨出現(xiàn)的頻率，排澇歷時，作物允許淹沒水深等指標(biāo)。一般情況下采用5～10年一遇。（2）計算形成澇災(zāi)的降雨徑流關(guān)系。（3）計算各時段的洪峰流量。（4）計算本流域的洪峰流量。（5）確定澇災(zāi)淹沒面積。利用超過工程現(xiàn)狀除澇標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量即為可能形成澇災(zāi)的洪峰流量，徑流過程線計算洪水總量進(jìn)行洪水還原，再結(jié)合作物排澇歷時，作物允許淹沒水深及允許淹沒時間，確定澇災(zāi)淹沒面積。

3.防洪減災(zāi)效益計算與分析

水利建設(shè)項目的防洪效益應(yīng)按該項目可減免的洪災(zāi)損失計算，以多年平均效益和特大洪水年效益表示。洪災(zāi)損失主要可分為以下五類：一是人員傷亡損失；二是城鄉(xiāng)房屋、設(shè)施和物資損壞造成的損失；三是工礦停產(chǎn)，商業(yè)停業(yè)，交通、電力、通信中斷等造成的損失；四是農(nóng)、林、牧、副、漁各業(yè)減產(chǎn)造成的損失；五是防汛、搶險、救災(zāi)等費用支出。各類防護(hù)對象受洪災(zāi)后的損失，應(yīng)根據(jù)洪水淹沒深度、淹沒歷時，結(jié)合各地區(qū)的具體情況分析計算。

（1）多年平均防洪效益的計算

應(yīng)按該項目可減免的洪災(zāi)損失和可增加的土地開發(fā)利用價值計算，以多年平均效益和特大洪水年效益表示。采用系列法計算多年平均防洪效益時，所用的系列應(yīng)具有較好的代表性，如缺少大洪水年應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)處理。

（2）多年平均除澇效益計算

應(yīng)按該項目可減免的澇災(zāi)損失計算，以多年平均效益和特大澇水年效益表示。采用頻率法計算多年平均治澇效益時，可根據(jù)澇區(qū)特點和資料情況，選用澇災(zāi)頻率法或內(nèi)澇積水量法或雨量澇災(zāi)相關(guān)法。

（3）利用頻率法計算多年平均效益

表1　多年平均效益計算表

表2　防洪減災(zāi)響應(yīng)救助規(guī)模計算表

根據(jù)多個水利工程效益計算結(jié)果對比，認(rèn)為水利工程多年平均防洪效益計算采用系列法需要較多的資料，所用的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性均要求較高，如達(dá)不到要求，對計算結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性影響較大，利用不當(dāng)，工作量大且不準(zhǔn)確。采用多年平均除澇效益計算的頻率法，則可避免這種情況的發(fā)生，且有效提高工作效率和準(zhǔn)確度。計算方法及結(jié)果見表1。

（4）應(yīng)用效果分析

利用頻率法計算多年平均效益計算，結(jié)合工程實際及歷史資料調(diào)查，可以看出計算結(jié)果相關(guān)不大，且更能與實際情況相符。經(jīng)在多個治淮工程，如山東省南四湖湖西大堤加固工程、湖內(nèi)工程、泗河中游治理工程及平原洼地治理工程等工程的應(yīng)用，均得到良好效果，并獲得專家的一致認(rèn)可。

三、水利工程防洪減災(zāi)效益的應(yīng)用

以某條中小型河道為例，根據(jù)工程項目區(qū)防洪減災(zāi)多年平均效益計算成果，結(jié)合工程區(qū)域內(nèi)實際情況，制定防洪減災(zāi)救助規(guī)模計算表（如表2）。從表中可以看出，將降雨、防洪除澇發(fā)生頻率、淹沒面積、工程效益及災(zāi)情發(fā)生后工程的救助規(guī)模和投資均聯(lián)系在一起，具有較好的相關(guān)性。具有以下優(yōu)點：

（1）將前期的工作成果用于后期工程管理及災(zāi)后救助體系中，有利于行業(yè)主管部門在工程管理及救助中發(fā)現(xiàn)問題、分析原因，并將解決問題的措施盡快利用到今后的工程建設(shè)。

（2）在災(zāi)后救助體系及工程管理中，將實際救助的面積、規(guī)模、項目、數(shù)量等各項指標(biāo)反饋到行業(yè)主管部門或工程咨詢機構(gòu)，有利于進(jìn)一步修正前期的計算成果，為將來工程建設(shè)及管理提供科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)和管理模式。

（3）形成降雨～災(zāi)情～救助曲線，可以進(jìn)行區(qū)域內(nèi)管理和區(qū)域外管理，使防洪減災(zāi)體系建設(shè)更具精確性和擴展性

（作者單位：濟寧市水利科技推廣培訓(xùn)中心272000濟寧市梁濟運河管理處272000濟寧市水利勘測設(shè)計院272000）