我国历史的治水名人
1.大禹治水
大禹(约前21世纪)姒姓,名文命,又称夏禹,戎禹。鲧之子。
先秦的许多典籍都记载了关于禹的传说。《史记·夏本纪》系统地记载了大禹和夏王朝的事迹。
禹部落的发源地在西夷。《夏本纪·正义》引《帝王世纪》谓禹“本西夷人也”。扬雄《蜀王本纪》说:
“禹本汶山郡广柔县人也,生于石纽。”汶山郡,汉武帝置,郡治汶江,在今四川茂汶县西北。《史记·六国年表序》也说:“禹兴于西羌。”《史记·五帝本纪》载,禹的曾祖昌意,为黄帝次子,降居若水。若水即今四川省西部的雅砻江。可见,禹为西夷部落是古代普遍的一种传说。
不过在尧舜时代,禹的父亲鲧已进入中原,他是雄踞在大河南岸位于嵩山中有崇氏部落的首领。今河南登封东南之告城镇,古称阳城,就是禹的发祥地。禹的儿子启,在钧台(今河南禹县北门外)大会诸侯宣布即王位,建都阳翟,即今河南禹县。随后迁都安邑,在今山西安邑县西。现在考古发现,河南偃师二里头文化是夏文化的遗存。
黄河是中华民族的摇篮,但它也给人们带来了水患。历史上它曾多次决口横流,泛滥成灾。提起黄河水祸,人们就不寒而栗。历代王朝在治水上所耗费人力、物力之大,亦莫过于治河。征服自然,变害为利,是勤劳勇敢的中华民族的悠久传统。
早在夏商之际,我们的祖先就以勤劳的双手和无穷的智慧治理黄河,兴修水利,发展生产。禹部落生活在黄河之南,以农业发达着称,必然要与黄河水患作斗争。禹的父亲鲧,因为治水方法不当,用堵塞的办法造成了更大的水患,被舜处以极刑。禹继承父志,但改用疏导的办法,治水成功,父子两代治水的不同效果,正是人与自然斗争积累经验的过程。
大禹治水,有口皆碑。他治水13年间,“三过家门而不入”,至今仍是中国人引以为豪的楷模。大禹勇敢而有智慧,任何困难和挫折都不能使他低头。他“陆行载车,水行载舟,泥行蹈毳,山行即桥”
(《史记·河渠书》)。遇到困难他总能想出克服的办法,终于完成了“以别九州,随山浚川,任土作贡”
的伟大事业。对于“害中国也尤甚”
的河灾衍溢,他更是“唯是为务”。
大禹经过调查研究,找到了河害的原因,认为黄河发源地很高,水流很急,所以多次冲决河堤。于是制定治河方案,在下游将黄河分流,其一,出今山东博兴附近的清河入海;另一条干道即漯水,故道从河南浚县西南经山东范县、临邑、滨县等地入海。终于治服了水患,使“九川既疏,九泽既洒,诸夏艾安,功施于三代”(《河渠书》)。
先秦文献《尚书·禹贡》,记载了大禹治水和划分九州区域的事迹,学术研究认为是战国时人所作,依托于禹。这是有道理的。春秋战国时,由于生产力的发展,铁工具的广泛使用,使水利事业得以迅速发展,这是产生《禹贡》的物质基础。
其实,大禹治水,是否为信史,不必争辩,它本来是传说,但这传说却是古代人民治水斗争的真实反映。
而大禹的英雄业绩则是人们自信心的表现,是人定胜天观念的形象化。
西汉史学家司马迁在《夏本纪》和《河渠书》中热情歌颂了大禹精神,至今读来,还十分亲切。
大禹对于历史的另一贡献就是奠定了私有制国家的基础,为他的儿子启建立夏王朝开辟了道路。
2.李冰与都江堰
李冰,生卒年不详,今山西运城人,秦昭襄王末年期间为蜀地太守。李冰是一个水神一般的人物,传说他在岷江曾制服了一条兴风作浪的孽龙。他懂水,会治水,许许多多的水患在他手上乖乖地变成了水利。他治导过洛水,疏浚过沫水,开凿过盐井……他在岷江上修筑了雄伟壮丽的都江堰,创造了世界少有中国罕见的奇迹。
造成水患的“罪魁祸首”
与水患问题息息相关的的是生态,而森林又是生态问题的关键。
随着世界人口的不断增长,大量的森林被砍伐,林地被开垦为农田,再加上不断扩大的垦殖规模,人与森林争地的矛盾越演越烈。比如,在我国古代,森林的覆盖率曾高达49%,到了清朝初期,渐渐下降为26%,现在,我国只有13%的森林覆盖率了。随着森林的不断减少,使得森林涵养水源的功能也不断地减退,倘若遇到大雨来临,森林吸纳的水量减少,那么,就会有大量的雨水沿着江河一路奔腾,致使江河水位空前暴涨。此外,森林的不断减少,极易造成水土流失,本来可以覆盖土地的森林,在被乱砍乱伐后,对雨水肆意冲刷的土壤也渐渐无能为力了。当流失的泥沙顺河而下淤积在水势趋缓之地,河床就被抬升起来,此时,湖面会缩小;江河的行水、蓄水能力会变差;防洪、调度能力会降低;抵御灾害的空间会缩小。例如,在相同的洪峰流量下,洞庭湖20世纪60年代的水位比90年代的低了2~3米。日益加剧的洪涝灾害深刻地提醒着我们,人与自然的关系已到了不得不重新定位的时刻。为了改善被破坏的生态环境、减少自然灾害造成无可估量的损失,我国政府已经积极地采取了相应的措施,如退耕还林,长江、黄河中上游的51个重点森林工业企业及地方森林工业企业被严令全面停止采伐,封山造林等,力求经过我们的努力,长江、黄河中上游能在十几年后有一个全新的生态环境。
除了影响生态平衡的森林,大幅度减少的行洪、蓄洪区域,也是大洪水泛滥的一个重要原因。在明清时期,湖北省素有“千湖之省”
之称,然而,目前,其湖泊面积只剩下30%,仅为23.6万公顷。洞庭湖因为人工围垦和泥沙淤积,其水面已不到原来的一半。近30年以来,长江中下游五省丧失湖泊面积12万平方千米也是由于围湖垦田造成的。
而填湖建房也随着近年来市场经济的开发而成为热潮。由此可以看出,人为因素是造成湖泊缩小乃至消失的最主要原因,破坏了生态环境,把昔日莲藕飘香、鱼鸭戏水的江南山水园林之地、鱼米之乡赤裸裸地暴露在水患的威胁下,使之饱受干旱与洪涝的威胁。1998年震惊世界的长江大洪水就是大自然对我们破坏生态造成危害的一次警告。
生态环境的维护和改善
1998年中国发生有史以来的特大洪水,2002年欧洲发生的大洪水,全世界洪涝灾害的频发,给全球经济建设带来了不利影响,引起了全世界人们的极大关注。
总结洪水灾害频发的原因,人们深刻地意识到,灾难不仅仅是正常的自然气候改变,大气环流的异常造成的,更多是因为人类活动而破坏了生态平衡。对森林的乱砍乱伐,在陡山坡和坡地上的耕作,致使水土严重流失,城市的不断扩大,植被覆盖率的持续下降,不但增加了水土的流失,更使得湖泊、水库淤塞,河床抬升,降低了蓄水能力。
另一方面工业建设的发展加重了二氧化碳的排放,影响大气、气候等,促使全球温度变暖速度和厄尔尼诺现象出现频率加快等,都是引发洪涝灾害的原因。例如,1920~1980年加拿大红河水文资料表明,之前的28年中从未曾发生过一次超过80立方米/秒的洪水,而在后面的33年中超过80立方米/秒的洪水却发生了15次。从这个资料人们不得不深思,也不得不改变以往认为是纯自然态的洪水量值和规律的认识是错误的,因为资料证明人类的活动对自然环境有着显着的影响。
为此,树立人口、经济、环境之间协调发展的观念刻不容缓,对生态环境建设和改善,如增加植被覆盖率和恢复森林水库功能等,都是预防治理洪水的最好措施。
那么如何增加植被覆盖率和恢复森林水库功能呢?当务之急,应坚持以坡耕地综合治理、小流域综合治理、退耕还林、草地生态建设、水土保持、天然林业资源保护、生态公益林建设、封山育林、生态农业和沃土培育等10大生态环境建设重点项目为主体,并通过建立完善的生态环境建设执法监督体系、社会管理机制、投资机制以及优惠等政策,来鼓励促进增加植被的覆盖率。森林植被对于国土资源利用和生态环境的保护都具有根本性的作用。
恢复湿地原有生态环境,提高洪水调蓄能力
据统计,我国有湿地面积6580万公顷(不包括江河、池塘、水库等),其中,沼泽1100万公顷,浅海水域270万公顷,湖泊1200万公顷,滩涂和盐沼地210万公顷,稻田3800万公顷,占全世界湿地面积的11.9%,亚洲排名第一,世界排名第三。主要分布在东北的三江平原,长江流域的江汉平原、鄱阳湖及周边地区、川北松潘湿地、洞庭湖及周边地区、黄河三角洲滨海滩涂区和沿海滩涂地区。
解放初,特别是20世纪50~70年代,由于上层经济决策失误,片面强调粮食产量,大规模地围湖造田,造成我国的淡水湖泊数量、总面积、生态功能全都出现急剧下降趋势,从50~80年代,我国湖泊总量消失300多个,湖泊总面积下降了1/10。长江中下游地区,洪湖、洞庭湖及江汉湖群垦殖率竟高达50%。导致湿地生态环境遭到严重破坏,调洪功能日益衰竭,洪水威胁程度加剧。湿地生态环境的恶化、功能的下降,使中央认识到生态平衡的重要,提出了“封山育林,退耕还林;退田还湖,平垸行洪;以工代赈,移民建镇;加大堤防,疏浚河湖”的可持续发展“三十二字”
方针。在这一方针的指导下,调节生态体系,建立湿地生态环境保护区,退田还湖,恢复湿地原有的环境面貌。这将对改善生态环境和综合治理洪涝灾害有显着成效。
通常,湿地分蓄洪区调蓄洪水的能力超出天然湖泊4倍,即1公顷分蓄洪区的作用相当于5公顷湖泊的调蓄作用,因此,湿地生态环境的恢复和改善,将大大提高我国防洪防涝的能力,促进我国经济和社会的发展。
长江每年的汛期都将过量的水流入洞庭湖和鄱阳湖。1998年特大洪水期间,洞庭湖调蓄水量为269.13亿立方米,占入湖总水量的32%。
鄱阳湖不仅调蓄鄱阳湖水系五河的来水,而且对长江干流洪水也具有一定的调蓄作用。1998年鄱阳湖对五河来水的调蓄水量为357.36亿立方米,占入湖总水量的47.4%。
沼泽对河川径流影响主要表现在两个方面:一是产流少,减少一次降水对河川径流补给量,使汇流时间延长;二是降低洪峰,使当年来水不能在当年完全流出。洪水被储存于湿地土壤中或以地表水形式滞留在沼泽湿地中,减缓了洪水流速和下游洪水压力。
三江平原挠力河流域上游宝清水文站与中游菜嘴子站之间发育大面积沼泽湿地,湿地率达32.7%。在1956~2000年的洪峰流量实测序列中,有26年是下游菜嘴子站的洪峰流量小于上游宝清站,表明有大量洪水在河滩沼泽中漫散和蓄存。图101“山随平野尽,江入大荒流”
就是描述长江在洪水季节两岸湖泊和沼泽连为一体,将洪峰消弥于无形的景象。
生态环境综合治理
生态环境的综合治理,除需要大力植树造林外,还要加强山区、平原、丘陵、江河湖泊、沿海城市的综合治理,治山治水治沙全面开展,从大局着眼,实施标本兼治、旱涝兼治、城乡兼治、上中下游兼治、江海河湖兼治、山区平原兼治的“六兼治”综合治理战略。因地制宜的科学规划水利工程,发展和推广生态农业,增加生物的多样性,减少污染,改善气候环境,走可持续发展之路。建立健全相关的法律法规,做到有章可行,有法可依。提高全民生态环境建设和保护意识,恢复并保护好我国原有的生态环境。
从人类占用河道洪泛区,特别是冲积平原时开始直到今天,就产生了对洪水的敏感性和脆弱性,流域管理及其管理技术从而就自然地或者是为了满足某些社会要求出现了。目前在流域洪水方面有一个愈来愈严重的问题,就是自然森林或其他植被遭到破坏,或大规模的退化。这种情况的出现,可能是由于工业化的需求或者人们对燃料的需求(砍伐树木用于制作木炭、烧饭、取暖、建筑材料、修屋、造船等)。
修筑道路、铺砌路面、修建工业和民用房屋等覆盖或封闭大面积地表,以及农业的开发生产,都引起了一些流域行为的改变。农业生产会改变径流流向或造成地表径流的集中。
图102当初世界上几乎到处都存在着森林,在他们成为散居乡村人口的自然财富资源或收入来源之前,这些森林基本上是处于完好状态。农村居住区人口,特别是在山区,最早进行了森林砍伐,以便开垦出适合他们耕种或放牧的土地。然而,这种做法并不普遍,在一些地区,通过修建水平梯田的方法来补偿对耕地的开发,采用梯田甚至在陡坡上也可以种植作物。
大规模地砍伐森林,是随着工业化或快速的农村人口增长而出现的。另外的一些原因来自建立大型农场、建立大型乡镇、修建交通运输道路、设立电力或通讯线路。另外,随着大量来自山区的农村人口涌入城市,所带来的后果是,无人再去进行森林维护、水土保持、土地耕耘、梯田田埂的维护和修理,所有这些都加重了地表径流和水土流失。
事实上,流域管理中的一大部分工作,其目标就在于恢复原来的环境状态。
1.汇水区的管理
汇水区的管理要从最初发生地面径流时开始,以便降低地表径流的流量和流速,减少水土流失。治理河道的措施就是要试图减缓洪水推进速度,削减洪峰流量,从而达到减小对河床和堤防的破坏作用。
(1)造林
关于森林对降雨量及其强度的影响是有争论的,对此还没有足够深入的探讨。虽然,普遍认为在较小的面积上,森林的存在并不会明显地改变降水量,而在一个有大量森林覆盖的大流域上,这种影响就会变得明显起来。目前尚没有专门的研究资料或一般性的规律可用。
一些研究表明,大面积的森林覆盖有使降雨量增加并使其分布更加均匀的倾向。但是,目前还无法将这种相关关系应用于引起大洪水降雨事件中。
在同样条件上,对于相同的降水量来说,森林对平均年径流量有显着影响,并取决于流域大小、气候和土壤条件,以及森林覆盖特征。
同样地,世界上不同地方所进行的试验结果也不一致。但另一方面,研究者们几乎一致认可森林在发生洪水期间对径流所起的作用。
森林在拦截雨水方面扮演了一个重要的角色,如前所述,雨水截留是水文循环中的一项关键因素。
这种拦截效果在降水较小时效果更加明显,在大强度降水时效果迅速减小。不过,拦截的效果不仅仅是延迟了雨滴向地面的降落,也会减少雨滴落下时的能量,减轻对地面的冲击压实,具有减少形成土壤表面不透水层的作用。再者,森林覆盖能够促进一种有益的作用,特别是对于黏性土壤更是如此。森林的土壤表面盖满了落叶和植物的碎片,能够吸收一定数量的降水并有助于雨水入渗,延缓地面径流的发生。
最后,通过植物有机物质的堆积和微生物的演变,森林能够逐渐使土壤转化并形成肥沃土壤,深层土壤通过这种方式可形成较高的入渗能力和持水能力。这些特性有助于形成大量的入渗,于是,其结果是可使径流减缓到洪水过后。相应地,通过减少地面径流和植被形成对土壤表面的保护,森林在减少土壤流失方面也有显着的作用。
除此以外,还要提到土地本身所受的负效应。地面水土流失,使河道水流的泥沙含量增多,在洪水的发生过程中会带来一些潜在的后果,包括:
①水库的泥沙淤积(在分水坝、蓄水坝和调洪坝的后面)。
②经逐次暴雨过程中的堆积,在斜坡处形成冲刷锥体,阻塞正常的河床,并可能在随后而来的洪水期导致洪水泛滥。
③淤塞下游洪泛区,降低河道的过流能力。这种淤积加重了洪水向洪泛区的溢流泛滥,又会造成洪泛区上更多的淤积,使其逐渐升高。
同时,河床也被抬高。
④增大河道对水流的拖扯力和河床糙率,在同样洪水流量下会使洪水水位抬高。
⑤引起大量滑坡,在天然河道里形成临时阻水坝,随后发生的漫顶和坍塌,会形成洪水波,威胁下游水坝。
森林,通过减少水土流失和减缓地面径流的推进,对减轻潜在的破坏和风险有巨大的作用。因此,对森林的维护、恢复,或在流域里植树造林是洪水管理非常重要的措施。当然,也应当记住,要对造林的效果进行量化(作为洪泛区综合管理计划的一部分)是很困难的。
(2)耕种的影响
一般来说,与森林类似,对土壤进行耕种、建立天然草场或牧场、建立植被等,能够对径流和水土流失产生影响。不过,这种效果取决于种植作物的持续性和农业的耕作方式。
如果在森林覆盖的地方开垦耕种,则实际上将会造成负面的效果。
如果采用排水系统形成集中径流就会引起水土流失加重,或者重新划分田块去除对径流的自然约束,例如等高田埂,那么就会带来更多的问题。另外,正像在大型农场里经常看到的一样,沿坡度方向耕作和在土壤处于塑限含水量以下进行耕作,都会严重地加剧地面径流的发生。
土地和土壤保护实践
土地和土壤保护实践的目标就是在汇水区内促进雨水入渗,减少作为土壤侵蚀主要原因的地表径流和流量。对土地和土壤的保护,可通过下述途径:
①造林;②建立多年生、茁壮的植被;③修建台地和梯田。
重新造林,或重新设置多年生的天然植被,即使是在较陡的坡地上采用,也会具有良好的效果。然而,对于耕作地来说,必须控制适当的坡度,当自然坡度较陡时,为了能够实行等高种植和控制水土流失,必须修建台地或梯田,通过人工方式形成较缓的坡度。在劳动力较充裕的地方,这种台地梯田可用手工来建造,例如,使用于砌石等挡土墙。
否则,可使用建筑堤坝的机械对天然坡度进行改造。
通过水平方向的搬运,用机械设备形成基本水平的条带台地,并由夯实的台阶分隔。根据土壤特性、种植的作物情况,台地表面应做成有利于排水和排水控制的适当形状。
2.河道管理
本手册中,河道管理不包括那些主要的洪水控制工程,例如,防洪大坝或堤岸,这些是防洪的工程措施。下面所述仅仅包括局部性工程,它们的任务是河道本身或其堤防的保护、抗御洪水的破坏,或减缓当地径流发展速度、减少泥沙输移等。尽管这些工程也需要施工,但其工程量一般较小,因此可以用人工来完成或者不需使用大型机械。
河道治理,特别是山区河流,主要包括改变河道的坡降,使之达到“断面平衡状态”。这是理想的情况,即在此种纵断面下,从汇水区下来进入河道的物质,将被河道水流向前输送,没有泥沙沉积也没有冲刷河床的现象。此种情况可以通过沿河床修建一系列丁坝、潜坝或低坝来达到。在它们之间,局部地减小了河床的纵坡,减低流速,并限制水流纵向的冲刷。这些措施可用于对环境方面的改善,例如鱼类的栖息地。
相反,对于河床或堤岸,应清除掉灌木和矮树丛,它们会阻碍水流,或者在洪水期间被冲走,堵塞下游的水流通道(例如,在桥梁处),导致洪水漫顶溢流。同样应清除掉河道里的巨大石块,这些石块可用在防冲的抛石护坡上,或放在铁丝笼里用于沿河修建的丁坝、潜坝上,或用于保护堤岸的防御冲刷工程上。
3.流域管理的优越性和局限性
流域管理要尽量从“源头”开始来解决洪水问题,这就是说,从降水使土壤饱和及洪水形成初期开始。这项工作在山区最为有效,因为在那里降雨强度通常很大,较陡的坡度会造成很大的洪峰流量。在这些地区应花大力气采用上述措施,使洪水在形成初期就受到限制。延缓洪水推进速度(为下游易遭洪水地区提供较长的预警时间),减少土壤侵蚀和颗粒推移现象。但也要注意到,在一些流域里,延缓支流洪水的推进时间可能会造成干流河道洪峰的增大。当只有一个子流域时,在进行干预之前必须对此进行分析。
应当指出的是,过分地减少泥沙输移,可能会导致下游水流泥沙的动态失衡。在易冲刷的河床,这种不平衡往往会导致河槽冲刷,水流需通过增大冲刷来重新建立起泥沙平衡。
根据流域的位置不同,对流域的治理措施会有很大区别。在山区,也许需要同时采用植树造林和土地与土壤保护措施。在土地利用程度较高的乡村和城市地区,需要将现在和过去使用的防护措施进行比较。
在较平坦的农村地区,这些措施包括下述的部分或全部:(1)破除垂直于水流方向的田埂或障碍物;(2)实行等高耕作和种植;(3)限制使用深沟排水或直线排水沟,它们会加大水流的汇集速度和水量;(4)限制在土壤塑限以下时进行耕作,并配以合适的排水系统及顺水土埂。
在城市地区的覆盖地面,如停车场、工业或商业区,对建立补偿性滞蓄洪水场所的必要性要进行分析。另外,小的“天然”滞洪区,可考虑与其他目的土地利用相结合,例如,公园和动物保护区,尽管作用有限,但也可考虑使用。也可发展有疏松空隙的道路来吸收一些降水。
流域管理技术在许多山区或小流域里可能很有效。然而,在大流域上,要将这些管理技术付诸实施就会有较大的难度。为了能发挥效果,必须制定有关整个流域协调一致的政策和行动计划。这就可能要求在距洪水危害区很远的地方采取行动,在这些地方所采取措施的效果是显着可知的。
流域管理技术在防止水土流失和抗御小洪水时是非常有效的。但对于较大洪水,特别在那些几小时内降水达200~300毫米的地区,其有效性就会降低。对汇水区采取上述措施,可能会使土壤入渗能力提高多达几十毫米,这样,对小洪水和中等洪水时的效果就会很显着,但是,在发生强烈降水过程时,其作用的显着性就会明显减小。尽管如此,也不应忽视这些已形成具有明显优点的流域管理技术。
防治洪涝的措施
随着人口的不断增长和人类经济的不断发展、气候变化和气候极端事件日益增多,洪涝灾害造成的危害也越来越大,防洪减灾将是人类长期要面临的艰巨任务。
洪涝灾害存在于地球陆地的许多地区,其主要发生地在沿江河两岸的平原和河口三角洲地带。这些地区地处政治、文化、经济中心,人口密度相对比较大,城市和工业也相对比较集中,一旦发生洪涝灾害,势必会造成巨大的经济损失和深远的社会影响。因此,防洪作为公众福利的安全保障事业为各国政府所认同,防洪防涝工程建设被大力推行。比如,在上游地段,控制性的综合水库起着拦蓄洪水、削减洪峰的作用而被重点兴建;在中游地段,则整治河道、加固堤防、开辟蓄滞洪区,用以安全顺畅地排泄洪水,使防洪工程体系成为一个完整的个体。与此同时,非工程措施建设也在大力进行,它通过政策、行政、法令、技术和经济等手段,与工程措施相辅相成,尽管不能对洪水的特点有所改变,但是,却能有效地减少洪涝灾害所带来的损失。
目前,主要的防洪减灾的工程措施有以下几种:
修筑堤防、整治河道,其功用在于将洪水约束在河槽里,并将其顺利向下游输送;修建水库,以便控制上游洪水来量、调蓄洪水、削减洪峰;在重点保护地区附近修建分洪区,或滞洪、蓄洪区,可以有计划地将超过水库、堤防防御能力的洪水向分、滞洪区内输送,使下游地区的安全得以保障。
1.修筑堤防与整治河道
修筑堤防、整治河道是对经济发达、流域性洪水严重地区的一种重要防御措施。防洪的基本手段之一就是利用堤防约束河水泛滥,这是一项长期、现实的防洪措施。在历史上,堤防对于防洪起着重要作用,全国着名的堤防工程,如长江中游荆江大堤、黄河下游堤防、淮河北大堤、洪泽湖大堤、珠江的北江大堤及钱塘江海塘等,都是历经了数百年乃至数千年才成为现在如此宏大的规模,不管是以前还是现在,甚至将来,其防洪意义都是不言而喻的。这些堤防不仅是全国防洪的重点工程,也是我国重要地带防洪安全的屏障。
我国自解放以来在各江河所建的防洪工程,尽管对抗洪减灾发挥了巨大的作用,但根据这些年来发生的洪水灾情来看,社会受泛滥的洪水威胁仍是不容小觑,起码在短时间内不可能彻底根治,而我国现在堤防河道工程存在的主要问题仍是对社会的一大困扰:
堤防的防洪标准较低。从目前的情况来看,仅有少数几个大城市河段的防洪标准能达100年一遇,而通常那些非城市河段的防洪标准则仅为10~20年一遇,最高也不超过50年。
堤防的质量不高,有许多险工险段。
泥沙淤积。由于山区植被被严重破坏,致使大量的水土流失,淤积在河、湖、水库内。比如,由长江宜昌站测得每年长江上游的来沙量,从20世纪50年代初到80年代末,就从4.04亿吨增至5.33亿吨,严重淤积了长江中下游河道,从而减小了其过水断面,降低了行洪能力,而且枯水期来临时,其河段的通航能力也有所限制。
河道、湖泊被严重破坏。河道与湖泊屡屡遭到破坏和侵占,尤其是现在,我国对于这方面的管理尚不成熟,治理不严和有法不依的情况时有发生,致使河道和湖泊的恶化状况日益严重,防洪安全也得不到有效保障。比如,作为黄河支流之一的青龙涧河,在靠近三门峡市的河段,一座投资了五亿元的电厂被当地人建于河内,使河宽被侵占了一半。此外,还有靠岸挖沙、向河湖内倾倒垃圾等情况,这些都会严重地影响河道与湖泊行洪和调蓄洪水能力,甚至危及堤防与城市的安全因素。
无护岸、岸坡的河道,垮塌严重。
除城市段外,我国江河几乎所有河道都没有护岸工程,经高水位长期浸泡,或经水流淘刷和风浪、船行波冲击的堤岸,坍塌现象极易发生。
坍岸也是造成江河淤积的一个重要因素,因为被水流带走的塌土大部分都在河内淤积。大量农田会随着堤岸的坍塌被洪水冲刷,河道也会随着淤积的泥沙由宽变浅,所以,堤岸的存与否影响着堤防的安危。
因此,为了适应我国国民经济的发展并确保人民生命财产安全,我国仍需进一步加强河道的整治与堤防建设。
目前,我国虽然提高了堤防在理论和实践方面的规划设计,但仍是以经验行事为主要手段,为了更好地落实堤防的治理工作,必须抓紧编制并落实科学有效的河道防洪规划。随着不断增加的人口和不断发展的经济,堤防地修建也越来越长、越来越高。许多中小支流在过去都没有堤防,但由于河床淤积、行洪能力下降和土地开发的高效利用,堤防也随之修建在其两岸用以防护。而山地丘陵区的河流又是一个特例,修筑很长很高的堤防通常是为了保护很小的面积,这类堤防不宜轻率修建,要进行综合性分析研究,从技术经济的合理性和可能产生的长期后果方面考虑。对于我国现行的防洪标准,应予以合理的修订,并在此基础上提高其深度。
在河道堤防整治方面,堤防工程建设的重点是大江大河的堤基、堤身的防渗、漏,并同时加强以清障为中心的河道管理,开展以防止塌岸为中心的河道整治。对于各流域大江大河堤防隐蔽工程的除险加固应予以加强,特别是长江堤防隐蔽工程的除险加固。在河道、湖泊和山林的管理方面,也应予以强化。
作为一个特殊体,城市防洪堤应当与城市规划相结合。使其与城市公用设施,如公园、道路、停车场等相结合,增加其堤防断面和堤内外的护堤带,让堤防的综合作用得以发挥。
对于河道输水能力不足的下游流域,如太湖和海河等,常用的办法则是开辟新的分泄洪水的河道。
2.水库工程建设
江河中下游平原地区是我国洪水灾害的集中地,由于洪水来量大、河道的泄洪能力低,防洪要以蓄泄兼筹为基本方针。一次或几次集中暴雨是我国大多数河流洪水的成因。
十分有效的调洪方法就是利用水库来调节,因为洪水的涨落快,洪峰的流量集中。在防洪体系中,水库工程是以水库调蓄洪水以减小中下游地区的洪峰流量,与下游区间洪水错峰为主要手段,另外,根据雨情、水情及下游洪水情况,可以让水库相互调度,灵活蓄泄。作为江河流域防洪的一项根本性防洪措施,水库防洪具有可靠性强,效果显着的作用。因此,它是防洪工程体系建设中的重要内容。
对于能够控制许多河流上的山地丘陵区与平原区交接河段的水库,通常也决定着下游平原区的防洪能力。比如,黄河中上游的绝大部分流域面积都受黄河三门峡水库的控制,而且上中游洪水对下游的威胁也同样得到了基本的控制。汉江丹江口水库则控制着汉江流域60%的区域,而且,汉江中下游平原的洪水灾害也因此得到控制。这些控制性水库工程的功用,不仅是其本身调节洪水的能力显着,更是保障了一条河流整个防洪工程体系调度运用的可靠性和灵活性,有利地为防汛抢险创造了条件。
目前,全国已有8.512万座大中小型水库建成,其中,有420座大型水库,库容量占全国水库总库容量的81%,为4204亿立方米,有69座大型水库库容量在10亿立方米以上;2704座中型水库,库容量占全国水库总库容量的14%,为746亿立方米;8.1448万座小型水库,库容量占全国水库容量的5%。而且,全国水库总库容量已相当于全国径流总量的1/6,达5184亿立方米。防洪库容量约占总库容的1/4,相当于各流域流域性洪水防御目标情况下设计洪量的1/7左右,达1300亿立方米。从2000~2002年间,长江的三峡、黄河的小浪底、珠江的龙滩和百色、松花江的尼尔基等12座正在建设或已经建成的大型水库,其总库容量达920亿立方米,防洪库容量达369亿立方米,它们都即将或已经为防洪发挥着不同程度的作用。
我国在20世纪出现了3个明显的洪水频发期。1930~1939年是第一个洪水频发期,1949~1963年是第二个洪水频发期,90年代以来,我国进入了第三个洪水频发期。
我国的8万余座水库在历次洪水中发挥了重要的防洪减灾作用。比如,1963年8月上旬,海河流域南系沿太行山自南向北的特大暴雨致使山区河流洪水暴涨,大清河南支水库就削减了30%~80%的洪峰,拦蓄洪水18.7亿立方米。1991年,特大洪水发生在淮河流域,在6月30~7月12日这段时间内,当淮河干流第二次洪峰进入安徽时,大暴雨连降大别山区,佛子岭、磨子潭、梅山、响洪甸四大水库上游流域平均达到了850毫米的降雨量,累计46.9亿立方米,此时,水库拦蓄了19.9亿立方米的洪水,其中,梅山为淮河干流错峰47小时,响洪甸水库为其错峰83小时。7月11日,淠河横排头在经过水库的调洪、削峰、错峰后,其洪峰流量为5600立方米/秒,最高水位为55.82米。
另外,根据粗略计算,金寨县城如果没有梅山水库,1991年抬高将近4米的水位,就会造成更为惨重的损失。1995年7月,辽河的浑河流域发生的洪水是有史料记载以来最大的一次,但是此地区的水库在这场大灾难中起到了极大的作用,如大伙房水库蓄积了16.6亿立方米的洪水,为下游削减洪峰50%,错峰12小时;清河、观音阁、柴河这三座水库,也分别为下游削峰58%、70%和73%,使沈阳、抚顺城市的安全得到了保证,避免了160亿元的直接经济损失。对于全流域性洪水来说,起显着作用的无疑就是水库群。比如,在1998年洪水期间,长江上游干流8次洪峰先后遭遇了中游洞庭湖、鄱阳湖洪水,参与拦洪、削峰的就是长江流域的700多座大中型水库,拦蓄了约340亿立方米的洪水量,其中,充分发挥削峰、拦洪作用,防洪效益和巨大社会、经济效益的有长江干流的葛洲坝,支流丹江口、隔河岩、漳河;洞庭湖水系的拓溪、凤滩、五强溪;鄱阳湖水系的柘林等大中型水库。在长江第六、七、八次洪峰洪水中,葛洲坝水利枢纽每秒为干流削峰1800~2700立方米,把沙市(今荆州沙市区)的水位降低了0.15~0.22米。在长江的8次洪峰中,隔河岩水库共拦蓄了18.8亿立方米的清江支流洪水,把沙市(今荆州沙市区)水位降低了0.03~0.34米。在长江第六次洪峰洪水中,漳河水库关闸错峰,把沙市(今荆州沙市区)的水位降低了0.08米。在三水库的联合调度下,沙市(今荆州沙市区)水位在长江第六次洪峰洪水中降低了0.49米,如果没有三水库的拦洪作用,沙市(今荆州沙市区)水位不可能仅是45.22米,而会达到45.71米。在长江第六次洪峰期间,丹江口水库洪水每秒的最大入库量达1.83立方米,下泄量达1280立方米,削减洪峰93%,拦蓄21亿立方米的洪水。如果少了水库的拦蓄,将会使下游杜家台分洪区遭受巨大的损失。长江第三次洪峰洪水期间,水库拦蓄洪水共12.8亿立方米,把城陵矶的水位降低约0.46米。1998年,江西柘林水库拦蓄两次洪峰洪水,拦蓄了19.8亿立方米的洪水,其突出贡献就是保证了京九铁路的安全,并减轻了下游防洪压力。根据初步分析,我们可以得知,在1998年洪水条件下,如果三峡水库建成,假使其调度规程是按初步设计拟定的,那么,通过三峡拦洪,荆州的水位可降低0.7米以上,武汉的水位可降低0.4米以上。
水库在调蓄洪水方面的作用是十分重要的。抗洪实践证明,对于干流来说,联合调度的水库群,使下游水位大大地降低,减少了洪量,具有十分突出的作用;对于支流来说,水库则有效地控制了局部洪水,使下游减轻或避免了洪涝灾害。但是,我们也能看出,水库防洪仍有一些不利因素存在,其主要原因就是我国江河径流在时间分配和空间分布上的不均匀性,使得水库防洪调度受到了制约。这些不利因素的主要表现在:
我国的七大江河干流中,控制性水库工程仍然比较缺乏,调蓄能力有限。我国各类水库中,可用来保坝调洪的约有1800亿立方米的库容,仅占洪水径流量的11%,而可用于保护下游防洪安全的,其防洪库容则更少了。
水库防洪调度现代化建设不先进。
目前,我国对防洪提出的要求与水库设计的洪水调度方式不能相对应。
对防汛安全构成严重威胁的老化失修水库,病、险水库增多。我们应高度重视局部的大暴雨,尤其是降在库区的暴雨。
上述因素使我国现有控制性水库工程的调节能力与欧洲、北美的发达国家差距明显,其防洪远不能满足社会和经济发展的要求。以美国来说,除了阿拉斯加和夏威夷,其全国河流约有1.7万亿立方米的年径流量,已建库容达1万亿立方米的水库,总库容占年径流总量的60%;而我国则有约2.7万亿立方米的年径流量,有8万多座水库建成,其总库容约相当于全国径流总量的1/6,约为5184亿立方米。
因此,发展水库防洪是我国治水的当务之急,如不修建控制性水库,许多大江大河将会受到洪水的严重威胁。以我国防洪工程体系总体布局为准则,在2020年以前,共106座大型水库被规划建设来承担流域防洪任务,可新增总库容量2712亿立方米的大型水库,新增大型水库库容量占已建及在建大型水库总库容量的61%;其中,防洪库容量1092亿立方米,新增大型水库防洪库容占已建及在建大型水库防洪库容的86%。如按规划实施,到了2020年,我国水库可达到8800亿立方米的总库容量,2800亿立方米的防洪库容量,水库总库容量与年径流量相比,其值可达32.5%(我国水资源紧缺的北方地区,如黄河流域、海河流域和辽河流域,该比例值高于其他流域),与美国1982年的水库总库容量与径流量比值相近。而水库防洪库容量与流域性洪水防御目标洪量相比,其值可达25.3%,与现在相比,增加了11%,控制性水库对流域洪水的控制能力也得到进一步地提高。但是,水库对洪水总量的控制能力仍有不足,要组成防洪工程体系,还必须依靠于堤防、蓄滞洪区等其他工程措施。建成规划水库后,可以联合运用已建水库,再与其他措施相配合,可以让我国七大江河重点防洪保护区的防洪标准达到流域防洪规划所规定的,而且,规划水库的建成,有着十分重要的作用,它可以提高其控制河段的防洪标准。比如,长江流域的溪洛渡水库,不但可以配合三峡水库工程把长江干流的防洪标准进一步提高,而且还能将川江河段的防洪标准提高30年,从20年一遇到50年一遇;而黄河流域的古贤水库,则可以将138亿吨的泥沙拦堵,使禹门口至潼关河道淤积量减少53.7亿吨,下游河道淤积减少77亿吨,近似于在20年内,下游河道不会大幅度淤积抬高,此外,它还能同时与三门峡和小浪底运用,使黄河干流的防洪标准进一步提高。于此同时,病险库加固处理仍要抓紧,水库防洪调度现代化建设也需加强,技术先进、可靠、实用的水库防洪调度系统也待开发,如此,其防洪与兴利作用才能更好地发挥。
上面讲述的是工程减灾措施,下面我们来看看非工程减灾措施。
非工程减灾措施是根据一定的条件,在肯定工程措施作用的前提下,通过政策、法令、经济手段、技术手段和行政管理等,最大程度地减轻洪水灾害损失。主要内容包括洪水灾害预报、紧急救助、灾害应急、监测与预警、洪水灾害保险减灾规划、减灾教育与立法等。
如何给灾难“减肥”
暴雨洪涝灾害给人类带来的损失是巨大的。并且随着气候变暖,旱涝灾害的发生有增强之势。为了防灾减灾,将损失降至最低,我们应该采取有效的手段和对策。
1.要努力提高暴雨预报以及汛
期的气候预测准确率。暴雨可以直接成灾,而持续性大暴雨或者是连续的数场暴雨更可以造成洪涝灾害。
因此,准确预报暴雨的地点、范围、强度等,以及准确预测洪涝灾害的发生,对于更好地做防汛准备工作,减轻灾害造成的损失是至关重要的。
2.加强对暴雨及暴雨洪涝灾害
的研究。要大力推进暴雨天气预报,应充分利用新一代雷达、卫星、闪电定位等监测手段,进一步完善数值天气预报系统,建立和完善以气象信息分析、加工处理为主体的气象灾害预报预警系统,加强上下游联防,全面提高气象灾害预警服务的能力和水平。
3.提高气象保障服务能力,完善灾害应急响应系统。对于大暴雨这类灾害性天气,强降水过程多从中尺度天气系统中产生。因此,为了更好地防灾减灾,一方面要大力加强对中小尺度天气系统的科学研究,提高对暴雨、大暴雨等灾害性天气的预报能力和业务监测水平;另一方面,要加快中小尺度监测基地的建设和改造,以便更好地发挥作用。在关键地区还要增设新的监测、预警基地,以适应气象服务和公众服务的需要,提高气象服务的社会和经济效益。并且,要强化信息采集处理及传递的及时性、准确性,使正确的雨情、水情和灾情能迅速被用于防汛抢险的指挥工作。
不仅如此,暴雨洪涝灾害一旦发生,发布突发气象灾害预警信号以及突发气象灾害防御指南。
4.及时进行灾害评估。灾情评估是气象灾害预警系统的重要环节,是拟定减灾、抗灾和紧急救援对策的定量依据。一方面,根据可能发生的气象灾害特征,结合灾区的经济密度、人口密度、减灾实力、预测灾害能力等综合指标,建立科学、有效、完整的评价体系,包括评价目标、评价指标、评价模式、评价结构、评价群体等内容,灾前预先估测气象灾害的损失,做出灾前评估。另一方面,根据对受灾范围、人口伤亡程度、健康状况的破坏、被毁生产和生活条件及其他经济损失和环境损失的客观统计,及时开展灾后评估。
5.加强暴雨洪涝灾害防御的工程性措施。当前防洪减灾的主要工程性措施有以下三项:首先是修筑堤防、整治河道,以保证河水能顺利向下游输送。利用防堤约束河水泛滥是防洪的基本手段之一,是一项现实而长期的防洪措施。针对目前防堤防洪标准较低的问题,要根据保证水利设施和生态环境建设的需要,按照全面规划,提高大江、大河、大湖的防洪标准,增加全流域的整体防洪能力。主要江河应达到100年一遇标准,重要城市应达到150~200年一遇标准,次要河流及支流,一般应达到50年一遇的标准。
由于气候变暖的影响,不少研究指出,许多大型水库洪水的重现期有明显缩短的趋势,因而提高防洪标准具有明显的现实意义。由于山区植被破坏严重,水土大量流失,有的河、湖、水库淤积,导致过水断面减小,行洪能力降低;而由于管理不严和有法不依等情况,我国一些河道与湖泊还存在着遭受破坏和侵占的现象。为此,应加大河道、湖泊和山林整治与管理的力度,切实保证江、河、湖的行洪能力。其次是修建水库。我国大多数河流的洪水是由一次或几次集中暴雨所形成。洪水涨落快,洪峰流量集中,利用水库调节洪水是十分有效的。水库不仅可以调蓄洪水,减小中下游地区的洪峰流量,并与下游地区的洪水错峰,也可以根据水情、雨情及下游洪水情况互相调度,蓄泻灵活。水库的可靠性强,防洪作用十分显着。如1991年淮河流域的连续大暴雨引发严重洪水,6月30~7月12日,当淮河干流第二次洪峰进入安徽时,大别山区连降大暴雨,佛子岭、梅山、磨子潭、响洪甸4大水库上游流域平均降雨量达850毫米,累计降雨量46.9亿立方米,水库拦蓄洪水19.9亿立方米,其中梅山、响洪甸水库为淮河干流错峰47小时和83小时,为防汛抗洪起到了重要的作用。针对我国水库目前还存在的一些问题,如我国的七大江河干流仍然缺乏控制性水库工程,水库的防洪调度现代化建设滞后,有的水库年久失修等,应加强水库的管理,科学合理的规划与设计新修水库,进一步提高控制性水库对流域洪水的控制能力。
要贯彻开源与节流并重的方针,既要考虑防洪排涝的需要,又要考虑蓄水抗旱的需要,把两者有机结合起来,真正变水害为水利。最后是在重点保护地区附近修建分洪区(或滞洪、蓄洪区),使超过水库、堤防防御能力的洪水有计划地向分滞洪区内输送,以保护下游地区的安全。在遭遇超过河道堤防安全泄量的超标准洪水时,为了解决平原地区河道洪水来量与泄洪能力的矛盾,分洪道和分蓄洪区是必须采取的措施。可以说,分滞洪区是各大流域防洪的最后一道防线。
我国分滞洪区的建设是结合我国江河治理,有计划的把沿江河两侧自然调节洪水的湖泊洼地,建设成有控制性可调节洪水的蓄滞洪区,这既可充分有效地发挥其分洪、削洪作用,又可提高湖泊洼地可耕地的利用率。已建的大型分滞洪区在我国的防汛抗洪中发挥了显着的效益。如荆江分洪区在1954年大洪水中先后三次开闸分洪,分洪流量6900米3/秒,分洪量122.6亿立方米,降低沙市水位0.96米,减轻了洪水对长江中游主干堤和武汉的威胁。但是,由于管理松懈、人口增长和经济发展,蓄滞洪区和天然湖泊都不同程度地被盲目围垦,侵占开发,成为农村经济的重要产业地带,这就使蓄滞洪运用、洪水调度成了很大的难题,一旦要分洪,会带来很大的经济损失和人口转移问题。因此,分蓄洪区已成为防洪工程体系中较为薄弱的环节,必须加强分蓄洪区的建设和管理,健全法律法规控制应用好分滞蓄洪区,建设良好的分蓄洪区工程体系,对分滞洪区采取梯级化建设和分级管理的模式。
6.植树造林,治理水土流失,维护生态平衡,改善生态环境。森林可涵养水分,保持土壤不遭雨水冲刷。森林减少以后,其涵养水分的功能减退,一旦大雨来临,大量雨水直下江河,造成江河水位暴涨。
并且森林减少还可造成水土流失,泥沙沿河而下,在水势趋缓之后开始淤积而抬高河床,缩小湖面,使行水、蓄水能力变差,防洪能力降低,抵御灾害的空间缩小。并且,泥沙淤积、人工围垦等,使一些湖泊的生态环境受到很大破坏,行洪和蓄洪能力大幅度减少。为此,应大力植树造林,改善江、河、湖的生态环境。保护生态环境,走可持续发展的道路,只有做到人口、资源、环境协调发展才会使灾害降低到最低的程度,形成良性循环。
7.增强暴雨洪涝灾害防御的公众意识。气象防灾减灾工作是一项长期的全民工程,各级人民政府及其有关部门要建立气象防灾减灾宣传教育长效机制,将减灾教育纳入公民义务教育体系之中,采取多种形式向社会进行广泛地宣传教育;要大力发动群众参与,增强群众防灾避灾躲灾意识,充分利用各种舆论宣传工具,突出大众化、科普化,达到统一思想,提高气象防灾减灾认识的目的。通过宣传教育,使气象灾害易发区、重发区群众,增强对气象灾害防御的意识,了解和熟悉气象灾害的成因及防御办法和措施效果,规范其行为,尽可能避免人为因素增大灾害的损失,熟悉气象灾害预警信号和各种应急处理办法,以及各类人员在气象灾害防御过程中应尽的职责,熟悉气象灾害发生时的转移路线和方案。
善待河流与洪水
自古以来,洪水就是一种合理存在于地球生态系统中的自然现象,它也是人类社会自诞生以来就有的世界性生态问题。随着经济和科技的不断发展,人类对待洪水的态度也不断发生了变化,基本上是经历了畏惧洪水-抵抗洪水-自然防洪三个阶段。其中“抵抗洪水”就是在河流上游筑坝拦截洪水、在中下游加高加固江河堤岸拦堵洪水、在河口地区疏浚河道排泄洪水,在狭长弯曲的自然河段进行人工的裁弯取直,以加快行洪的流速……如今,发达国家已经不再重视“抵抗洪水”,而是“自然防洪”。
在19世纪末时,经过激烈的辩论,美国国会通过了一项关于防洪抗洪的法案,主张采取“加固江河堤防抗洪的措施”,这项措施由密西西比河流域管理委员会负责。在修建堤坝的过程中,该委员会忽视了蓄洪、滞洪区建设,而是一味坚持“单一筑堤政策”,不仅大规模建设堤坝,使河道大渠化,而且还对自然弯曲的河道进行人工裁弯取直,这严重分割了洪水与湖泊湿地的天然联系,破坏了陆地水生态系统。最终,在1927年美国密西西比河暴发了洪水,沿江堤防决口,人民遭受严重损失。
在洪水过后,1928年,美国又制定了《防洪法》,放弃“单一筑堤政策”,要求在修复水毁堤防工程的同时,在河流上游要兴建了一批包括大型水坝、水库在内的洪水控制性工程。1993年,密西西比河又爆发了一场更大的洪水,损失更为惨重。
此时,美国开始深刻反思抗洪的指导思想,在总结经验教训的基础上,美国决定重新审视了原来的防洪抗洪政策。此后,美国政府要求在一些河段拆除堤防,恢复天然弯曲的河流,重视湖泊湿地调蓄洪水的作用,有计划地开展移民建镇,动员蓄洪、滞洪区内居民搬迁,目的是“让民众远离洪水,给洪水留出充分的空间”。
如果人类以洪水为敌,那么洪水势必对人类的报复会更为严重。
旱灾和水灾有很大的相似处,同时二者也有一定的联系。过度的抗旱会加剧旱灾程度,然而,过度的抗洪也会同样加剧旱灾威胁。这是一种十分矛盾的现象。在1998年9月,百万大军还在长江防洪大堤上抗洪的时候,湖南、湖北地区旱灾现象十分严重,抗旱被鼓动着。之所以会出现这样的现象,是因为多年来,原先具有调蓄洪水且能为江河和地下水补给水源的湖泊湿地遭到人类严重破坏,水面面积缩小,湖泊容量减少。
与此同时,我们还应该看到,由于严厉的抗洪而封杀了中小洪水的生态功能;由于连年的抗旱又加剧了河流断流、湖泊干涸、地下水位下降。2002年具有“千湖之省”
美誉的湖北省有2000多条河流断流;2003年水资源充沛的湖南省有1000多条河流断流;位于松花江之畔的哈尔滨市在5平方公里流域面积以上的132条河流中,也有127条河流断流,其余5条河流也基本断流。地下水下降的问题也很突出,全国地下水超采区多达164片,华北地区地下水超采为全国之最,地下漏斗约7万平方公里,成为世界上最大的区域性漏斗分布区。一些地区由于地下水位下降导致许多浅水井报废,水井越打越深,陷入了抗旱→地下水下降→增加用水成本→土壤干旱化→再抗旱的恶性循环。
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