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以水库群联合调度应对洪灾——访中国工程院院士王浩​

6月以来,我国多地遭遇强降雨,并引发城市内涝、山体滑坡等次生灾害。《能源评论》为此采访了中国工程院院士、中国水利水电科学研究院水资源研究所名誉所长王浩,对今年洪涝灾害的成因、特点、应对举措、防御难点,以及三峡工程的作用、能源行业应如何提升灾害防御能力等问题进行分析。

长江流域降雨近60年来最大

《能源评论》:6月以来,我国南方频发强降雨。您认为,今年长江流域发生的暴雨有何特点?

王浩:今年长江流域强降雨覆盖范围广、暴雨强度大。受上游多轮强降雨过程影响,长江流域洪水呈现洪峰高、洪量大、河流涨势迅猛、灾害点多、破坏性大等特点。

今年汛期长江中下游流域降雨量达498.5毫米,较常年同期偏多64.3%,为1961年以来历史同期最大。从降水范围看,今年强降雨集中于长江中下游及沿江区域,与2016年相比降水范围更广,但较1998年降水范围小。

《能源评论》:您认为,导致今年南方雨水形势异常的原因是什么?

王浩:总体来看,2020年南方区域性洪水(特别是长江中下游洪水)是西北太平洋副热带高压(西太副高)、高原积雪、西风带及全球气候异常等综合作用引发的结果。具体原因如下:

一是大气环流方面,西太副高强度较常年异常偏强,西伸脊点位置异常偏西;东亚大槽强度异常偏强,位置异常偏西。二是青藏高原冬季积雪异常。2019~2020年青藏高原冬季积雪覆盖面积较常年明显偏多,高原冬季积雪偏多会通过改变春夏高原的热力状况,间接导致我国长江中下游地区对流活动加强,降水偏多。三是今年南海夏季风发生较早,6月上旬副高脊线位置偏北,导致长江中下游入梅偏早。此外,由于2020年2月以来西太副高显著偏强和稳定维持,亚洲中高纬度经向环流发展、西风带短波槽活动频繁,冷空气在向长江中下游地区移动过程中偏强,导致长江中下游梅雨期降水异常偏多。四是太阳黑子相对数的谷值年,易使得地球上接收到的太阳磁力、引力和热量发生突变,且2020年与1998年相隔2个太阳黑子相对数11年的周期,基于韵律的规律也可判断易发生洪涝灾害。

《能源评论》:面对今年长江流域连续出现的洪峰,您认为防御的重点和难点是什么?

王浩:目前,长江流域堤防工程、河道疏浚和蓄滞洪区建设等已得到加强,但如何发挥水库、堤防、洲滩民垸行蓄洪作用,有效降低三峡水库水位和中下游控制站水位仍是当前防汛工作的重心。

此外,一些薄弱环节仍然不能忽视,比如长江中下游42处蓄滞洪区中,仍有9处未完成围堤加固,部分隔堤尚未建成或达标。大多数中小河流堤防标准低、防洪能力偏弱,难以抵挡超强暴雨洪水;加之前期降雨影响,部分河湖、水库已经蓄积了大量的水,当前长江流域上游强降水依然密集,很容易形成超标准洪水。

另外,防洪非工程措施仍不够完善,比如山洪灾害预警系统的运行维护还存在诸多问题,部分河流的洪水调度方案、部分地区防汛抢险应急预案等,不能适应其当前实际的防汛要求,这都是长江流域抗洪防御工作的难点。

精细化水库群联合调度显效果

《能源评论》:公众对三峡水电站等一系列水利水电工程的作用一直非常关注,您如何评价?

王浩:构建防洪排涝体系可概括为“上拦、中蓄、下泄”等途径。

入汛以来,长江水利委员会在调减出库流量的基础上,从7月9日开始连续下发5道调度令,逐步减少三峡水库出库流量。出库流量从7月7日开始连续下降,从3.5万立方米/秒一直减少到7月12日的1.9万立方米/秒,将更多的洪水拦在了库区。截至7月12日晚,三峡水库共拦蓄近30亿立方米洪水,相当于减少210多个西湖下泄水量,保障了城陵矶不高于34.4米保证水位,对减轻下游防洪压力提供了有力保障。

在过去的一段时间,为抗击7月2日10时长江2020年第1号洪水(5万立方米/秒),长江水利委员会将三峡水库下泄量控制在每秒3.5万立方米,同时加大了向家坝水库、溪洛渡和金沙江中游梯级水库的拦蓄能力,上游梯级水库群均不同程度拦蓄了一定量的洪水(三峡工程有效拦蓄削减洪峰,削峰率达到了34%),极大减轻了长江中下游防洪压力。然而由于水位普遍上涨,部分水库甚至处于超汛限运行状态,7月17日10时长江2020年第2号洪水(5万立方米/秒)在长江上游形成。

科学、精细化实施水库群联合调度,是汛期防洪最为关键的有效措施。今年,包括三峡水库在内,长江流域101座水利水电工程被纳入联合调度体系范围,这将有效守住长江流域风险点,充分发挥拦蓄及削、错峰的作用。 

目前,长江上中游水库还剩近211亿立方米防洪库容,通过上中游水库群联合调度后,中下游仍有325亿立方米超额洪量需运用其他工程措施合理调节。总体来看,长江流域防洪风险处于可控状态。

《能源评论》:全流域的水利水电工程联合调度确实功不可没,但前些年也有人质疑云、贵、川三省多年来持续大规模开发水电给西南地区带来大旱。您怎么评价?

王浩:西南地区的水电工程开发和西南大旱没有直接关系。

西南地区的水电开发主要集中在大江大河上,大的工程对增加供水、提供抗旱的补充水源是有好处的。西南地区大旱有两个原因,首先是自然状况,从60年情况组成的旱情图上可以看到,中国有两个大的旱区,一个是黄淮海地区,包括河北、河南、山东、山西、江苏北部、安徽西部;另一个就是西南地区,包括云、贵、川三省,从气候、气象学上来看,这里都是旱灾高发区。其次,抗旱用的小塘坝、小坑塘等水利基础设施数量不足,也成为抗旱的掣肘。

《能源评论》:8月中旬,西南地区如成都等地发生了五十年一遇洪峰。从当前形势来看,应采取哪些防范措施?未来我国北方地区是否会面临洪灾威胁?

王浩:就当前情势,下一步要采取如下举措:一方面要加强长江流域雨、水情滚动预报次数,为调度决策提供前期保障;另一方面,需统筹长江上下游防洪情势,加强长江中下游堤防防守和长江上游水库群科学优化调度,为长江中下游防洪减灾提供重要安全保障。

近期,西南地区至长江中下游等地累计雨量大、强降雨区域叠加,防汛工作形势更加严峻。要加强水文监测、预报和预警工作,增强防洪救灾的灵活性;加强重点水库、堤防的巡查巡视,不留死角;提前做好各类调度方案和应急预案,以应对各种突发情况。

结合多家预测结论,黄淮地区在“七下八上”的防汛关键时期,天气系统存在较大的不确定性,且目前季风强度偏弱,雨带北抬的进程还有待观察,因此防汛工作仍然不可掉以轻心。

以海绵城市理念应对城市内涝

《能源评论》:伴随着暴雨的发生,全国多个城市再次发生“看海”的情况。您认为,城市内涝是如何形成的?

王浩:在城市发展层面,我国城镇化的高速发展带来城市建成区迅速扩大。城市的发展在带来经济社会群聚红利的同时,也造成水循环过程的畸变和区域性气候演变,给生态环境带来巨大压力,各类水问题日益凸显。

在气候降雨层面,近50年来,全国最大雨量增减不明显,但短时暴雨强度、极端降水日数增加,尤其是在城市及周边地区,“雨岛效应”更加明显。城市“雨岛效应”和下垫面产生汇流过程畸变导致内涝现象频发。

在建设理念层面,由于传统的城市建设理念偏重于经济和社会功能,强调“坚固耐用、经济美观”,对生态环境和水源涵养功能的考虑不足,特别是对城市化的水文效应认识不足,因此造成一系列水、生态、环境问题。例如马路和停车场等采用硬化方式,避免雨天带来的泥泞问题;城市河道采用渠化方式,人为增加排水流速,缩减河道断面,节省两岸土地;对城市河湖进行围填侵占、增加建设用地等。

住建部前些年对351个城市的内涝情况调研显示,有213个城市发生过不同程度的积水内涝,占调查城市的62%,其中北京、上海、广州、重庆、南京、杭州、武汉、西安等都出现过严重的内涝灾害。

《能源评论》:在城市规划建设过程中,应如何未雨绸缪考虑应对内涝问题?

王浩:海绵城市是指能够像海绵一样吸水的城市:在城市的地表,有更多绿地、雨水花园、自然河道和湖泊替代水泥路面和混凝土河道;在城市的地下,有现代化的排水系统纵横交错、井然有序,为城市带来清新的空气和洁净的河流。

海绵城市建设的根本目标是,尽量减少社会水循环对自然水循环的冲击:一方面,在水量上不要从自然水循环剥夺太多;另一方面,在水质上,尽量减排污水。要维持二元水循环的平衡,将水的生态、经济功能发挥到极致,实现节水、治污、再生利用一体化发展。

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