淺談洪澇災害精準防控

萬海斌，羅 鵬

（1.水利部水旱災害防御司，100053，北京；2.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，100120，北京）

2021年河南“7·20”特大暴雨造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，引起社會輿論的廣泛關注和議論，特別是地鐵5號線沒有及時停運和京廣路隧道沒有及時管制造成人員傷亡更是成為輿論焦點。地鐵和隧道被淹事件折射出洪澇災害預報預警還不夠精準，防控工作還存在不少短板，特別是與人民至上、生命至上的執(zhí)政理念相比還存在巨大差距等問題，必須在洪澇災害精準防控上下功夫，開展成災機理研究，建立健全計算模型，動態(tài)研判成災風險，完善預警手段，提前采取行動，避免時空重合，真正做到從災后救助向災前預防轉變。

一、洪澇災害成災前提條件及避免成災路徑

承災體成災的前提是致災力大于抗災力且致災體和承災體在時空上重合。即：

F致＞F抗且S致災體（x1，y1，z1，t1）=S承災體（x2，y2，z2，t2）上式中，F(xiàn)致為致災力，F(xiàn)抗為抗災力，S致災體（x1，y1，z1，t1）為致災體時空屬性，S承災體（x2，y2，z2，t2）為承災體時空屬性。

對洪澇災害而言，致災體主要是洪水，其致災力主要由水深、流速、渾濁度等要素決定。而承災體則種類繁多，人群、動植物、房屋建筑、水利工程、交通設施、耕地等，只要可能暴露在致災體影響范圍內(nèi)的物體都是承災體，其抗災力影響因素十分繁多，計算方法也各不相同，計算難度極大，受現(xiàn)有科技水平限制和客觀條件制約，往往難以得出準確結果，這給致災力和抗災力對比帶來極大困難。

從技術層面看，避免成災有以下幾種路徑：

①承災力大于致災力，可以通過提升承災力或降低致災力實現(xiàn)。

②空間上不重合，即（x1，y1，z1）與（x2，y2，z2）至少有一組不相等。

③時間上不重合，即t1≠t2。

就洪澇災害防御而言，避免成災主要有以下幾種措施：

①水庫攔蓄。降低下游地區(qū)洪水水深、流速、浸泡時間等，也即降低洪水致災力。

②堤防擋水。避免洪水進入防洪保護區(qū)，即防止致災體與承災體在時空上重合。

③人員轉移。讓承災體提前離開致災體影響范圍，即防止致災體與承災體在時空上重合。

④蓄滯洪區(qū)應用。降低下游地區(qū)洪水水深、流速、浸泡時間等，也即降低洪水致災力。

⑤工程搶險。在短時間內(nèi)快速提升承災體抗災力。

⑥除險加固。提前通過工程手段提升承災體抗災力至設計標準。

⑦聯(lián)合運用。通過聯(lián)合運用水庫調度、人員轉移、工程搶險和蓄滯洪區(qū)運用等多種手段，達到防災減災目的。

由此可見，在工作層面上主要可通過三種手段達到洪澇災害防御的目的，即降低致災體致災力、提升承災體抗災力、避免致災體與承災體時空重合，實際工作中可以單獨運用或聯(lián)合運用。

二、致災力抗災力計算

1.致災力計算

以洪水為例，其致災力與水深、流速、淹沒時長等因素有關，山洪還與渾濁度有關。

式中，F(xiàn)致代表致災體致災力，h、v、t分別代表水深、流速、淹沒時長。

2.抗災力計算

以堤壩為例，抗災力與材質、斷面、缺陷、設計標準、工程質量等因素有關。

式中，F(xiàn)抗代表承災體抗災力，m、s1、d、s2、q分別代表堤壩材質、斷面、缺陷、設計標準、工程質量。

我國防洪工程體系建設歷史悠久，大量堤壩建于20世紀70—80年代甚至更為久遠，建造材質無法確定，加之缺陷具體位置大小以及工程質量難以確定，多種材質、缺陷以及工程質量在抗災方面的機理尚不清晰，在具體計算中難以量化，往往難以對堤壩抗災力進行準確計算。

以人體為例，其抗災力與身高、體重、年齡、身體狀況等有關。

式中，F(xiàn)人體抗代表人體抗災力，h、w、y、b分別代表人體身高、體重、年齡、身體狀況，其中身高與身體狀況尤以關鍵。

三、致災體承災體位置確定

1.致災體位置確定

對于洪澇災害來說，降雨產(chǎn)生洪水，降雨預報的準確性決定了洪水的準確性，而降雨預報不確定性較大，導致洪水位置具有不確定性，即致災體的（x，y，z，t）具有不確定性，從而給研判是否成災造成極大困難。我國目前大江大河洪水預報準確性較高，但城市內(nèi)澇預報和中小河流洪水預報依然是短板。2021年河南鄭州“7·20”特大暴雨中就暴露出城市內(nèi)澇和中小河流洪水預見期及預報精度不足的問題。

2.人體位置的確定

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，交通工具日益發(fā)達、人類活動范圍不斷擴大、個體移動速度越來越快，采用傳統(tǒng)手段確定個體位置越來越難，從而給災害預警和組織人員轉移帶來極大挑戰(zhàn)，尤其汽車成為基本交通工具，確保每個人都能及時收到預警并組織轉移更是難上加難。

3.工程設施位置確定

相對人類個體來說，水利工程、交通設施等承災體的位置基本固定，短時間內(nèi)不會發(fā)生變化。

四、洪澇災害防御主要措施建議

1.防止致災體與承災體時空重合

①超前規(guī)避。做好國土利用規(guī)劃，避免在洪泛區(qū)開發(fā)建設。要改變以前各自為政搞規(guī)劃的做法，統(tǒng)一開展國土空間規(guī)劃。國土規(guī)劃必須納入防洪規(guī)劃內(nèi)容，避免在易洪區(qū)、易澇區(qū)布置重大工程項目，不能搞房地產(chǎn)開發(fā)，尤其不得占用河道、湖泊、濕地大肆開發(fā)。從歷次洪澇災害情況看，占用河道、湖泊、濕地等洪水調蓄區(qū)甚至通道的現(xiàn)象都不同程度存在。比如武漢在1987—2013年湖泊面積減少近1/3，曾經(jīng)的“一江兩岸”城市規(guī)劃很多都占用了江河另一岸進行開發(fā)建設，而這些地方往往是超標準洪水宣泄通道。

②提前轉移。當預報將發(fā)生洪澇并可能威脅承災體安全時，組織群眾和可移動重要設施設備有序轉移，避免與致災體在時空上的重合，是避免人員傷亡的有效手段。但不少干部群眾受知識、經(jīng)驗、認知上的局限，使得不愿轉移、轉移不堅決、轉移后返回等事件時有發(fā)生，往往造成重大人員傷亡。鄭州“7·20”特大暴雨中許多鎮(zhèn)村實際轉移人數(shù)遠遠少于預案規(guī)定人數(shù)，加之轉移后管制不到位，不少群眾轉移后返回，造成人員傷亡甚至是出現(xiàn)群死群傷事件，教訓極為深刻。

③緊急轉移。是指生命個體面臨危險所采取的措施，時間更為緊迫，轉移難度更大，尤其是在水流湍急的中小河流，只有重型車輛才能將被困人員轉移出來。

④停產(chǎn)停課。當預報洪澇來臨時及時停產(chǎn)停課、非必要不出門，可有效減少洪澇威脅區(qū)人員密度，從而避免人水時空重合，同時也可以降低人流應急管理難度，節(jié)約應急管理資源。

⑤交通管制。在河南“7·20”特大暴雨洪水中，如果能及時停運地鐵、封閉隧道，就可以避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。所以及時進行交通管制，是新形勢下減少人員傷亡和財產(chǎn)損失的有效手段。

⑥地下空間管理。除地鐵、隧道等外，地下車庫、地下室等進水也會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，或者造成停水停電等事件，不僅影響群眾正常生活，而且影響搶險救災甚至加劇災害發(fā)展。很多地下空間受淹后停電導致通信中斷，致使信息指令上傳下達嚴重受阻。在河南“7·20”特大暴雨洪水中，鄭州某小區(qū)由于地下室進水電梯停運，導致20層高的樓房停水停電10余天，給群眾日常生活帶來極大不便。

2.提升抗災力

①工程加固。盡管1998年以后我國開展了大規(guī)模的堤防加高加固、水庫大壩除險加固，但仍有大量堤防未達標，13 000多座水庫為病險庫，汛期出險甚至垮壩決口事件時有發(fā)生。因此必須進一步加大資金投入，盡快完成江河堤防水庫大壩達標建設，確保所有防洪工程達到設計防洪標準，把防洪工程的抗災力提升到設計指標，確保遇標準內(nèi)洪水不出險不出事。

②險情搶護。汛期出險導致防洪工程抗災力下降，如鄭州常莊水庫大壩在“7·20”洪水中出現(xiàn)多處管涌，危及大壩安全，大壩抗災力下降，不僅不能有效發(fā)揮攔蓄洪水作用，而且一旦垮壩將給下游地區(qū)帶來極大防洪壓力，甚至造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。堤防出險導致抗災力下降更為普遍，出險潰決直接影響防護區(qū)群眾生命財產(chǎn)安全。因此，必須及時組織人力物力搶險，如消除險情、加筑子堤等，在短時間內(nèi)提高堤壩抗災力，達到或超過出險前的標準，恢復防洪功能。

3.降低致災力

①水庫攔蓄。通過上游水庫攔蓄洪水，有效降低下游地區(qū)洪水位，減輕洪水對下游堤防的致災力。2021年，通過調度嫩江上游尼爾基水庫，共攔蓄洪水50.32億m3，在應對嫩江3次編號洪水調度中，最大削峰率分別達61.6%、100%和39.5%，降低下游河道水位最大達1.27 m。特別是7月18日嫩江支流諾敏河發(fā)生潰壩洪水時，尼爾基水庫持續(xù)27 h零出流，為諾敏河洪水錯峰，有效保障了嫩江干流堤防及諾敏河堤防防洪安全。河南“7·20”洪水期間，位于鄭州滎陽市境內(nèi)的丁店水庫，將上游近3 000萬m3洪水悉數(shù)攔蓄，極大降低了下游賈魯河的洪水致災力。

②運用蓄滯洪區(qū)。當水庫攔蓄依然無法把洪水致災力降低至堤防抗災力以下時，就必須啟用蓄滯洪區(qū)調蓄洪水，以保證調蓄后的洪水安全下泄，不至于對下游堤防造成破壞。2020年，淮河王家壩以上地區(qū)發(fā)生強降雨，水位急劇上漲，通過運用蒙洼等8個行蓄洪區(qū)，調蓄洪水20.5億m3，降低下游河道水位0.2～0.4 m，將下游地區(qū)洪水致災力降至堤防抗災力以下。

③非常規(guī)措施。水庫出險后，大壩抗災力急劇下降，在抓緊險情搶護提高大壩抗災力的同時，必須通過啟用非常溢洪道、開挖溢洪道高程、抽水等措施，盡快降低庫內(nèi)水位以降低致災力至大壩抗災力之下。如2021年6月26日，江西福山源水庫出現(xiàn)漏水險情后，立即采用開挖溢洪道加大泄流量、水泵抽水、全開發(fā)電涵洞等措施降低水庫水位，從而起到降低水庫蓄水致災力的作用。

4.分析研判

①降雨預報。降雨范圍、強度、時間對洪水預報極為重要，制約了洪水預報的預見期和精度，而目前降雨預報尚無法做到定時定點定量，特別是中小河流，由于降雨預報精度不高、預見期短，難以提前發(fā)出預警或預警時間太短，轉移難度大。因此，要采用雷達測雨及人工智能等現(xiàn)代信息技術，進一步提高降雨預報水平。

②洪水預報。目前大江大河洪水預報已經(jīng)達到較高水平，但城市洪澇預報、中小河流洪水預報依然水平較低，難以滿足洪澇災害精準管控要求，需要加大力氣解決問題、補齊短板。

③致災力計算。包括暴雨、臺風、洪澇等致災力準確計算，尤其是運行軌跡計算，更是精準防控的關鍵所在。需要加大創(chuàng)新力度，建立完善計算理論、模型，形成技術標準體系，盡量減少不確定性。

④抗災力計算。主要是防洪工程、人體、重要工程設施等主要承災體的抗災力分析計算，防洪工程包括水庫大壩、江河堤防、泵站閘門等，重要工程設施包括交通干線、重要企業(yè)工廠、國防設施等。面對復雜多樣的承災體，尤其是出險后的防洪工程，其抗災力計算基礎理論薄弱、計算模型缺乏，精準計算難度極大，需要下大力氣盡快予以解決。

5.防洪調度

①水庫防洪調度。充分利用水庫攔蓄洪水、削峰錯峰，降低下游河道水位是降低洪水致災力的重要手段和首選，既要最大限度降低下游水位，又要確保大壩自身安全，調度難度極大。如何科學調度水庫，最大限度發(fā)揮水庫防洪減災效益是世界性難題。單一水庫調度不論是理論還是技術標準都比較完善與規(guī)范，也在歷年的洪澇災害防御中發(fā)揮了重要作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年全國大型水庫共攔蓄洪水1 300多億m3，個別水庫最大削峰率達100%。

②蓄滯洪區(qū)運用。我國共有國家級蓄滯洪區(qū)98個，總容量達1 057億m3，是防洪減災工程體系的重要組成部分。其中長江、海河流域蓄滯洪區(qū)數(shù)量最多，分別為44個和28個，而淮河流域蓄滯洪區(qū)運用最為頻繁。

③聯(lián)合調度。水庫、堤防、蓄滯洪區(qū)是洪澇災害防御“三大件”，通過與洪水預報成果聯(lián)合調度，可以最大限度發(fā)揮防洪工程防洪效益。水利部長江水利委員會對此進行了有益探索，取得了較為明顯的經(jīng)濟社會效益，為在其他流域推廣應用奠定了基礎，形成了可復制的經(jīng)驗和建設模式。

五、精準防控典型案例

1.堤防決口封堵（提高抗災力）

1998年汛期，長江流域先后發(fā)生8次強降雨，歷時近百天，由于缺乏超大型水庫攔蓄，長江中下游堤防水位全線超警，許多江段超保，險情頻發(fā)多發(fā)。1998年8月7日13時10分，長江干堤九江城防段出現(xiàn)重大漏洞險情，14時30分左右，大堤突然塌陷導致堤防決口，決口寬度近40 m，流量300多m3/s，堤防抗災力幾乎為零。如不盡快封堵，將導致九江市區(qū)進水受淹，出現(xiàn)重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，甚至發(fā)生長江改道重大事件，決口封堵刻不容緩。時任國務院總理朱镕基、副總理溫家寶先后趕赴九江指導堵口工作。累計調動2.4萬名官兵，消耗沉船10艘、土石方112萬m3、糧食2 700 t、鋼材80 t、土工布8 400 m2，動用船只263艘、車輛200輛、大型機械設備25臺，采用鋼木土石壩等堵口技術，奮戰(zhàn)5晝夜，堵口成功合龍，歷經(jīng)13天完成全部堵口復堤任務，將堤防抗災力提升到足以抵御洪水致災力的水平，創(chuàng)造了大江大河堵口搶險史上的奇跡。

2.水庫險情搶護（提高抗災力）

兩岔河水庫位于長江流域沅江水系舞陽河上游，貴州黃平縣境內(nèi)，總庫容6 320萬m3，主壩為鋼筋混凝土面板砂礫石壩，最大壩高43 m，有5座副壩，均為黏土斜墻風化料壩。2014年7月17日23時，水庫巡查人員發(fā)現(xiàn)水庫3號副壩出現(xiàn)裂縫（斜縱縫），并引發(fā)壩體整體下挫，最大下挫接近70 cm，防浪墻垂直錯位20多cm，水平錯位10多cm，經(jīng)分析，3號副壩出險后抗災力急劇下降，存在潰壩危險。有關部門在分析出險原因后果斷采取遠程取砂石做反濾層、背面利用就近的黏土將壩體培厚、阻止滑坡體繼續(xù)下滑等措施恢復3號副壩抗災力，同時打開泄洪洞,加大水庫泄流，通過降低庫水位達到降低致災力的目的，最終險情得到有效控制。

3.緊急轉移（避免時空重合）

2021年四川省涼山州前后遭遇10余輪強降雨，有關部門強化預報，及時發(fā)出預警，果斷組織受威脅地區(qū)群眾轉移17余萬人次，成功避讓山洪災害40起，避免近1 000人因災傷亡，其中木里縣7月5日在按照預警要求轉移251戶1 042人3分鐘后，項腳溝流域7條支溝相繼暴發(fā)山洪泥石流，提前轉移避免了人員和山洪泥石流的時空重合，未造成人員傷亡。

4.防洪調度（降低致災力）

在應對2021年秋汛過程中，水利部門聯(lián)合調度丹江口和石泉、安康、潘口、黃龍灘、鴨河口等干支流控制型水庫攔洪削峰錯峰，結合南水北調供水調度，累計攔洪總量達145億m3，有效降低漢江中下游干流洪峰水位1.5~3.5 m，縮短超警天數(shù)8~14 d，有效減輕了中下游防洪壓力，避免了丹江口下游河道超保和杜家臺蓄滯洪區(qū)分洪運用。

六、結 語

洪水等致災體致災力和防洪工程等承災體抗災力計算、運動軌跡確定及兩者時空重合度分析研判是洪澇災害精準防控的關鍵，目前在我國乃至國際上都屬于起步階段，從降雨預報到洪水預報，從致災力計算到運動軌跡確定，從抗災力計算到時空重合分析，理論、模型、規(guī)范、標準等都存在許多需要逐步攻克的難題，需要十幾年乃至幾十年的不懈努力。