每年,地球上的一些地方都不同程度地遭受著洪水的破壞,那些居住在海邊、河流旁邊和湖泊邊的人們尤其容易遭受洪水的威脅。但是,只要下雨,任何地方都有可能發(fā)生洪水。
隨著城市的建設(shè)和發(fā)展,洪水的爆發(fā)變得更加頻繁,城市建設(shè)導(dǎo)致很多城市的地面成為不透水層,而且城市的基礎(chǔ)設(shè)施達(dá)不到很好的排澇效果,極易形成洪水。另外,年久老化的大壩和堤防容易出現(xiàn)失效或者垮壩的情況,會造成像2005年美國新奧爾良卡特里娜颶風(fēng)那樣的破壞。
在日本、英國和荷蘭以及其他一些地勢低洼的國家,建筑師和土木工程師已經(jīng)研發(fā)了新的革新技術(shù),以進(jìn)行洪水防控。
日本,作為四面環(huán)海的島國,經(jīng)常遭受洪水的破壞。日本內(nèi)陸居住于河流旁邊的人們也經(jīng)常遭受洪水破壞的威脅。
多年來,風(fēng)景如畫的巖淵閘或Akasuimon(紅色閘門),保護(hù)著日本東京北段的低洼地帶。
巖淵閘所在的河流,在日本被稱為“野河”。巖淵閘未修建以前,野河經(jīng)常發(fā)洪水。沿河居住的人們不得不使用竹竿制成籬笆,以阻擋洪水進(jìn)入房屋。但是,大的洪水到來時,這種措施根本起不到作用,河兩岸的房屋經(jīng)常遭到水淹,造成的生命和財產(chǎn)損失無法估量。1910年野河發(fā)生大洪水,造成上百萬人流離失所。日本政府決定治理野河,政府修建了很多排水溝渠,還在河上修建了一個水閘,即現(xiàn)在的巖淵閘,以保護(hù)城市的南部。巖淵閘建成于1924年,工程的總設(shè)計師還參與了巴拿馬運河的修建。直到1982年,巖淵閘還在日本發(fā)揮著作用?,F(xiàn)在,日本的建筑師們在巖淵閘的背后又建設(shè)了一道新閘,其作用和巖淵閘相同。巖淵閘和許多日本其他地方的泄洪閘一樣,其閘門驅(qū)動方式一般是依靠水壓進(jìn)行,而不是普通的電力。這樣,可避免洪水發(fā)生時電力中斷對其造成的影響。
現(xiàn)在,日本的這座防洪閘已經(jīng)成為一處風(fēng)景區(qū),防洪閘的周圍種植著櫻桃樹和桑樹,附近還有一個釀酒廠。在沒有洪水的日子,這里就成為旅游者的勝地。
在英國,工程師們進(jìn)行了很多革新性設(shè)計。他們沿著泰晤士河修建了一個可移動的防洪閘——泰晤士河水閘,它是世界上第二大移動式防洪閘(僅次于荷蘭的Eastern Scheldt攔潮壩),位于倫敦市中心的下游。修建這個移動式的水閘是為了阻止從海上來的潮汐和風(fēng)暴潮。水閘由中空的鋼板制成,平時,閘門處于開放狀態(tài),可以釋放水流,允許船只自由通過;當(dāng)洪水來臨的時候,水閘可以保持關(guān)閉,以阻止大流量的洪水進(jìn)入泰晤士河的下游,以此保證泰晤士河的安全。泰晤士河水閘的南岸就是著名的格林尼治天文臺。
移動式防洪閘的設(shè)計理念來自查爾斯·德雷珀。20世紀(jì)50年代,他在父母的住所構(gòu)建了一個移動式水閘模型。這個模型的取材來自于他家當(dāng)時擁有的東西:旋轉(zhuǎn)的圓柱、黃銅煤氣閥等。沒想到他的設(shè)計理念被英國議會所采納,議會責(zé)成專門的研究小組進(jìn)行詳細(xì)的研究設(shè)計。最后,他們決定采用查爾斯的設(shè)計,原因是倫敦泰晤士河河岸相對較直,河底河床又比較堅硬,能夠提供足夠強大的支撐。防洪閘的建設(shè)開始于1974年,1982年基本完成。
移動防洪閘跨度約520米,將河流的橫截面分為4個61米和兩個30米的通航河道。還有4個較小的非通航渠道,由9個混凝土橋墩和2個橋基組成。所有閘門均由厚度為40毫米的中空鋼板組成。整個閘門呈圓形,能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作,允許閘門完成一個完整的180度旋轉(zhuǎn)。
截止到目前,英國泰晤士河上的可移動水閘已經(jīng)為泰晤士河成功攔截了100多次的洪水。
荷蘭有著與海洋作斗爭的長期歷史,全國有60%以上的人口居住于海平面以下,為了生存,他們需要建設(shè)復(fù)雜的防洪體系以抵御海潮的襲擊。從1950年到1997年,荷蘭建設(shè)了偉大的“三角洲工程”。這是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,包括很多大壩、泄洪閘、水閘、堤防和防風(fēng)浪潮的屏障。
荷蘭令人印象深刻的“三角洲工程”就是東斯凱爾特(Eastern Scheldt)海浪潮攔截壩工程。這一工程并非普通的攔潮壩,而是一個漂浮式、可移動的閘門。從1986年東斯凱爾特海浪潮攔截工程完成以后,荷蘭近海區(qū)域的浪潮高度從平均3.4米減小到3.25米。
東斯凱爾特(Eastern Scheldt)攔潮壩設(shè)計的一個主要優(yōu)勢是,攔潮壩的施工可以在干旱的條件下進(jìn)行;另一個優(yōu)勢是閘門的關(guān)鍵部位不需要放置在水中。當(dāng)然,這種設(shè)計對過往的船只并沒有造成不方便的地方。
荷蘭另一個比較著名的“三角洲工程”是梅斯南克工程(Maeslantkering),位于荷蘭的霍克城和梅斯路絲(Maassluis)之間,被稱為地球上最大的人工可移動建筑之一。該工程于1997年完成,當(dāng)水位上升的時候,洪水會充滿攔潮壩上的水箱,攔潮壩的重力就會增加,使得壩體能夠更加穩(wěn)定地固定于海底,阻擋海潮對海岸的沖擊。
梅斯南克工程的主要保護(hù)目標(biāo)是荷蘭的著名城市鹿特丹——荷蘭西南部最大港口城市。
1997年5月,經(jīng)過6年的建設(shè),梅斯南克工程進(jìn)入使用階段。攔潮閘與一臺自動操作的計算機系統(tǒng)連接在一起,計算機系統(tǒng)又與氣象系統(tǒng)和海水位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接在一起。在正常的天氣條件下,攔潮閘的兩扇門在干旱的甲板上能受到很好地保護(hù)。兩扇閘門相距360米,為過往的船只通過提供足夠的空間。根據(jù)鹿特丹市的預(yù)測,當(dāng)臺風(fēng)造成的海浪超過正常海平面3米以上的時候,攔潮閘會自動關(guān)閉。在閘門實際關(guān)閉前的4小時,攔潮閘系統(tǒng)即進(jìn)入關(guān)閘操作狀態(tài)。這時,過往的船只接到警告,遠(yuǎn)離船閘。到實際關(guān)閉前2小時,所有水面交通被切斷。當(dāng)時間距離實際關(guān)閉只有30分鐘時,支撐閘門的甲板被潮水淹沒;同時,攔潮閘開始懸浮起來,閘門的兩扇頁面開始合攏。這種方式將萊茵河的水流截斷在后面,水位升高,水閘部分中空,允許多余水量流入大海。
這些決策制定都是由計算機完成,軟件驅(qū)動是由C++ 計算機語言實現(xiàn),代碼約20萬行。另外有20萬行代碼是用于模擬系統(tǒng)的。
梅斯南克攔潮閘的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為防御萬年一遇的臺風(fēng)。
荷蘭的海各斯丁(Hagestein)堰流橋是荷蘭的三大可移動水壩之一。堰流橋沿萊茵河修建,大約在1960年完成。海各斯丁堰流橋橫跨54米,由兩扇巨大的拱形門控制洪水的流通和產(chǎn)生電能,其鉸鏈閘門連接到混凝土的橋墩上。與荷蘭的很多工程一樣,海各斯丁也已成為世界各地的水利工程師學(xué)習(xí)洪水控制的模型。