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我国的防汛体系如何发挥作用,参与抗洪工作?

星球研究所,一群国家地理控,专注于探索极致世界

长江,亚洲第一长河,既是我们的母亲河,也是一条以洪水闻名的大河。

本文由新华网客户端 x 星球研究所联合发布

它汇聚 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。

02.万里长江静静流淌过千年古城荆州,摄影师@邓双

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,我们如何才能守卫家园?

03.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

01、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。

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04.长江水系地形图,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。

05.长江北源楚玛尔河,摄影师@刘夙培

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。

06.流经云南省丽江市古城区金安镇附近的金沙江,摄影师@李祺

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。

07.金沙江边的攀枝花市沿河谷两岸分布,摄影师@君子裕

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。

08.金沙江畔背山面水的宜宾,摄影师@水手郑志华

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。

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09.安徽省芜湖市长江江面,摄影师@张浩然

江汉 - 洞庭盆地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。

10.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。

11.武汉市西郊汉江两岸的农田、村镇,图片来源@VCG

但盆地内河流落差小,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。

12.江西省余干县康山乡的圩[wéi]田,位于鄱阳湖东南,图片来源@VCG

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。

13.荆江大堤上的荆州万寿宝塔,建于明代,由于大堤不断加高,塔基已低于堤面 7m 多,摄影师@邓双

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。

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14.长江中下游大洪水淹没范围示意[1870/1931/1954],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。

15.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,

16.安徽省安庆市长江两岸江滩被水淹没,江水直逼长江大堤,摄影师@陈肖

汉江、湘江、赣江等支流堤防,

17.湖北省仙桃市汉江大堤,大堤两侧分布着防护林,摄影师@李念

洞庭湖和鄱阳湖等湖泊堤防,

18.江西省鄱阳县的珠湖联圩,左侧鄱阳湖水高涨,右侧珠湖由于圩堤保护水位较低、水体清澈,图片来源@VCG

城市堤防等。

19.2020 年 7 月 12 日,南京下关长江水位已显著超过城市地面,市民在防洪墙上的步道上散步,图片来源@VCG

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,

20.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。

21.高出荆州城区十多米的荆江大堤,摄影师@邓双

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。

22.2020 年 7 月 23 日,荆州监利城区的长江水位接近保证水位,江水淹没了江滩,接近大堤顶部,摄影师@向源翰

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。

23.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。

24.武汉汉口龙王庙前的防洪墙,江水淹没了江边的步道,与堤内地面仅隔着一堵墙,图片来源@VCG

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。

25.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。

26.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。

27.2020 年 7 月 16 日,湖北省阳新县军垦农场富水溃口后,直升机通过吊装网兜、空投石块等封堵溃口;所谓 N 年一遇,表示某年发生特定大小洪水的概率为 N 分之一,并不是说 N 年只发生一次;图片来源@VCG

02、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。

28.三峡大坝,拦蓄江水形成三峡水库,图片来源@VCG

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。

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29.云雾缭绕的三峡大坝,摄影师@李心宽

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,大量江水白白流走,这就减少了发电量。

30.三峡大坝开闸泄洪,图片来源@VCG

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。

31.2020 年 7 月 18 日,江西省九江市鄱阳湖的落星墩,低处被湖水淹没,图片来源@VCG

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。

32.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锦屏一级等水库,金沙江上的溪洛渡水库,

33.位于四川和云南之间的溪洛渡水库,摄影师@柴峻峰

向家坝乌东德等水库,

34.云南省水富市附近的向家坝水库,摄影师@柴峻峰

也包括汉江上的丹江口水库,清江上的隔河岩水布垭水库,沅江上的五强溪水库等等。

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35.湖北省宜昌市的隔河岩水库,图片来源@VCG

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。

36.三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。

37.贵州毕节纳雍县百兴镇垭口村的人工林,图片来源@VCG

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。

38.水色翠绿的清江隔河岩水库,图片来源@VCG

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。

39.湖北省恩施州清江水布垭水库,摄影师@李云飞

因此,我们还需要第三道防线。


03、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,在分洪时闸门开启,把洪水“引狼入室”。

40.江西省上饶市余干县的鄱阳湖康山片区,大堤右下为康山蓄滞洪区,左上为鄱阳湖,图片来源@VCG

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。

41.三峡大坝下游的老黄陵庙,1870 年大洪水淹没了庙内禹王殿立柱,图片来源@VCG

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。

42.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。

43.荆州城区对岸,荆江分洪区内的公安县埠河镇沿着大堤分布,摄影师@邓双

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。

44.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。

45.湖北省仙桃市汉江杜家台分洪闸,是杜家台蓄滞洪区的进水闸,自 1956 年建成以来已启用了 20 余次,摄影师@尹权

此外,1998 年以来,长江中下游严重阻碍行洪的洲滩民垸(yuàn)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。

46.2016 年湖北对武汉梁子湖中的一处垸堤永久爆破,实现退垸还湖,图片来源@荆楚网

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。


04、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。

47.荆江分洪区北闸,分洪时洪水将从这里涌入公安县,远处为荆江,摄影师@邓双

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,则从荆州到武汉的江堤随时可能出现溃口,损失将更加惨重。

48.1998 年大洪水期间,武汉人民在水中跋涉,图片来源@VCG

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。

49.1998 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。

50.位于鄱阳湖口的湖口水文站,图片来源@VCG

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。

51.向江西省永修县修水三角联圩溃口运送土石的车辆,摄影师@胡寒

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。

52.解放军战士在进行反滤体作业,预防大堤渗水危害,图片来源@东部战区微信公众号

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。

53.江苏省南京市滁河上的三汊湾水利枢纽,摄影师@周文军

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”

54.2020 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

全文完,感谢阅读。


创作团队

  • 撰文:王朝阳
  • 图片:蒋哲睿、谢禹涵
  • 设计:王申雯、郑伯容
  • 地图:陈志浩
  • 审校:撸书猫、云舞空城
  • 封面图片来源:VCG

PS:就在本文写作期间,中国工程院院士,著名水利水电工程专家,三峡水利枢纽工程设计总工程师郑守仁病逝;谨以此文向广大水利工作者和抗洪一线人员致敬

【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.