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2020-07-31 19:59
长江防洪,有多难?

本文来自微信公众号:星球研究所(ID:xingqiuyanjiusuo),作者:王朝阳,图片:蒋哲睿、谢禹涵,设计:王申雯、郑伯容,地图:陈志浩,题图来自:视觉中国


长江,亚洲第一长河,我们的母亲河,汇聚1万余条支流,占据全国径流量的1/3,滋养近5亿人口,流域横跨全国19个省市自治区。


但是长江频发的大洪水,又带来巨大灾难,1931年死亡14.5万人,1954年死亡3.3万人,1998年死亡1526人(以上数据仅包含直接死亡数),而当2020年的滔滔洪水,再次来袭,我们如何才能守卫?



(位于湖北省鄂州市的观音阁下部被江水淹没,摄影师@冯光柳)


一、堤防


长江源于青藏高原,容纳百川东流入海,按地形大致可分为七个区域。


(长江水系地形图,请横屏观看,制图@陈志浩/星球研究所)


最西端的江源区,高寒少雨、荒无人烟,河水肆意横流。


横断山区、秦巴—武陵山区,则山高谷深,洪水受地形束缚,难以漫流,危害相对较小。


这里的城镇乡村,也大多明显高于河面,并不用建起高大的堤防,需要防范的主要是山洪泥石流等。


低洼的四川盆地,虽汇聚四方来水,但由于地势抬升,河流下切较深,大洪水的威胁只限于河边少数地区。


最东端的长江下游区,自江西省湖口县至入海口,没有大的支流汇入,且江阔水深、东临东海,洪水容易下泄,因此这里的大洪水,往往来自中上游而非本地,而紧邻中游的安徽河段最易受影响。


江汉—洞庭盆地与鄱阳湖盆地腹地,则是饱受洪水之苦的最主要地区,这里地势低洼,前者海拔普遍在20~40m,后者则为10~30m,四周群山环绕,大小河流纷纷向中心汇聚。


(长江中游两大盆地示意,制图@陈志浩&郑伯容/星球研究所)


河水与泥沙,冲积出肥沃的土地,人烟稠密、经济繁荣。


水流易于壅塞,每到汛期,上游下泄的洪水,本地降下的暴雨,下游顶托的水流,三者合力迅速推高干流与支流的水位,再加上,膨胀的人口围湖造田、开荒种地,许多能调蓄洪水的湖泊,显著萎缩甚至消失,洪水无处宣泄。


于是,最早自东晋起,盆地中生活的人们,开始在长江两岸筑起堤防,作为抵御洪水的基础防线,但堤防束缚水流的同时,也阻碍了泥沙溢出河道,大量泥沙在河道内淤积并抬高河床,大堤也不得不相应加高,形成恶性循环。


与此同时,受制于技术和经济条件,早期许多堤防并不牢靠,每到汛期屡屡溃口,汹涌的洪水撕裂大堤,冲刷地表,常形成深达数米的深潭和水道,洪水肆意横流、泛滥成灾,所到之处房倒田毁、惨绝人寰。


(长江中下游大洪水淹没范围示意[1870/1931/1954],请横屏观看,制图@陈志浩/星球研究所)


1931年长江中下游大洪水,造成14.5万人死亡,其中湖北6.6万、湖南4.7万,1954年长江中下游大洪水,造成3.3万人死亡,其中湖北3.1万,而溃口留下的痕迹,甚至历经百年也难以磨灭。


(荆江文村甲溃口扇影像图,1842年文村溃口形成该溃口扇,也称决口扇,溃口形成的深潭被开发为鱼塘,而水道则被种上了水稻等作物,制图@陈志浩/星球研究所)


新中国成立后,尤其是经历了1954年及1998年大洪水后,我们全面加固和扩建了原有堤防,形成了长约64000km的堤防体系,其中以湖北、湖南、江西及安徽最长,包括约3900km的长江干堤。


汉江、湘江、赣江等,支流堤防。


在低洼的两大盆地腹地,很多堤防高于城镇、乡村,成为海拔最高的地方,堤防守护着,广阔的平原与大小城镇,以著名的长江荆江河段为例,它在平原上肆意蜿蜒。


(荆江曲流,左侧为湖南省岳阳市和洞庭湖口,荆江指宜昌枝城至岳阳城陵矶之间的江段,摄影师@蓑笠张)


在荆州城区的水位常常超过40m,1998年大洪水时,甚至达到45.22m,而堤内的荆州城区高程大多不足35m。


正所谓,“万里长江,险在荆江”,一道牢固的堤防,就成了当地的生命防线。


大堤的高度,一般依据历史最高洪水位设计,称为设计水位,也叫保证水位,堤顶则根据大堤的重要

性等,还要超过设计水位1.0~2.5m以防水流溢出。


大堤由近似梯形的人工填土筑成,地基常含有砂层、大堤也混有砂粒,因砂粒间孔隙大,易渗水破坏大堤安全,有的大堤还嵌入了竖直的防渗墙,以防大堤溃决。


(荆江南岸大堤防渗墙示意,本文水位一般指吴淞高程,吴淞高程—黄海高程≈1.7m,制图@王申雯/星球研究所)


而对于横跨两江四岸的武汉,城区紧邻江边,堤防建设空间有限,难以提升堤防高度,于是又在原有土堤的基础上,修筑了防洪墙。


防洪墙主要由混凝土构成,树立在河岸上,相对于填土筑堤,节省了建设空间,墙顶可高出地面3~5m。


(武汉武昌城区防洪墙示意,制图@王申雯/星球研究所)


在修筑堤防的同时,我们也开展了河道整治工程,例如下荆江裁弯取直工程,减少了河道曲流,使该河段水流速度加快,排洪能力更强,不过这也加大了下游防洪压力。


(下荆江河道演变示意,其中中洲子和上车湾为人工裁弯,下荆江指藕池口以下的荆江,制图@陈志浩/星球研究所)


凭借堤防加固和河道整治,自1954年后长江主要干支流,已经鲜有溃口发生,但考虑到高大的堤防

建设成本高,占地多、影响生产生活,堤防的防洪能力并不能无限提升。


如长江荆江河段,防洪标准仅为10年一遇,武汉河段为20~30年一遇,一些支流堤防甚至更加脆弱,

因此难以保证两岸安全,我们需要第二道防线。


二、水库


当洪水来势凶猛,长江行洪能力捉襟见肘时,上游的水库可以拦蓄洪水,降低下游河道堤防的压力。


最著名的莫过于,三峡水库。


由于长江洪涝灾害严重,防洪是三峡水库的第一任务,发电倒是其次,其水电装机容量高达2250万kW,远高于前世界第一大水电站,南美洲伊泰普水电站的1400万kW,但两者发电量相当,主要原因就在于,三峡水库承担着艰巨的防洪任务。


每年冬半年,三峡水库逐步蓄水至正常蓄水位175m,相应库容为393亿m³,远高于鄱阳湖的容积,超过百米的高差和充足的水量,可以转化为巨大的电能,但每年6月10日之前,三峡水库要将存水排出,把水位降低至汛期限制水位145m,以留出充足的库容防洪,汛期大量江水白白流走,这就减少了发电量。


三峡水库的防洪库容,高达221.5亿m³,占总库容的一半多,就在今年7月初,洞庭湖城陵矶站与鄱阳湖湖口站,水位均接近各自保证水位,情况十分危急,三峡水库紧急削减下泄流量,一周内拦蓄洪水约30亿m³,缓解了两湖的燃眉之急,不过仅靠三峡水库,还不足以满足防洪需求,因此数十年来我们建成了,5万多座水库,总库容达3600多亿m³,相当于9个三峡水库,组成了一个,超级水库群,其中41座控制性水库,防洪库容达598亿m³,可以装下两个鄱阳湖。


(纳入联合调度的控制性水库,这些水库防洪功能强、作用大,制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)


包括雅砻江上的,二滩和锦屏一级等水库,金沙江上的,溪洛渡水库及向家坝和乌东德等水库。也包括汉江上的丹江口水库,清江上的隔河岩和水布垭水库,沅江上的五强溪水库等等。


通过上述水库的联合调度,荆江河段防洪标准,从10年一遇提高到100年一遇,远高于堤防本身的防御能力,其下游河段防洪能力也相应提高,这也是虽然近年洪水频发,但再没有出现类似1998年洪水时那种被动局面的重要原因。


(三峡水库防洪作用示意,遇1870年型洪水是否运用三峡水库淹没范围对比,制图@陈志浩/星球研究所)


再者,为了避免泥沙淤积减少水库库容,我们还实施了,水土保持重点防治工程,通过植树造林、退耕还林还草等,有效减轻了长江流域水土流失。


当然,即使有数万座水库,但我们依然无法“驯服”桀骜的长江,首先,与近1万亿m³的长江径流量相比

防洪库容还很不足,而且水库不能无限增加,它需要占用大量土地,对于人多地少的中国来说,代价巨大。


其次,这些水库大多位于长江干支流上游,但暴雨频繁、受灾最重的中下游,却因地势平坦,难以修建水库,即使大如三峡,对于距离遥远的武汉以下河段,防洪作用也十分有限。


因此,我们还需要,第三道防线。


三、蓄滞洪区


当出现堤防和水库,都无法抵御的超额洪水时,蓄滞洪区,便登场了,它地势低洼,外围是高大的堤防,堤防上设置有闸门,平时将洪水隔离在外,在分洪时闸门开,把洪水“引狼入室”。


在1870年,宜昌长江干流的洪峰流量,曾高达105000m³/s,远超荆江河段的行洪能力,以这样的流量,只需130多秒即可填满杭州西湖,2天半即可填满三峡水库的防洪库容。


虽然现在通过三峡水库等的调蓄,可以将流量削减至80000m³/s以内,但这仍然超过荆江的承受范围,这时候就需要蓄滞洪区了,1952年春,30万军民只花了75天,便完成了荆江分洪区的建设,分洪区面积达921km²,几乎相当于鄱阳湖的1/4,有效蓄洪容积可达54亿m³,为三峡水库的1/4。


(荆江分洪区示意,制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)


而仅仅两年后的1954年,20世纪最大的大洪水席卷而来,这里先后三次分洪,成功降低了荆江河段水位,避免了更大危险,这次实践充分证明了,修建蓄滞洪区的正确性。


目前,长江中游干流已建成了,42处主要蓄滞洪区,总面积约1.2万km²,相当于两个上海市,有效蓄洪容积为589.7亿m³,与长江控制性水库群的防洪库容相当。


(长江中下游干流蓄滞洪区分布,请横屏观看,制图@陈志浩/星球研究所)


这些蓄滞洪区分布于,长江干流两岸和鄱阳湖、洞庭湖周围,例如荆江分洪区,作为唯一的,重点蓄滞洪区,对于荆江河段的安全至关重要,是蓄滞洪区的“领头羊”,武汉沉湖附近的,杜家台蓄滞洪

区是武汉、汉川、仙桃等地的守护者。


此外,1998年以来,长江中下游,严重阻碍行洪的洲滩民垸,相继进行了平垸行洪、退田还湖,增加了蓄洪容积数十亿立方米。


然而,蓄滞洪区作用虽大,但其内往往有大量农田和城镇,分洪前必须将居民迁走,那些迁不走的农田、房屋、工厂等则将淹没于水下,因此不到万不得已,蓄滞洪区不会轻易启用。


四、看不见的体系


1998年8月16日夜,荆江大堤边,面对远超设计防洪能力的洪水,我们撤离了荆江分洪区内的30多万公安县人民,爆破防淤堤的炸药也已埋好。


如果分洪则数十万人流离失所,几十年积累的财富将化为泡影,如果不分洪,则从荆州到武汉江堤随时可能出现溃口,损失将更加惨重。


在那个不眠之夜,分洪区内的广播,不停播发着即将分洪的消息,巡视人员不断发出预警信号,解放军已经在北闸防淤堤待命,分洪区的百姓远远望着即将被淹没的家乡,各方专家与国家防总紧急会商

认为,虽然洪峰水位超过历史纪录,但严守大堤可以挺过去,不建议分洪。


最终“共和国没有开闸”,沿岸百万军民严防死守,长江干流没有再溃口,而30多万人的家园也保住了。


(1998年9月15日清晨,首批6000多名人民子弟兵胜利完成抗洪救灾任务,撤离江西九江;25万九江市民挥洒着热泪,送亲人踏上归途,摄影师@周国强)


而成功决策的背后,是一个看不见的体系,它构成了,堤防、水库、蓄滞洪区三道防线之外的,最后一道防线,在这个体系里,3万多个水文、气象站点,及卫星等组成的监测网,实时监测并反馈水雨情信息,为防洪决策提供依据。


从两院院士到专业技术人员组成的,专家团队,分析洪水形势、预测未来趋势,提出防洪应对方案,从国家防汛抗旱总指挥部,到各地基层组织组成的,行政体系,调度防洪人员、物资、决策、实施防洪的方案与措施。


从解放军到当地居民组成的,一线人员,巡视、加固堤防,实施抢险救灾。


这个看不见的体系,协调、运行着数万公里堤防,数万个水库,数十个蓄滞洪区和数不清的闸、站、渠、泵等等。


正是这四道防线,共同构成了守护长江安澜的保护网,保护着广达180万km²的土地,保护着近5亿人口,保护着全国40%的GDP,保护着全国30%的粮食产量,正是有了这四道防线,我们才能“不管风吹浪打,胜似闲庭信步”。


(2020年7月13日,武汉市区的江水快淹到黄花矶凉亭的亭顶,长江救援志愿队队员在水中巡查,摄影师@张乔)


参考文献:

[1]国家防汛抗旱总指挥部. 长江防御洪水方案(2015)[EB/OL]. 2015.

[2]水利部长江水利委员会. 长江防洪地图集[M]. 科学出版社, 2001

[3]水利部长江水利委员会. 长江流域蓄滞洪区图集[M]. 科学出版社, 2007.07.

[4]水利部长江水利委员会. 长江重要堤防隐蔽工程地图集[M]. 科学出版社, 2004.09. 

[5]汪应国, 李劲松. 惊心动魄: 1998荆江分洪大转移[J]. 当代经济, 1998.

[6]仲志余. 长江防洪[M]. 长江出版社, 2007.

[7]郭铁女, 余启辉. 长江防洪体系与总体布局规划研究[J]. 人民长江, 2013.


本文来自微信公众号:星球研究所(ID:xingqiuyanjiusuo),作者:王朝阳

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