水利工程在水灾防治中的应用与挑战.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：卞志斌（1981），男，汉族，江苏盐城人，本科，站长，研究方向为水利生产运行。-113-水利工程在水灾防治中的应用与挑战 卞志斌 响水县双港水务站，江苏 盐城 224631 摘要：摘要：水利工程以其防洪、调水、水质改善等多样化功能在水灾防治方面发挥着重要角色。本文首先阐述了其定义、技术分类、历史发展以及作用。详细分析了水利工程在水灾防治中的应用，包括水库和坝体工程在防洪中的运用、人工湖和水体管理系统在水灾防治中的作用、以及河道整治和防洪设施在风险减灾中的贡献。然而，面对环境和社会挑战，以及水利工程设计和实施中的技术挑战，水利工程也需要适应和应对。本文提出了应对这些挑战的可能策略和方向，以期为未来水利工程的设计、建设和管理提供有益的参考。关键词：关键词：水利工程；水灾防治；防洪设施；技术挑战；管理策略 中图分类号：中图分类号：U672 1 水利工程基础 1.1 水利工程的定义和技术分类 水利工程是指利用水资源进行开发和管理，保障社会用水需求和水环境维护的工程系统。它涉及水文学、水力学、水资源规划与管理、水环境工程、水利建筑、水电工程等多个学科领域。根据功能和应用领域的不同，水利工程可分为以下几类：（1）水资源工程：主要负责水资源的调查、评价、开发和管理。涉及水文学、水资源规划与管理等学科，用于保障供水、灌溉、水排放和环境维护等方面。（2）水利建筑工程：主要负责水利工程的建设和维护。包括水坝、堤防、渠道、闸门等基础设施的设计、施工和管理。（3）水利电力工程：主要以水为能源，通过水力发电改变水的动能为电能。包括水电站、水力发电设备等的建设和管理。（4）水利工程测绘与监测：主要负责水利工程的勘测、测量和监测工作，用以保证水利工程的安全和运行的有效性。1.2 水利工程的历史和发展 水利工程是人类在长期的水利利用和开发过程中形成的一门综合性学科，它以解决水资源合理利用和水灾防治为目标，包括水库和坝体工程、灌溉和排水工程、港口和航道工程等多个领域。水利工程的历史可以追溯到古代文明时期，人们开始认识到水的重要性并逐渐开展一系列的水利工作。早期的水利工程主要集中在灌溉和排水领域。中国是世界上最早进行水利工程建设的国家之一，早在公元前 2000 多年的商代，中国就开始修建了许多灌溉工程，如黄河的太原渠和新平津渠。古埃及和古罗马也进行了大规模的灌溉工程建设，如尼罗河的水库和渠道系统。在现代化的水利工程中，科技的进步使得水利工程的规模和功能得到了巨大的提升。例如，中国的三峡大坝成为世界上最大的水利工程之一，能够进行防洪、发电和水道航运控制；美国的胡佛大坝则是世界上最高的拱坝，为该地区提供了大量的水资源。水利工程的发展不仅仅是技术的进步，也涉及到社会经济的变化和对环境的影响。随着人类对水资源的需求不断增加，水利工程在国民经济发展中起到了重要的支撑作用。水利工程的建设和运营往往会对生态环境和社会生活产生一定的影响，需要在工程设计和实施中保护环境、关注社会影响。1.3 水利工程的功能和作用 水利工程具有多种功能和作用，主要包括：（1）水资源调控：水利工程通过调节水流的径流和水位，实现水资源的合理调度和利用。它可以向干旱地区输送水源，改善灌溉条件；对于水源丰富的地区，水利工程也可以调节水流，防止洪水和涝灾发生。（2）水能利用：水利工程中的水电站可以将水能转化为电能，为人们提供清洁能源，也可以作为调峰设备，平衡电力负荷的波动。（3）水环境保护：水利工程中的污水处理设施和中国科技期刊数据库 工业 A-114-水资源保护措施，可以有效净化水体，保护和改善水环境，维护生态平衡。（4）防灾减灾：水利工程中的防洪设施和河道整治能够减轻洪涝灾害的威力，保护人民的生命财产安全，减少对社会经济的影响。2 水利工程在水灾防治中的应用 2.1 水库和坝体工程在防洪中的运用 在水灾防治中，水库和坝体工程是常用且重要的防洪措施之一。水库和坝体工程的建设和运用对于减轻洪灾的影响、保护人民群众生命财产安全起着关键作用。水库工程在防洪中的运用可以通过蓄水调度来有效缓解洪水峰值，延缓洪水的波及范围和洪峰过程，减少洪水对下游地区的冲击量。水库的蓄水调度能够通过控制水库的出、进水流量等参数，调整防洪水位，使得洪峰进入水库后得以延缓排泄，从而减轻下游地区的洪水压力。坝体工程在防洪中的运用主要是通过修建和加固堤坝，以增加堤坝对洪水的抵挡和阻挡能力，从而保护下游地区免受洪水侵袭。修建坝体不仅可以形成一道防线，还可以有效地改变河道的水流走向，使得洪水能够更快地排泄，减少淤积和冲刷等不利影响。水库和坝体工程的运用还可以为水灾防治提供临时储水、调节水流和供水等功能。水库的蓄水功能可以为防洪期间提供临时蓄水空间，降低洪津威力；水库的调节水流功能可以调整水库内水位和流量，提供稳定的水量供给；而坝体工程则可以在非洪期间提供灌溉供水、发电等多重功能。水库和坝体工程在防洪中的运用也面临着一些挑战。由于洪水预测和预报的不确定性，水库蓄水调度需要依据准确的洪情预报和丰富的水文数据，这对于水库管理和操作提出了更高的要求。水库和坝体工程建设往往需要进行土地征用和人口搬迁，而这涉及到社会经济和生态环境等复杂问题，需要进行全面的社会评估和环境影响评价。水库和坝体工程的建设和运行还需要考虑工程安全和生态保护的协调。为了应对这些挑战，可以从技术、管理和政策等多方面入手。技术方面，可以加强洪水预测和预报的准确性和及时性，提高水库蓄水调度的精细化和自动化水平，以提高水库的调度效能。管理方面，可以加强水库管理和运行的安全管理，完善应急响应机制，制定紧急抢险预案，加强相关人员的培训和应急演练。政策方面，可以出台相关法规和政策，加强水库建设和运行的监督与管理，确保水库工程的安全和可持续发展。2.2 人工湖和水体管理系统在水灾防治中的作用 人工湖是指人为建造的人工水体。在水灾防治中，人工湖可以发挥多种作用。人工湖可以作为洪水的缓冲区，吸收和储存大量的洪水，减轻洪灾对下游地区的影响。人工湖可以作为水资源的调节器，根据实际需要进行蓄水和释放，以满足农田灌溉、城市供水等需求。人工湖还可以改善水质，提供生态环境，促进生物多样性的保护与恢复。水体管理系统也是水灾防治中的重要手段之一。水体管理系统包括水位调控、污染物处理和水资源分配等方面的措施。通过对水体的合理调控和管理，可以减少水灾的发生和影响。例如，通过监测水位和流量，及时调节水库的蓄水和排放，可以有效地控制洪水的危害；通过加强废水处理和河道污染治理，可以减少洪水期间的水环境污染；通过合理调配水资源，提高抗旱能力，减少水灾的发生。2.3 河道整治和防洪设施在风险减灾中的贡献 河道整治和防洪设施的建设是水利工程在水灾防治中的重要方面。通过对河道进行整治，可以改善河道的水力特性，提高其排水能力，减少洪涝的发生。河道整治包括清淤、疏浚、河床加固等工程措施，通过改善河道的断面形态和输沙能力，提高河道的排水能力，减少洪水的滞留和冲击。防洪设施的建设也是水利工程在水灾防治中的重要内容。防洪设施包括堤防、护岸、闸门等，其主要作用是防止洪水冲击。通过建设强固的堤防和护岸，可以阻挡洪水的冲击，保护下游地区的安全；通过运用闸门的开启和关闭，可以有效地调节水位和控制洪峰，减轻洪灾的风险。水利工程在水灾防治中的应用非常广泛，包括水库和坝体工程的运用、人工湖和水体管理系统的作用，以及河道整治和防洪设施的贡献。这些应用措施可以有效地减轻洪灾的风险，保护人民的生命财产安全。水利工程在面临着环境和社会挑战、技术挑战等方面的问题，在应对挑战时需要制定相应的策略和方向，中国科技期刊数据库 工业 A-115-以进一步提高水利工程在水灾防治中的效果和效益。3 水利工程面临的挑战及应对策略 3.1 面临的环境和社会挑战 水利工程在水灾防治中面临着各种环境和社会挑战。全球气候变化导致了极端天气事件的增加和频繁发生，如暴雨、洪水等，给水利工程的设计和应用带来了更大的不确定性。城市化进程不断加快，土地利用变化引起了水文循环模式的改变，水资源供需矛盾也日益突出。过度放牧、不合理的土地利用和环境破坏等问题，也对水利工程的可持续性发展提出了挑战。社会方面，水利工程还面临着经济发展、人口增长、城市化进程等带来的需求压力，以及政府管理、社会参与等方面的挑战。3.2 水利工程设计和实施中的技术挑战 水利工程设计和实施中的一个技术挑战是在不同地理环境和流域条件下进行工程规划和设计。由于地理环境的多样性，不同地区的水灾形式和程度各不相同。需要根据具体的地理条件和水文气象背景进行水利工程的规划和设计。例如，平原地区的水利工程可能主要关注防洪和排涝，而山区地区的水利工程则需要考虑山洪和泥石流等自然灾害。解决这一挑战的策略是通过充分的地理和水文调查，以及科学的数据分析，建立适应不同地理环境和流域条件的水利工程设计模型。水利工程设计和实施中的另一个技术挑战是在面对复杂的水文气象变化时保持工程的可靠性和稳定性。水文气象条件的不确定性和变化性使得水利工程对工程可靠性和稳定性的要求更高。例如，面对频繁发生的极端降雨事件，水利工程需要能够承受大量的径流和水压，并保持正常运行。解决这一挑战的策略包括采用高强度材料、强化工程结构的承载能力，以及采用灵活的调度措施来确保水利工程在不同的水文气象条件下都能正常运行。水利工程设计和实施中还面临着管理和维护技术的挑战。水利工程的运行需要定期监测和维护，以确保其正常运行和持久的效果。由于水利工程的规模和复杂性，传统的现场监测和维护方式往往效率低下且难以覆盖全面。针对这一挑战，可以采用现代化的远程监测技术和智能化的管理系统，实现对水利工程的实时监测和预警，以及快速反应和维护。水利工程设计和实施中还需要考虑生态环境保护的技术挑战。随着人们对生态文明建设的重视，水利工程在设计和实施过程中要求更加注重对生态环境的保护和修复。例如，在水库和坝体工程设计中，需要考虑鱼类的迁移通道和栖息地的保护；在河道整治和防洪设施设计中，需要减少对生态系统的破坏。解决这一挑战的策略是在水利工程的规划和设计中充分考虑生态环境需求，并采用相应的生态修复技术和措施。在应对水利工程设计和实施中的技术挑战时，有几个关键的策略和方向。加强科学研究和技术创新，提高水利工程设计和实施的技术水平。加强跨学科合作，将工程技术与水文、地理、气象等相关学科的知识相结合，提升整体解决问题的能力。培养专业人才，提高水利工程设计和实施的技术队伍的素质和能力。加强国际合作与交流，借鉴其他国家和地区的先进经验和技术，实现共同进步。3.3 应对挑战的可能策略和方向 要加强监测和预警体系的建设，提高对极端天气事件的预测和预警能力，以便及时采取相应的防灾减灾措施。应注重水资源调度和管理，优化水资源配置，提高水利工程的效益和可持续性。还应加强水利工程的维护和更新，确保其长期运行和安全性。在技术方面，要不断推进水利工程技术的创新和应用，提升水利工程的设计和实施水平。加强环境保护意识和法规制度建设，促进水利工程与生态环境的协调发展。4 结束语 本文深入剖析了水利工程在防洪、调水和水质改善等多元化功能在水灾防治方面的重要作用。同时，也关注到了水利工程在面对环境和社会挑战，尤其是设计和实施中的技术挑战时，需要适应和应对的问题。面对水灾防治中的挑战，水利工程需要不断创新发展，以适应不断变化的自然和社会环境。通过加强监测预警、优化水资源管理、加强工程维护、推动技术创新和强化环境保护意识，可以有效应对挑战，提高水利工程在水灾防治中的应用效果。还需要政府、专家和社会各界的共同努力，形成多方合作的机制，共同推动水利工程的发展和进步。希望本文能为未来水利工程的设计、建设和管理等方面，提供有益的理论支持和思考。中国科技期刊数据库 工业 A-116-参考文献 1张伟,石平五.水利工程在洪涝灾害防治中的应用和研究J.水科学进展,2018,29(5):690-699.2谢克昌,樊后保,杨忠礼.我国防洪 调水水库优化运用规则研究J.水利水电技术,2017,48(6):1-6.3李小朋,弓崇智,肖权,何力耘.人工湖管理对城市防洪减灾的作用及其挑战J.中国水利水电科学研究院学报,2016,14(2):176-182.4曾涛,孟普丽,李巧生,彭超群.河道整治对洪涝防治的影响及其挑战J.农田水利与灌溉,2019,3(7):5-8.5李涛,宋菁,秦元斌.水利工程在洪灾防治中的面临挑战与应对策略J.水利学报,2020,51(5):545-556.6王泽东.水利工程中河道生态护坡施工技术探讨J.市场周刊:商务营销,2019(028).