如何为5亿中国人防洪?

一群国家地理控,专注于探索极致世界

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

(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?

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(安徽省芜湖市长江江面,请横屏观看,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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

(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

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

(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

(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

(云雾缭绕的三峡大坝,请横屏观看,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m

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

(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m

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

(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m

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m

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m

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

二滩锦屏一级等水库

金沙江上的

溪洛渡水库

(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

(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

(湖北省宜昌市的隔河岩水库,请横屏观看,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

(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

(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m 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

(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

(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”

(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105000m /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

(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80000m /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921km

几乎相当于鄱阳湖的1/4

有效蓄洪容积可达54亿m

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

(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km

相当于两个上海市

有效蓄洪容积为589.7亿m

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

(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

(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

(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

则从荆州到武汉江堤随时可能出现溃口

损失将更加惨重

(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

(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

(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

(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

(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

(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km 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)

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: 98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.

... The End ...

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