第一章 洪水灾害与防御措施
第一节 洪水
洪水是指河流、湖泊、沼泽和人工水库等地表水体所含的水量超过多年平均水量的一种水流现象。
一、洪水类型
根据洪水的成因可分为暴雨洪水、山洪、溃坝洪水、融雪洪水、冰凌洪水等。
1.暴雨洪水
暴雨引起的江河水量迅速增加并伴随水位急剧上升的现象，称为暴雨洪水。按暴雨的成因可分为雷暴雨洪水（也称骤发暴雨洪水）、台风暴雨洪水、锋面暴雨洪水。暴雨洪水年际变化很大，在同一流域，常年出现的暴雨洪水与偶尔出现的特大暴雨洪水，在量级上悬殊，洪水过程特征也不完全一致。中国河流的主要洪水大多是暴雨洪水，它多发生在夏、秋季节，南方一些地区春季也有发生。暴雨产生洪水，降雨量是首先要关注的重要技术数据。降水等级划分见表1-1。
表1-1 降水等级划分表
强度大、笼罩范围广的暴雨，是形成江河特大洪水的主要原因。我国大面积暴雨时空尺度特征在地区上有一定差别，黄河流域及其以北地区，一次大暴雨历时一般为2～7天，笼罩面积3万～10万km2，总降水量100亿～550亿m3；长江中下游一次大暴雨历时5～9天，笼罩面积10万～20万km2，总降水量300亿～700亿m3；东南沿海热带风暴和台风引发的大暴雨，一般历时1～2天，笼罩面积在8万km2以下，相应总降水量100亿～170亿m3。
大范围暴雨主要由两类天气系统形成：一类是西风带低值系统，包括锋、气旋、切变线、低涡和槽等，影响我国大部分地区，这类暴雨一般持续时间长，覆盖面广，降水总量大，大江大河洪水主要由这类暴雨形成；另一类为低纬度热带天气系统，主要是热带风暴和台风，主要影响东南沿海地区和华南各省，洪水峰高量大，可以在较大范围造成严重的洪水灾害。此外，西北干旱和半干旱地区，受夏季强对流天气影响易产生短历时局地性大暴雨。如1976年7月25日甘肃省陇南市宕昌县化马乡3小时雨量达343mm，而暴雨范围仅50km2，这类短历时大暴雨，对局部地区可造成毁灭性灾害。
每年大暴雨洪水发生的季节有一定规律。一般情况，4月上旬至8月中旬随着西太平洋副热带高压脊线从南向北移动，夏季集中雨带也逐步从华南向江淮、华北、东北地区推进，依次形成4月、5月珠江流域前汛期洪水，6月、7月江淮梅雨锋暴雨洪水和7月、8月华北、东北地区盛夏暴雨洪水。如果天气活动反常，副高脊线在华南上空停滞时间过长，长江中下游和淮河流域形成长时间梅雨期，连续出现大面积暴雨，江淮流域必将形成大范围洪涝灾害，1931年、1954年和1998年特大洪水，都是在这种天气背景下形成的。
7月、8月当副高脊线北移，产生于西太平洋的热带风暴和台风在我国东南沿海频繁登陆，南部地区出现第二次暴雨洪水高峰。少数台风深入内陆，与西风带低值系统结合，常常可以形成强度很高的大面积降雨。例如：1935年7月，长江中游湘、鄂西地区持续5天特大暴雨，暴雨中心五峰累计雨量1281.8mm，暴雨区范围达12万km2，长江中游澧水、清江、汉江等大支流同时暴发特大洪水。澧水三江口水文站洪峰流量达31100m3/s，接近世界最大洪水外包值。1963年8月海河特大暴雨，1975年8月淮河上游特大暴雨都具有这种性质。
暴雨洪水的地区分布从黑龙江省呼玛县沿大兴安岭经阴山、贺兰山到西藏高原东南部，这条东北—西南向的斜线相当于年均24h雨量50mm等值线的位置，将我国大陆分成面积大致相等的东、西两大部分。东部地区暴雨发生的频率高、洪水量值大，是我国主要暴雨洪水区；西部地区虽然也可以产生暴雨，但发生的频率低，范围也比较小。
2.山洪
山洪是指山区河流溪沟发生的暴涨暴落洪水及伴随发生滑坡、崩塌、泥石流的总称。其中暴雨引起的山洪最为常见，持续降雨或短时强降雨汇聚成地表径流，导致溪沟水位暴涨，产生溪河洪水；洪水挟带大量砂石成为泥石流；因降雨导致山体松动滑落，形成山体滑坡。
山洪因其所流经的沟道陡峻，地质条件复杂，具有历时短、流速快、冲刷力强、挟带泥石多、破坏力大等特点。由暴雨引起的山洪，其历时不过几十分钟到几小时，很少一天或持续几天，常造成局部性洪灾。我国山区面积占全国总面积的2/3以上，全国半数以上的县都有山区，山洪现象颇为普遍。山洪常造成人民生命财产的损失，毁坏房屋、农田、道路和桥梁等，甚至可能导致水坝、山塘溃决，对国民经济和人民生命财产造成严重危害。但山洪涨落迅猛、沟道又短，一般水文预报方法难以满足预见期的要求，常用水文气象或物象测雨及当地的天气谚语预报。
泥石流暴发突然，运动快速、历时短暂、破坏力极大。泥石流是特殊的固体径流，固体物质含量很高（可达30%~80%）。流体做直线惯性运动，遇障碍物不绕流而产生阻塞、堆积等正面冲击作用，常造成生命财产重大损失，其危害程度往往比单一的滑坡和洪水的危害更为广泛和严重，常常掩埋整个村庄或城镇。我国泥石流易发地区主要分布在青藏高原及西南山区，华北和东北的部分山区以及海南省、台湾地区等地亦有零星分布。
3.溃坝洪水
溃坝洪水是指大坝在蓄水状态下突然崩溃而形成的向下游急速推进的特大洪流，习惯上把因地震、滑坡或冰川堵塞河道引起水位上涨后，堵塞处突然崩溃而暴发的洪水也归入溃坝洪水。溃坝洪水的洪峰流量、运动速度、破坏力远远大于一般暴雨洪水或融雪洪水，其破坏能力与库蓄水体、坝前上游水深、水头、溃决过程及坝址下游河道的两岸地形密切相关：溃前库蓄水体越大，坝址水头越高，破坏力也越大。溃坝洪水造成的灾害往往是毁灭性的。溃坝的发生和溃坝洪水的形成通常历时短暂，难以预测，世界各国都很重视，并有各种溃坝洪水的计算方法。
4.融雪洪水
融雪洪水是指以积雪融水为主要来源而形成的洪水。影响融雪洪水大小和过程的主要因素是：积雪的面积、雪深、雪密度、持水能力和雪面冻深，融雪的热量（其中一大半为太阳辐射热），积雪场的地形、地貌、方位、气候和土地使用情况，这些因素彼此间有交叉影响。融雪洪水在春、夏两季常发生在中高纬度和高海拔地区，主要分布在新疆阿尔泰和东北一些地区河流，其冬季的积雪较厚，随着春季气温大幅度升高，各处积雪同时融化，江河中流量或水位突增形成融雪洪水。发生时间一般在4—5月，最迟6月就结束。
5.冰凌洪水
由于某些河段由低纬度流向高纬度，在气温上升、河流开冻时，低纬度的上游河段先行开冻，而高纬度的下游河段仍封冻，上游河水和冰块堆积在下游河床，形成河坝。由于大量冰凌阻塞形成的冰塞或冰坝拦截上游来水，导致上游水位壅高，在冰塞溶解或冰坝崩溃时槽蓄水量迅速下泄形成了冰凌洪水。一般可分为冰坝洪水与冰塞洪水。
6.其他
（1）战争。1938年，蒋介石为阻止日寇进攻，下令在河南省中牟县赵口和郑州市花园口扒开黄河大堤，洪水以高丈余水头破堤而出，直奔东南，在安徽怀远一带汇入淮河，千里平原顿成泽国，泛区长约400km，宽30~80km，使河南、安徽、江苏三省44县，54000多km2土地、1250多万群众、1000多万亩耕地遭受洪水袭击，淹死和病饿而亡共89万余人。
（2）地震。1933年8月25日，四川叠溪发生7.5级地震，山体崩塌堵塞岷江，形成4个堰塞湖。震后45天，崩塌堵坝溃决，水头高达20丈，洪水泛滥千余公里，死亡2万余人，冲毁农田5万余亩。2008年5月12日，四川汶川发生8.0级地震，由于山体崩塌，形成34个堰塞湖，其中唐家山堰塞湖最大库容约2.6亿m3，坝前最大水深约77m。经过开挖泄洪槽，利用水流冲刷作用，形成1/3溃坝，对下游产生较小的损害，没有一例人员伤亡，顺利解除险情。
二、洪水等级
洪水标准有洪峰、洪量、洪水位三个重要数据。洪峰是指一次暴雨洪水发生的最大流量数值（也称“峰值”，以m3/s计）；洪量是指一次暴雨洪水产生的洪水总量（以亿m3或万m3计）；洪水位是指一次洪水引起河道或水库水位上涨达到的数值，以高程“m”计，其最大数值称为“最高洪水位”。影响河道防洪安全的关键在“峰”，也就是一次暴雨洪水发生的洪峰流量和最高水位；影响水库安全的关键在“量”，也就是一次暴雨洪水发生的洪水总量与最高库水位。
按洪水出现的稀有程度来确定它的大小和等级，在数理统计学上称为“概率”，在水文学上则习惯称为“频率”，属于洪水要素方面的，称为“洪水频率”，常以%表示，水文上一般采用0.01%、0.1%、1%、10%、20%来衡量不同量级的洪水。洪水频率越小，表示某一量级以上的洪水出现的机会越少，数值越大；反之，则出现的机会越多，数值越小。如洪水频率为1%，则为100年一遇洪水。水文上除采用洪水频率定量地衡量洪水的大小外，也常用重现期（以年为单位）来代替，重现期是指某洪水变量大于或等于一定数值在很长时期内平均多少年出现一次的概念，如某一量级洪水的重现期为100年（俗称100年一遇洪水），是指大于或等于这样的洪水在很长时期内平均每100年出现一次的可能性，但不能理解为每隔100年出现一次。实际情况是超过这种洪水可能100年内不止一次，也可能一次都不出现。
河道洪水等级一般以洪峰流量的重现期为标准，水库洪水等级一般以洪水总量的重现期为标准（洪峰流量也是重要数据）。洪水等级划分见表1-2。
表1-2 洪水等级划分表
三、水位
水位是防洪保安的重要考核标准。
1.河道防汛水位
河道防汛水位主要分为设防水位、警戒水位、保证水位和分洪水位四项。
（1）设防水位。当江河洪水漫滩后，堤防开始临水，需要防汛人员巡查防守时的规定水位。我国南方诸河需要这个水位。
（2）警戒水位。堤防临水到一定深度，有可能出现险情，需要防汛人员上堤巡堤查险，做好抗洪抢险准备的警惕戒备水位。
（3）保证水位。保证水位是经过上级主管部门批准的设计防洪水位或历史上防御过的最高洪水位。当水位接近或达到保证水位时，防汛进入紧急状态，防汛部门要按照紧急防汛期的权限，采取抗洪抢险措施，确保堤防等工程的安全。在没有水文站的堤段，一般以堤顶以下1m为保证水位，在保证水位以下要确保河道安全行洪，称为“有限保证”；超过保证水位也要全力抢险，力保堤防安全，称为“无限负责”，但出了问题就不再追究防汛“责任”了。
（4）分洪水位。当汛期河道上游洪水来量超过下游河道安全保证标准时，为保下游、保大局安全，需要向蓄滞洪区分泄部分洪水时的水位称为分洪水位。一般由省防汛指挥机构确定，并根据上游来水情况和下游泄水情况确定是否采取分洪措施，以便提前通知有关蓄滞洪区做好分洪准备，提前转移避险，确保人身安全，并利用河道分洪进行冲淤和调洪补水，尽量减少分洪损失。
2.水库水位
常用的水库水位防洪调度指标主要有以下五项：
（1）防洪限制水位。它是汛期允许兴利蓄水的上限水位，简称“汛限水位”，是洪水来临之前不准超过的水位，也是水库在汛期预留所需防洪库容的下限水位。
（2）正常蓄水位。也称设计兴利水位，是设计保证生产生活用水应当蓄到的高水位。正常蓄水位与死水位（允许水库降落的最低水位）之间的库容称为兴利库容。
（3）防洪高水位。水库遇到下游防护对象的设计洪水标准时，在坝前达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。防洪高水位至防洪限制水位之间的库容称为防洪库容。
（4）设计洪水位。当水库遇到设计标准的洪水时（如100年一遇、500年一遇等），坝前达到的最高水位。设计洪水位与汛限水位之间的库容称为拦洪库容。
（5）校核洪水位。当水库遇到校核标准的洪水时（如2000年一遇、1万年一遇），在坝前达到的最高洪水位。校核洪水位与汛限水位之间的库容称为调洪库容；校核洪水位以下的全部静库容称为总库容。
水库特征水位与特征库容如图1-1所示。
图1-1 水库特征水位与特征库容示意图