剛柱　

(寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院　寧夏　銀川　750021)

一、我國城市防洪標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

城市防洪標(biāo)準(zhǔn)是城市防洪規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和綜合管理的一項(xiàng)重要依據(jù)。防洪標(biāo)準(zhǔn)的高低決定防洪效益、防洪工程的投資以及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全程度[1]。

新中國成立之初，我國在防洪標(biāo)準(zhǔn)這方面并沒有統(tǒng)一規(guī)定。這一時(shí)期主要利用較大歷史洪水作為城市的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也有部分地區(qū)使用一定頻率的洪水作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[2]。由于歷史洪水受資料局限性的影響，重要性不同的城市不能都以同一歷史洪水作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。所以，怎樣有區(qū)別的選取城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)時(shí)仍是不易定量解決的問題，后來的防洪標(biāo)準(zhǔn)大都采用一定頻率的洪水作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國大多數(shù)城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，抵御洪災(zāi)的能力薄弱，洪災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失與間接經(jīng)濟(jì)損失都比較大，選定合理的防洪標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)國家頒布的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》范圍內(nèi)合理選擇[1]。認(rèn)為對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位重要，且洪災(zāi)后影響較大的工程，應(yīng)選用較高防洪標(biāo)準(zhǔn)；而受災(zāi)損失和影響較小的工程，宜選用較低的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

二、城市防洪標(biāo)準(zhǔn)確定方法

(一)確定性方法

從物理成因上看，暴雨和洪水都是有限值的，不可能無限制地增大，這個(gè)極值可以在現(xiàn)有氣象和水文資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)代天氣氣候?qū)W的原理，近似地求出可能最大暴雨(PMP)，再將其轉(zhuǎn)化為可能最大洪水(PMF)，這就是確定性方法。例如美國陸軍工程師團(tuán)和美國大多數(shù)州，對(duì)于防洪工程失事后可能造成大量人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的按可能最大暴雨(PMP)或可能最大洪水(PMF)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的[5]。

這個(gè)方法是從物理成因上來確定設(shè)計(jì)暴雨及設(shè)計(jì)洪水，它能適應(yīng)人類活動(dòng)對(duì)流域或城市化后下墊面條件不斷改變等情況，美國大壩安全委員對(duì)此方法作了充分肯定。

對(duì)一個(gè)地區(qū)或一個(gè)流域，當(dāng)水汽輸送量為W，水汽入流端的平均風(fēng)速為V，空氣上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度用輻合因子β表示，根據(jù)大氣水分平衡原理及空氣質(zhì)量連續(xù)原理[6]，得出一次降水過程在歷時(shí)為T的降水量P的計(jì)算公式為：

P=ηWT(1-1)

式中，η稱為降雨效率，η=βV，h-1。

在暴雨公式(1-1)中，若η和W都達(dá)到各自的可能最大值ηm和Wm，則有：

Pm=ηmWmT(1-2)

式中，Pm為歷時(shí)為T(習(xí)慣上取T=24h)可能最大暴雨量，mm；Wm為可能最大可降水量，mm；ηm為可能最大降水效率，h-1。

按照暴雨公式(1-1)，對(duì)典型暴雨應(yīng)有：

P典=η典W典T(1-3)

式中，P典為典型暴雨最大T小時(shí)雨量，mm；W典為典型暴雨可降水量，mm

結(jié)合式(1-2)與式(1-3)，則可推導(dǎo)出式：

Pm=(ηmWm/η典W典)P典=(ηm/η典)(Wm/W典)P典=k1·k2·P典(1-4)

式中，k1為水汽放大系數(shù)，k2為效率放大系數(shù)。

按式(1-4)即可根據(jù)典型暴雨求得可能最大暴雨P(guān)典。

以可能最大暴雨(PMP)推求PMF的洪水過程，一般仍是采用各種單位線法，如等流時(shí)線法、經(jīng)驗(yàn)單位線、瞬時(shí)單位線等，常用的這些單位線法都假定蓄泄方程為線性，故屬于線性匯流計(jì)算。而PMF的計(jì)算，則必須考慮非線性改正。

如果流域內(nèi)有大洪水資料，可直接應(yīng)用這些資料分析出來的單位線，無需再作非線性改正。如果本流域內(nèi)沒有大洪水資料?？赏ㄟ^綜合分析，用鄰近地區(qū)的大洪水資料。否則，必須考慮非線性改正。

(二)隨機(jī)性方法

認(rèn)為暴雨和洪水都是隨機(jī)事件，它服從一定的頻率分布，其頻率分布規(guī)律可以用概率曲線描述，各種概率的洪水都可以由此類曲線進(jìn)行插補(bǔ)或外延求得，這種方法通常稱為頻率分析法[5]。根據(jù)以往的資料配合和工程實(shí)踐來看，認(rèn)為此類曲線中的皮爾遜III型曲線比較符合我國多數(shù)地區(qū)水文現(xiàn)象的實(shí)際情況。因此，在水文統(tǒng)計(jì)中，大多數(shù)采用皮爾遜III型曲線，作為近似于水文現(xiàn)象總體的頻率曲線線型。

這個(gè)方法只要實(shí)測(cè)資料較長，調(diào)查和考證的歷史洪水資料較多，洪水資料系列代表性好，且不把頻率曲線作過多的外延，其成果是可用的，且此法便于進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。前蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國家把頻率曲線只外延到萬年一遇(P=0.01%)為止[5]。日本農(nóng)林省把洪水頻率曲線外延到百年一遇(P=1%)，對(duì)百年一遇以上洪水采用加成法表示，例如按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇加大20%作為校核標(biāo)準(zhǔn)。美國大壩安全委員會(huì)認(rèn)為，根據(jù)現(xiàn)有的30-80年實(shí)例暴雨或洪水資料，通過計(jì)算分析得出的頻率曲線，不宜外延過遠(yuǎn)，一般只能用來確定100年一遇的暴雨或洪水。

(三)混合方法

認(rèn)為稀遇洪水用確定性方法推求較為可靠，常遇洪水用隨機(jī)性方法確定較為方便，即最高一級(jí)的防洪標(biāo)準(zhǔn)用PMP或PMF，最低一級(jí)的防洪標(biāo)準(zhǔn)用100年一遇洪水，中間一級(jí)可采用工程所在地區(qū)所發(fā)生過的有代表性的嚴(yán)重暴雨所產(chǎn)生的洪水，此值一般比PMP或PMF小50%左右，加拿大就采用這樣的防洪標(biāo)準(zhǔn)[5]。

這個(gè)方法是把確定性方法和隨機(jī)性方法混合在一起確定防洪標(biāo)準(zhǔn)，有人認(rèn)為兩者基本概念不同，這樣混合運(yùn)用存在問題，有人認(rèn)為設(shè)計(jì)暴雨或設(shè)計(jì)洪水的推求，都是屬于預(yù)估性質(zhì)的，各級(jí)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，均系人為規(guī)定?；旌戏椒ㄊ前汛_定性方法和隨機(jī)性方法兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來運(yùn)用，也算是一種可行方法。

(四)重現(xiàn)期法

我國許多部門采用洪水的重現(xiàn)期(N)或出現(xiàn)的頻率(P%)表示防洪主體的防洪標(biāo)準(zhǔn)，兩者關(guān)系為：P=1/N或N=1/P，例如百年一遇洪水，N=100年，P=1%等。我國《防洪標(biāo)準(zhǔn)》統(tǒng)一采用洪水的重現(xiàn)期N或出現(xiàn)頻率P表示各類防洪主體安全度的標(biāo)準(zhǔn)。例如某城市依靠提防保護(hù)，該堤防可防御洪水流量12000m3/S，設(shè)該流量出現(xiàn)的頻率P=2%，相應(yīng)重現(xiàn)期N=50年一遇，則可稱該城市現(xiàn)有的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水[6-8]。

值得注意的是，由于洪水的發(fā)生一般并無固定的周期，具有很強(qiáng)隨機(jī)性，頻率只是多年中平均出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。例如P=1%，表示洪水平均每年發(fā)生的概率為1%。重現(xiàn)期也是指在多年中，平均多少年可以出現(xiàn)一次。例如百年一遇的洪水，是指大于等于這樣的洪水在長時(shí)期內(nèi)平均100年發(fā)生一次，而不能理解為恰好每隔100年遇上一次。對(duì)于其具體的100年來說，超過這樣的洪水可能有幾次，也可能一次都不出現(xiàn)。

三、結(jié)語

目前，我國各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚不平衡，根據(jù)國家防汛總指揮部《關(guān)于加強(qiáng)城市防洪工作的意見》，“城市防洪工程的建設(shè)、維修和管理所需經(jīng)費(fèi)，主要由地方自行解決。與大江大河有密切關(guān)系的大城市防洪骨干工程，仍以地方為主，中央可予以適當(dāng)補(bǔ)助”。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速、經(jīng)濟(jì)實(shí)力較為雄厚的大城市應(yīng)當(dāng)允許適當(dāng)提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，一方面這樣的城市有經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行較高防洪標(biāo)準(zhǔn)的城市防洪工程建設(shè)與管理，另一方面較高標(biāo)準(zhǔn)的城市防洪工程又給城市的防洪安全提供了保證。城市防洪工程建設(shè)與城市景觀建設(shè)相結(jié)合，為提高城市品位、改善城市投資環(huán)境、發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了有利條件[9]。進(jìn)而可以帶動(dòng)、促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，從而進(jìn)入良性循環(huán)。

城市防洪工程應(yīng)根據(jù)城市防洪特點(diǎn)針對(duì)城市防洪需要進(jìn)行建設(shè)，城市防洪標(biāo)準(zhǔn)決定著城市防洪工程規(guī)模，防洪標(biāo)準(zhǔn)高，需投資多，但安全度高，風(fēng)險(xiǎn)??；防洪標(biāo)準(zhǔn)低，需投資少，而安全度相應(yīng)低，需承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)大。選定防洪標(biāo)準(zhǔn)，在很大程度上是處理好防洪安全和經(jīng)濟(jì)投入關(guān)系的問題。我們的國家還處于社會(huì)主義初級(jí)階段，財(cái)力有限，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，防洪工程建設(shè)還是要按照具有一定防洪安全度，承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)濟(jì)上基本合理，技術(shù)上切實(shí)可行的原則。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，防洪安全要求將不斷提高，防洪標(biāo)準(zhǔn)也將逐步提高。