长江发大水,为何每次被牺牲的总是安徽

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大江大河防洪是以洪水为对象,以防洪组织为行为主体,以防灾减灾和保障生命财产安全及社会经济持续稳定发展为目标,兼顾兴利要求,综合运用防洪工程和非工程措施,优化调控、科学管理洪水,最大化防洪效益、最小化洪水损失的过程。

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一、大江大河防洪问题

大江大河防洪面临诸多具体而复杂的技术问题,尤其是如何对防洪系统的构成进行认识与解析、如何针对各类洪水进行调度决策。诸如水库及水库群优化调度、蓄滞洪区合理适时运用、保护对象重要性权衡与取舍,以及如何在防洪的同时考虑洪水资源化、生态与环境利益等等。

我国以1998年长江大洪水为代表的防洪实践,一方面充分证明了“蓄泄兼筹、以泄为主”的防洪方针是行之有效的,另一方面也揭示了不分主次、一味“严防死守”、“全线抢险”的方式缺乏利弊得失权衡,不能正确处理“弃守”关系,很可能导致防守成本过大、重要地区失守等问题。因而在大江大河防洪问题中,“守与弃”和“蓄与泄”是两个关键性的问题。

首先,针对“守与弃”问题,在大江大河防洪中应遵循洪水损失最小化原则,对参与防洪的工程、防洪保护对象、可能存在的风险及所涉及的各方利益进行协调、评估、权衡和取舍。

由于公共资源的稀缺性以及洪水风险的必然性,防洪过程面临“守与弃”的权衡与抉择:河道干支流、上下游、左右岸差异化的防洪标准体现了需渐次舍弃次要地区、换取重要防洪区安全的意图;建设防洪水库,舍弃了库区土地的利用价值以防守下游重要区域;设置蓄滞洪区,以限制该区域发展、临时淹没其土地为代价,使重要保护对象得以保全;而在应对超标准洪水期间,集中部署防守与抢险力量于重要地区,甚至人为破堤分洪,更是权衡“守与弃”,追求洪水损失最小化的直接举措。

针对“蓄与泄”问题,防洪工程的建设和运用本质上是通过改变和调整流域自然蓄泄特性来获利,即在保证防洪工程安全的前提下,通过整体布局,优化防洪工程调度,合理安排洪水,使防洪效益最大化。上游水土保持工程使降水更多地蓄于当地,减少可能威胁下游地区的洪量,坦化了洪水过程;构筑堤防、开挖分洪道不仅提高了流域的泄洪能力,还增加了河道槽蓄量,减少了漫滩洪量,从而降低淹没风险;修建水库、设置蓄滞洪区则改变了洪水蓄滞的空间分布,不仅将洪水约束在预设区域内,而且通过科学的调度运用,可以有效发挥调峰错峰削峰的作用,从整体上降低洪水的风险。

值得注意的是,随着经济社会的发展,许多水库的城镇供水任务加剧,为提高供水量与供水保证率,采取了分期或动态调整汛限水位的措施,从而加大了应急泄洪的概率,同时也对发展暴雨洪水的监测预报预警系统提出了更高的要求。

尤其是在一些河流上形成梯级水库的情况下,应急泄洪可能形成“多米诺骨牌”效应,“蓄与泄”的科学调度决策面临更大的挑战。

大江大河防洪目标并不是时刻确保所有防洪保护对象全过程的安全,在面临超标准洪水时,“弃、守、取、舍”抉择不可避免,并且,在防洪的同时还可能需兼顾洪水资源的蓄存兴利效益,考虑中长时间尺度下的水资源利用问题,因此,防洪工程效益最大化不仅包括防洪效益最大化,还涉及洪水资源效益的发挥。

综上,防洪和兴利的时空均衡是大江大河防洪决策客观需求,综合考虑“守与弃”和“蓄与泄”两大问题,可最大程度地实现兴水利而避水害。由于防洪条件和保护对象的动态性,加之洪水演变的特异性,“守与弃”和“蓄与泄”之间关系也是动态变化的,相应的防洪决策也是一个因地、因时、因势不断调整的过程。

二、面临的挑战

随着大江大河防洪系统的日益完善和防洪需求的不断提高,传统方法已难以适应变化环境下的防洪决策,现阶段大江大河防洪所面临的挑战主要源于以下4个方面:

(1)江河来水的非一致性。Milly等指出,在气候变化和人类活动的影响下,基于一致性假设的水文不确定理论和方法已无法帮助人类正确揭示变化环境下的水资源和洪水演变规律。非一致性条件下,流域水文统计量发生变异,防洪工程原有的设计指标可能不再适用,此外,来水预报也存在更大的不确定性,这种信息的不完备性和不确定性,对水文预测预报方法和技术提出了更高的要求。

(2)影响条件复杂。由于江河水系的联通性,各类防洪工程或串联或并联,互相影响,除水流外,大江大河上的泥沙问题也不容忽视,尤其是泥沙运移规律与水流运动规律并不完全一致,使得河道处于不断演变之中,水库淤积又使得水库调节库容不断减少,直接影响水库蓄洪能力,改变了防洪系统的蓄泄特征。

例如,随着三门峡水库的库区淤积,潼关高程快速抬升,导致渭河下游及黄河小北干流的淤积,顶托渭河洪水下泄,加大了关中平原的洪水风险。随着流域梯级水库增加及水库淤积,防洪工程彼此间的水力关系更为复杂且相互影响程度加深。

由此可见,影响大江大河防洪的因素复杂多变,这使得准确把握江河水沙运动过程变得更为困难。

(3)目标多元化。在空间维度上,要根据上下游、左右岸具体情况,考虑上下游不同防洪保护对象的重要性,权衡利弊得失和效益公平,实现综合损失和风险最小化。

如2016年的长江中下游大洪水,监利以下江段及洞庭湖、鄱阳湖都超警戒水位,沿线防护目标都纳入了统一调度和权衡利弊的考虑之中;在时间维度上,需兼顾当前和长远利益,在汛期防洪决策的同时需考虑洪水资源利用效益。在各方利益权衡时,要优先保证各类工程和防洪保护对象的安全,兼顾发电、航运、水产养殖等利益,必要时舍弃部分利益、承担部分风险。所以,大江大河防洪还呈现出“多目标”决策的难题。

(4)群决策问题。大江大河防洪要在兼顾多方利益的情况下最大程度地保障防洪安全,这其中必然出现不同利益主体间的博弈和均衡,而在气候变化、水利工程复杂化,以及不同竞争主体利益诉求的背景下,权衡得失取舍,进行“守与弃”“蓄与泄”的决策技术变得更为困难。

综上,江河来水的非一致性和影响条件复杂,增加了洪水预报模拟的不确定性,带来了决策的信息难题;利益多元化、群决策问题又给防洪保护对象的“守与弃”、防洪工程的“蓄与泄”决策带来了困难,变化环境下大江大河防洪优化决策面临各种挑战。高效精准的洪水预报与水沙运动过程模拟,行之有效的水库群、蓄滞洪区(含非常蓄洪场所)、分洪道等优化调度,以及全面可靠的洪水损失评估,结合先进的多目标系统优化技术等可有力支撑大江大河“守与弃”、“蓄与泄”的科学决策,切实实现洪水损失最小化、防洪工程体系效益最大化的目标。

(保留所有权利,转载请注明作者和“制度开门”。资料来源:刘宁:大江大河防洪关键技术问题与挑战,水利学报2018年第1期)

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