洞庭湖流域特大洪水災(zāi)害研究綜述

羅 文 勝

（湖南省岳陽市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 岳陽 414000）

0 引 言

2021年聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）《氣候變化2021：自然科學(xué)基礎(chǔ)（Climate Change 2021： the Physical Science Basis）》及其決策者摘要（Summary for policymakers，SPM）獲得通過，并于8月9日正式發(fā)布。報(bào)告警示，人類活動(dòng)正在影響氣候環(huán)境變化，從而引起全球范圍內(nèi)極端天氣時(shí)有發(fā)生，其頻度、烈度和強(qiáng)度不斷上升，給自然生態(tài)系統(tǒng)及人類社會(huì)造成災(zāi)難性后果，世界各地看似不可能遭遇的極端災(zāi)害頻繁發(fā)生?！?·20”河南鄭州遭遇千年一遇暴雨，鄭州城區(qū)24 h 降雨量高達(dá)657 mm，持平該地全年平均降雨量，就是發(fā)生在眼前的例證。研究表明，東亞地區(qū)季風(fēng)作用在減弱而熱帶氣旋作用在增強(qiáng)，極端氣候趨勢(shì)將更加明顯，洞庭湖流域特大洪水發(fā)生的可能性在增加，例如2017年6、7月湖南遭遇了極端降雨過程，是近年來范圍最廣、歷時(shí)最長(zhǎng)、強(qiáng)度最大的。洪水組合惡劣，多個(gè)站點(diǎn)超歷史。湘江干流全線超保證水位，洞庭湖最大入出流量均為解放以來最大值。歷史上長(zhǎng)江流域大洪水時(shí)有發(fā)生，特別是當(dāng)長(zhǎng)江上游洪水與洞庭湖洪水遭遇時(shí)，往往形成影響特別嚴(yán)重的災(zāi)害性洪水。所以有必要討論研究1954年長(zhǎng)江典型洪水與2017年洞庭湖典型洪水遭遇可能造成的災(zāi)害，探討洞庭湖超標(biāo)洪水防御預(yù)案，為洞庭湖的水利建設(shè)和防災(zāi)減災(zāi)提供參考。本文基于過去的研究成果，首先討論分析長(zhǎng)江和洞庭湖洪水遭遇的特點(diǎn)及遭遇時(shí)最不利的情況，其次分析在現(xiàn)有防洪體系下能否應(yīng)對(duì)此種罕見洪水，最后從政策層面討論新時(shí)期防災(zāi)減災(zāi)的策略。

1 洞庭湖流域洪水特點(diǎn)及災(zāi)害研究進(jìn)展

研究洪水遭遇問題，大致可分三類方法：其一是從水文角度出發(fā)研究區(qū)域歷年洪水資料，該方法是通過統(tǒng)計(jì)分析已發(fā)生的洪水，歸納洪水的特征及遭遇規(guī)律；戴明龍等［1］采用水文統(tǒng)計(jì)方法，從長(zhǎng)江上游與洞庭湖不同量級(jí)的洪水遭遇資料入手，重點(diǎn)研究了遭遇時(shí)間、頻次、洪峰、洪量的程度等規(guī)律。徐衛(wèi)紅等［2］歸納分析洪水遭遇的次數(shù)、頻率及多時(shí)段洪量組成、洪峰流量組成等洪水資料，揭示了洞庭湖流域洪峰、洪量遭遇規(guī)律。其二洪水遭遇是一個(gè)典型的多變量頻率組合問題，對(duì)遭遇特點(diǎn)及頻率可采用多變量分析方法進(jìn)行研究。張超等［3］采用Archimedean Copula，建立了基于宜昌和城陵磯水文站洪水實(shí)測(cè)資料的長(zhǎng)江上游與洞庭湖洪水遭遇風(fēng)險(xiǎn)模型。仇紅亞［4］等引入橢圓 Copula，分別建立洞庭湖流域多源洪水發(fā)生時(shí)間、時(shí)間-量級(jí)和過程遭遇模型，推求多情景下多源洪水遭遇概率，全面揭示了流域洪水發(fā)生時(shí)間、量級(jí)和過程的遭遇規(guī)律。其三利用水文、氣象資料從天氣學(xué)角度研究洪水遭遇規(guī)律。張萍萍［5］等從大尺度環(huán)流背景、天氣系統(tǒng)特征以及物理量場(chǎng)特征3個(gè)角度出發(fā)，分析了1981-2012年共30 次長(zhǎng)江上游洪水與洞庭湖洪水遭遇過程，總結(jié)出3個(gè)不同關(guān)鍵期內(nèi)消落期、汛期、蓄水期發(fā)生洪水遭遇的不同氣候特征。田剛［6］等利用水雨情數(shù)據(jù)和NCEP∕NCAR 再分析資料，針對(duì)三峽水庫調(diào)度的不同關(guān)鍵期，分析了1981-2012年長(zhǎng)江上游、洞庭湖流域的洪水、降雨及天氣特征，比較了長(zhǎng)江上游大洪水形成時(shí)，造成上游、洞庭湖遭遇洪水的天氣特征異同。結(jié)果表明：汛期需防范上游大洪水和洞庭湖洪水遭遇，東部長(zhǎng)江中下游副熱帶高壓進(jìn)退是否明顯，中低層洞庭湖是否有明顯的反氣旋性系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)頂托是長(zhǎng)江上游、洞庭湖洪水是否遭遇的關(guān)鍵。

根據(jù)過往研究［1-7］可知，宜昌站長(zhǎng)江洪水過程主要集中出現(xiàn)于5月中旬到9月下旬，其中6月中旬洪水分布極少。城陵磯站洞庭湖洪水大致分布于5月上旬至11月上旬，主要在6月中旬到8月上旬。一般年份，互相錯(cuò)開的長(zhǎng)江干流與洞庭湖水系洪峰，不會(huì)形成特大洪災(zāi)。但若氣象異常，干流洪水提前或洞庭湖洪水延后，干流洪水與洞庭湖洪水遭遇概率提高，就會(huì)形成特大洪水。在洞庭湖水系出現(xiàn)異端天氣的年份則可能發(fā)生極端暴雨形成區(qū)域性大洪水。特別是汛期，長(zhǎng)江上游宜昌站超過40 000 m3∕s 以上洪水時(shí)有發(fā)生，洞庭湖也常出現(xiàn)超過20 000 m3∕s以上的洪水，遭遇過程最大可達(dá)68 200 m3∕s，在現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)年份中有超35%年份發(fā)生過洪水遭遇，遭遇過程一年最多可出現(xiàn)7次。平均3年就會(huì)出現(xiàn)洪水遭遇的情形且洪量大、次數(shù)多。

本文重點(diǎn)關(guān)注洞庭湖流域的特大洪水災(zāi)害問題，所以對(duì)洞庭湖控制站城陵磯1952-2020年間發(fā)生的洪水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示。在69年的資料系列中，洞庭湖大水年有19次；水位超警時(shí)間大于11 d的有8年，如表2所示。

表1 洞庭湖大水年城陵磯站水位及流量統(tǒng)計(jì)m3∕sTab.1 Statistics of water levels and flow discharges in flood years at Chenglingji hydrologic station of Dongting Lake

表2 洞庭湖大水年城陵磯站水位超警時(shí)間統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of duration for water levels exceeding the warning stage in flood years at Chenglingjin hydrologic station of dongting lake

若長(zhǎng)江干流洪水與洞庭湖洪水錯(cuò)峰，即使洞庭湖發(fā)生超額洪水，城陵磯站超警時(shí)間也不會(huì)太長(zhǎng)，例如2017年洞庭湖流域雖發(fā)生了超過1954年的超額洪水，但超警時(shí)間也只有11 天；如果出現(xiàn)長(zhǎng)江干流特大洪水與洞庭湖洪水遭遇時(shí)，城陵磯站水位超警時(shí)間將持續(xù)兩個(gè)多月，1954年、1998年及2020年發(fā)生的洪水即為此類。由此可見，如果2017年洞庭湖洪水與長(zhǎng)江干流1954年特大洪水遭遇時(shí)，對(duì)洞庭湖流域的防洪極為不利。

根據(jù)王莉萍等［8］的研究可知長(zhǎng)江中下游極端降水過程為7年一遇，流域出現(xiàn)極端降水過程的月份在6-7月，峰值出現(xiàn)在6月。姜彤等［9］的研究表明，在全球變暖的趨勢(shì)影響下，21世紀(jì)長(zhǎng)江流域地區(qū)的增溫可能達(dá)到2.7 ℃，導(dǎo)致降水可能增加10%，徑流可能增加37%。長(zhǎng)江流域發(fā)生千年、百年和20年一遇洪水的可能性增大，對(duì)應(yīng)的年份為1870年、1954年和1998年，甚至超過上述頻率的特大洪水也可能發(fā)生。

陳桂亞［10］對(duì)1951-2016年66年長(zhǎng)系列洞庭湖四水合成流量特性進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

（1）進(jìn)入5月份合成流量快速上漲；6月底合成流量大多大于12 500 m3∕s，之后快速消退。

（2）7月25日之后合成流量大多消退到7 000 m3∕s之下。但峰值也出現(xiàn)在這一期間，除1954年，1998年外，以1952年的30 900 m3∕s 為最大；此外，還有14 a 的合成流量峰值超過20 000 m3∕s。

（3）8月1日之后，合成流量大于20 000 m3∕s的年份有12 a，大于15 000 m3∕s的年份有21 a。過程洪量扣除對(duì)應(yīng)的出湖水量后最大約70 億m3（2002年），一般在50 億m3以下。

匡燕鵡等［11］對(duì)比研究了洞庭湖典型大洪水，其中1954年湘、資、沅、澧及長(zhǎng)江干流連續(xù)發(fā)生較大洪水，三口洪水占比較大，達(dá)到36.5%，但洪峰不明顯，且洞庭湖區(qū)間與四水洪峰相遇稍有錯(cuò)位。20世紀(jì)以來僅次于1954年的典型大洪水1998年的長(zhǎng)江洪水，與四水、湖區(qū)洪水遭遇，造成了城陵磯站連續(xù)5 次洪峰，最大洪峰水位35.94 m，創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄。但入湖洪峰最大時(shí)四水與洞庭湖區(qū)間洪峰錯(cuò)位，三口來水量占20.5%。2017年因暴雨帶在洞庭湖周邊來回移動(dòng)，區(qū)間產(chǎn)流比較集中，四水洪峰的入湖時(shí)間更為接近，四水合成洪峰流量達(dá)到51 400 m3∕s，且與洞庭湖區(qū)間洪水重疊。最大洪峰流量達(dá)到21 600 m3∕s，而三口來水量?jī)H為6.1%。受湘、資、沅三水及洞庭湖區(qū)間來水的共同影響，入湖組合洪峰達(dá)到75 500 m3∕s，是洞庭湖歷年來的最大洪水過程。7月4日城陵磯站出湖洪峰達(dá)到49 400 m3∕s，為1954年以來最大出湖流量。如果該洪水與1954年長(zhǎng)江洪水遭遇，三口來水占比達(dá)到1998年的20.5%，或者接近1954年極端情況的36.5%，將會(huì)造成洞庭湖流域嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

綜上所述，洪水遭遇規(guī)律和氣候變化趨勢(shì)都預(yù)示著洞庭湖流域有發(fā)生超過1954年洪水的可能，如果發(fā)生1954年或1998年特大長(zhǎng)江洪水與2017年洞庭湖區(qū)洪水遭遇的情況，可能造成非常大的災(zāi)害，有必要未雨綢繆，研究超額洪水的危害，并在現(xiàn)有防洪體系條件下尋找防災(zāi)減災(zāi)的對(duì)策。

2 現(xiàn)有洪水災(zāi)害防御體系

長(zhǎng)江防洪的基本原則是“蓄泄兼籌，以泄為主”，“江湖兩利，左右岸兼顧，上中下游協(xié)調(diào)”。防洪體系包括工程和非工程措施兩部分，工程措施主要由堤防、水庫和蓄滯洪區(qū)組成，輔以河道整治。防洪調(diào)控的基本方式為：①以堤防行洪為基礎(chǔ)，發(fā)揮河湖槽蓄作用；②以山區(qū)控制性水庫為主要調(diào)控手段，使洪峰在人口較少的山丘區(qū)調(diào)蓄，緩解人口密集的中下游平原區(qū)防洪壓力；③遇超額洪水來臨，耗盡水庫蓄洪能力，堤防保證水位接近或達(dá)到時(shí)，啟用中下游蓄滯洪區(qū)，接納超量洪水，保障重點(diǎn)地區(qū)和水庫的安全。非工程措施包括［12］防洪保護(hù)區(qū)土地利用的規(guī)范化、預(yù)警預(yù)報(bào)的洪水監(jiān)測(cè)、避險(xiǎn)搶險(xiǎn)和災(zāi)后重建等技術(shù)及相應(yīng)的制度。

長(zhǎng)江中游與洞庭湖流域的防洪，主要通過堤防、分蓄洪區(qū)和上中游水庫群三大體系來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有洞庭湖流域總體防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，發(fā)生常遇洪水時(shí)，洞庭湖流域和主要支流雖可安全度汛。但畢竟堤防防洪能力有限，不可能抵御大洪峰和超標(biāo)洪量。

所以防御特大洪水必須結(jié)合配套的分蓄洪區(qū)共同來完成。目前，三峽大壩建成后，城陵磯至武漢河段行洪能力為60 000 m3∕s。以1954年大洪水為例，按城陵磯調(diào)度，城陵磯附近需要218 億m3的蓄滯洪區(qū)，而現(xiàn)有國家要求盡快建設(shè)的配套分蓄洪區(qū)只有100 億m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足特大洪水遭遇時(shí)洞庭湖區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)要求。

而水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度也是防御特大洪水必不可少的。長(zhǎng)江流域在上游綜合規(guī)劃布局了總調(diào)節(jié)庫容1 000余億m3的水庫群，500 余億m3為水庫群預(yù)留防洪庫容。目前總庫容1 億m3以上的水庫102 座可以投入運(yùn)用，具有800 余億m3的總調(diào)節(jié)庫容及約396 億m3的防洪庫容，而221.5 億m3為三峽水庫單獨(dú)運(yùn)用時(shí)的防洪庫容。在目前21座水庫進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度的條件下，三峽水庫用于城陵磯附近地區(qū)防洪補(bǔ)償?shù)膸烊菘梢蕴岣叩?6.8億m3。長(zhǎng)江中游及洞庭湖流域防洪能力進(jìn)一步提高，遇1954年洪水，超額洪量大幅度減少，分蓄洪區(qū)運(yùn)用的幾率和數(shù)量均進(jìn)一步減少。同時(shí)洞庭湖“四水”有大型水庫19座，隨著沅澧水上游五強(qiáng)溪、江埡、皂市等大型水庫的建成，為下游預(yù)留防洪庫容61.54 億m3，增大了調(diào)蓄洪水能力，可以有效緩解四水對(duì)洞庭湖水災(zāi)的危害［13-16］。

非工程措施方面，長(zhǎng)江流域內(nèi)初步建立了水情信息采集系統(tǒng)，已建成報(bào)汛站超過7 000 個(gè)，正在逐步完善其他預(yù)警預(yù)報(bào)通信系統(tǒng)及各種防洪管理的法律法規(guī)等非工程措施。

3 現(xiàn)存防洪問題及對(duì)策

現(xiàn)有的防洪體系包括工程和非工程措施兩部分。工程措施存在的主要問題有如下幾點(diǎn)：其一長(zhǎng)江中游防洪規(guī)劃與河道的實(shí)際泄洪能力不相符。長(zhǎng)江防洪規(guī)劃［17］主要以1954年洪水為依據(jù)，而長(zhǎng)江中游河道已發(fā)生很大改變。1998年洪水時(shí)，城陵磯附近螺山站水位比1954年高1.84 m 同流量（60 000 m3∕s 左右）水位較1954年大幅度抬高。城陵磯設(shè)計(jì)水位34.4 m下城陵磯—漢口河段實(shí)際泄洪能力從65 000 m3∕s 降至61 500 m3∕s，城陵磯附近分洪量將顯著增加，需要的分洪量也將遠(yuǎn)超規(guī)劃的分洪量。而新批準(zhǔn)的長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃［18］在城陵磯附近只安排了100 億m3分蓄洪區(qū)建設(shè)，長(zhǎng)江中游分蓄洪區(qū)規(guī)模與需求存在很大差距，導(dǎo)致長(zhǎng)江干流及洞庭湖流域防洪存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。三峽水庫運(yùn)行以來，長(zhǎng)期超汛限水位運(yùn)行使長(zhǎng)江中下游河道行洪能力萎縮，清水沖刷還進(jìn)一步增加了堤防安全性的風(fēng)險(xiǎn)。其三，嚴(yán)重滯后的蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)，且安全設(shè)施薄弱。大多數(shù)蓄滯洪區(qū)形成了較高的人口密度和產(chǎn)業(yè)集聚，一旦遭遇洪水淹沒損失大，無法實(shí)現(xiàn)適時(shí)適量分洪。

非工程措施存在的主要問題［19］如下：其一水庫調(diào)度規(guī)范化管理程度不高：水庫調(diào)度存在管理權(quán)限不明、調(diào)度方案及決策程序復(fù)雜等問題；大范圍水庫群聯(lián)合調(diào)度精細(xì)化不夠，聯(lián)合調(diào)度信息智能化水平不高，在深度和廣度方面拓寬不足；水利工程多目標(biāo)綜合調(diào)度手段模式有限不能滿足綜合調(diào)度需求。其二預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度不夠：短期水文氣象預(yù)報(bào)有較好的精度和可靠性，中期預(yù)報(bào)能把握良好趨勢(shì)，而針對(duì)超強(qiáng)降雨的落區(qū)及持續(xù)時(shí)間把握還相對(duì)不足；長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的手段還較為單一，不能進(jìn)行很好的延伸期、月尺度的預(yù)報(bào)。其三蓄滯洪區(qū)的規(guī)劃管理有待進(jìn)一步完善，尤其是蓄滯洪區(qū)日常的建設(shè)管理以及蓄洪運(yùn)用管理。其四對(duì)超額洪水的認(rèn)識(shí)還有待于進(jìn)一步提高，避免思想麻痹被動(dòng)防御。

筆者認(rèn)為，在全球氣候變化等更大不確定性因素影響下，三峽工程建成后洞庭湖流域防洪安全仍然需要切實(shí)可行的對(duì)策。要從戰(zhàn)略的高度來認(rèn)識(shí)洪澇災(zāi)害的突發(fā)性、危險(xiǎn)性、危害性和可能性，真正從思想上做到有備無患，未雨綢繆，才有可能在發(fā)生特大洪水的情況下，確保堤垸水庫及洞庭湖流域的安全。

為此，筆者通過對(duì)國內(nèi)外［20-31］防洪減災(zāi)的發(fā)展過程及相關(guān)的理念、政策及措施的分析，發(fā)現(xiàn)歐洲、美國和日本等發(fā)達(dá)國家的防洪減災(zāi)策略，都從以工程措施為主逐步過渡到以工程與非工程措施并重的階段。而且隨著未來洪水風(fēng)險(xiǎn)的日益加大，災(zāi)難性洪災(zāi)威脅更為嚴(yán)峻，對(duì)洪水進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控已成為發(fā)達(dá)國家的共識(shí)，并在理論研究與實(shí)踐應(yīng)用方面取得了較快的發(fā)展。總結(jié)國內(nèi)外的洪水風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合洞庭湖流域的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，筆者認(rèn)為，預(yù)防超額洪水要在工程措施上以點(diǎn)、線、面相結(jié)合，輔以非工程措施，形成立體的全方位的洪水防御管理模式。

點(diǎn)：即調(diào)控節(jié)點(diǎn)也是預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)。根據(jù)防洪調(diào)度目標(biāo)確定相應(yīng)調(diào)度對(duì)象--防洪工程（水庫、蓄滯洪區(qū)、泵站、涵閘、引調(diào)水工程等）所對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的水位和流量。水庫的水位直接關(guān)系到水庫的防洪庫容，入出庫流量將影響上下游的洪水淹沒情況。蓄滯洪區(qū)控制點(diǎn)的水位決定淹沒高度和范圍及與之對(duì)應(yīng)的防洪措施，入出蓄滯洪區(qū)的流量將影響淹沒時(shí)間。數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，直接影響下一步防洪調(diào)度規(guī)劃和實(shí)施?？傊?，所有控制節(jié)點(diǎn)的水位和流量數(shù)據(jù)是防洪調(diào)度的基礎(chǔ)也是決策的依據(jù)，通過明確不同控制節(jié)點(diǎn)達(dá)到或超過不同控制水位、流量后的應(yīng)對(duì)措施，可以為應(yīng)對(duì)流域超標(biāo)洪水做好準(zhǔn)備，一旦發(fā)生流域超標(biāo)洪水時(shí)，就能預(yù)判、規(guī)避及控制風(fēng)險(xiǎn)。

線：即堤防河道，是連接點(diǎn)和面的通道，決定蓄洪和行洪能力的大小。堤防河道的槽蓄和下泄能力是防洪調(diào)度的重點(diǎn)影響因素。長(zhǎng)江中下游防洪治理的方針是“蓄泄兼籌，以泄為主”。槽蓄和行洪能力較好的河道，能充分發(fā)揮河道的蓄泄洪能力，安全下泄洪水；堤防設(shè)計(jì)水位相應(yīng)的流量決定了洪水泄入下游的水量，超過上述泄流量的超額洪量，須利用蓄滯洪區(qū)計(jì)劃分洪進(jìn)行妥善處理。因此根據(jù)蓄泄關(guān)系確定堤防設(shè)計(jì)水位，安排相應(yīng)的超額洪量。線的槽蓄及行洪能力起著承上啟下的作用，線的合理規(guī)劃設(shè)計(jì)直接影響著洪水的安全下泄及蓄滯洪區(qū)的分洪量。

面：即上中游的水庫、大型湖泊和蓄滯洪區(qū)的蓄水面積。這是減小超額洪水災(zāi)害的關(guān)鍵因素。長(zhǎng)江干流高洪水位通過三峽工程及上游水庫群聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行削峰以降低其危險(xiǎn)性；入洞庭湖洪峰則可以利用洞庭湖流域各支流水庫對(duì)其進(jìn)行削減，但由于洞庭湖流域洪水與長(zhǎng)江干流洪水的組合與遭遇并不確定，且上中游支流尾閭的防洪任務(wù)也很重，因此，應(yīng)由水庫攔蓄或支流蓄滯洪區(qū)一起解決超過安全泄量的部分洪水。

綜上所述，如圖1所示控制節(jié)點(diǎn)的水位和流量是防洪規(guī)劃調(diào)度的基礎(chǔ)，為線、面調(diào)度規(guī)劃提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息；由控制節(jié)點(diǎn)之間的堤防河道組成蓄泄洪通道，為洪水的安全下泄提供保障；而水庫、湖泊及蓄滯洪區(qū)是防御超額洪水的關(guān)鍵，通過全流域優(yōu)化調(diào)度使超額洪水的危害降到最低。三峽工程及洞庭湖流域其他干支流水庫建成后，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度將增強(qiáng)洪水的調(diào)控能力，降低超額洪量，從而減少分蓄洪區(qū)運(yùn)用幾率，但相對(duì)于峰高量大的長(zhǎng)江洪水來說，水庫庫容不足仍然存在，確保洞庭湖流域及下游的防洪安全還需要利用蓄滯洪區(qū)，蓄滯洪區(qū)實(shí)現(xiàn)適時(shí)適量分洪是防御超額洪水不可缺少的重要因素，如何管理蓄滯洪區(qū)將是防御超額洪水成敗的關(guān)鍵，可以借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國情尋找適合洞庭湖流域蓄滯洪區(qū)運(yùn)用管理的模式。

圖1 立體防洪示意圖Fig.1 Three dimensional flood control diagram

面對(duì)極端天氣，歐美、日本等國開展了應(yīng)對(duì)措施方面的研究，并制定了相應(yīng)的規(guī)劃與對(duì)策。歐洲2002年8月至9月，發(fā)生了500年甚至1 000年一遇的特大洪災(zāi)。為此，歐盟議會(huì)2007年10月發(fā)布了《歐盟洪水風(fēng)險(xiǎn)指令》以應(yīng)對(duì)今后可能發(fā)生的超額洪水災(zāi)害，由被動(dòng)防御理念轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)管理的思想，制定了相應(yīng)的對(duì)策與規(guī)劃，防御看似不可能發(fā)生的超額洪水，同時(shí)接受洪水風(fēng)險(xiǎn)存在的現(xiàn)實(shí)，克服對(duì)洪水的恐懼心理，學(xué)會(huì)在洪水風(fēng)險(xiǎn)中生活。具體對(duì)策包括：為洪水提供空間、與空間規(guī)劃相結(jié)合創(chuàng)造洪水景觀等。

例如英國政府Life 項(xiàng)目中基于“與水共存、給水以空間、零碳排放”等3條基本原則的洪水風(fēng)險(xiǎn)管理方法，在對(duì)洪水多發(fā)地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估后，按等級(jí)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)規(guī)劃。依據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定城市建筑物及其用途，如醫(yī)院、學(xué)校、應(yīng)急服務(wù)等最重要的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)遠(yuǎn)離洪水威脅的區(qū)域建設(shè)；而公園、景觀、可再生資源發(fā)電等對(duì)洪水不敏感的設(shè)施，可在允許洪水淹沒的區(qū)域設(shè)置。在洪水風(fēng)險(xiǎn)管理與居民生活質(zhì)量綜合考慮的基礎(chǔ)上，促使城市發(fā)展更加可持續(xù)。［32］

注重預(yù)警預(yù)報(bào)機(jī)制建設(shè)是美國的應(yīng)對(duì)策略，在兩級(jí)聯(lián)邦、州預(yù)警預(yù)報(bào)中心，設(shè)有專門負(fù)責(zé)水災(zāi)水情的預(yù)警預(yù)報(bào)部門。通過廣泛應(yīng)用貝葉斯定理（Bayesian）進(jìn)行洪水災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)，使得水災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性有較大提高。當(dāng)前可以提前半個(gè)月左右發(fā)現(xiàn)重大水災(zāi)預(yù)警，空間上能達(dá)到80 km 的精確度，具有每10 min更新一次的頻率。

同時(shí)，美國建立了完備的洪水保險(xiǎn)法律制度，參加洪水災(zāi)害保險(xiǎn)由原先的自愿性上升到強(qiáng)制性保險(xiǎn)。擁有水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移機(jī)制的洪水保險(xiǎn)制度，就是一種主體承擔(dān)責(zé)任的轉(zhuǎn)移方式，基本功能就是將不確定的、巨大的水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及損失轉(zhuǎn)移到市場(chǎng)，并轉(zhuǎn)化為確定的、小量的支出，減少居民、企業(yè)自身的責(zé)任承擔(dān)，減少公共財(cái)政支出并能夠?yàn)闉?zāi)后重建提供資金的作用，從而能夠起到在較短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定生產(chǎn)、生活，提升應(yīng)對(duì)水災(zāi)的保障能力［33］。

日本為應(yīng)對(duì)超額洪水從“洪水風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)的重建”、“設(shè)計(jì)洪水的修訂”和“洪水管理的流域化”3 個(gè)方面實(shí)施。設(shè)計(jì)洪水修訂方面，結(jié)合降尺度的氣候模型，日本國土交通省修訂了洪水管理計(jì)劃，出臺(tái)了用于基礎(chǔ)設(shè)施的防洪設(shè)計(jì)的新的設(shè)計(jì)洪水過程線。在流域化洪水管理方面，提倡所有利益相關(guān)者包括相關(guān)企業(yè)和居民等共同存蓄雨水和延緩雨水匯集；對(duì)于洪滯區(qū)來說，淹沒區(qū)的確定結(jié)合了最新的堤防布設(shè)規(guī)劃，引導(dǎo)城市住宅向低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)發(fā)展，從而有效降低經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，防洪減災(zāi)在已有工程措施的基礎(chǔ)上，還結(jié)合了非工程措施。例如，根據(jù)早期預(yù)警當(dāng)?shù)卣煽焖僖龑?dǎo)公眾，開展災(zāi)前準(zhǔn)備和應(yīng)急撤離疏散，以降低洪災(zāi)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響；開展氣候變化影響評(píng)估，進(jìn)行社區(qū)型安全疏散演練，加強(qiáng)利益相關(guān)者之間的協(xié)調(diào)合作，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害時(shí)相互支持和自救，提升社區(qū)韌性是讓人們?cè)诤樗械靡陨娴年P(guān)鍵所在。

2000年以來，日本極為重視對(duì)公眾洪水風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知和避災(zāi)行為的研究。在對(duì)居民可接受洪水風(fēng)險(xiǎn)的程度及其影響因素、參加防災(zāi)活動(dòng)的意愿及其影響因素、民團(tuán)避難行為等方面做了大量研究。研究表明，公眾參與程度的深淺直接影響到災(zāi)害損失的大小，嚴(yán)重影響到災(zāi)后的社會(huì)穩(wěn)定和重建進(jìn)程。針對(duì)頻發(fā)的洪水，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并于2015年5月修訂了《洪水風(fēng)險(xiǎn)管理法》，定義了可開展救援的最大降雨量，逐步完善洪水管理措施。2017年 5月，進(jìn)一步修訂了《洪水風(fēng)險(xiǎn)管理法》，成立巨災(zāi)洪水管理委員會(huì)，在提高公眾防洪意識(shí)、保護(hù)傷殘人員、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面起到了積極作用［34］。

結(jié)合國外“給洪水以回旋空間”，“與空間規(guī)劃相結(jié)合創(chuàng)造洪水景觀”的河道及蓄滯洪區(qū)整治理念對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理提供了非常有益的借鑒。能否因地制宜，恢復(fù)洞庭湖流域的“水鄉(xiāng)風(fēng)光”，開展洪水景觀的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，提供開放的空間，平時(shí)供人們消遣娛樂，洪水期提供足夠的行洪通道，保證超額洪水有渲泄之處。

郭鐵女等［35］按照蓄滯洪區(qū)啟用幾率和保護(hù)對(duì)象的重要性，將蓄滯洪區(qū)分為重要、一般、保留區(qū)和重點(diǎn)4 類：使用幾率較大的蓄滯洪區(qū)為重要區(qū)；為防御1954年洪水還需啟用的蓄滯洪區(qū)為一般區(qū)；用于防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水或特大洪水的蓄滯洪區(qū)為保留區(qū)；防御類似1870年特大洪水的重要措施為重點(diǎn)蓄滯洪區(qū)。根據(jù)分類進(jìn)行分區(qū)管理，對(duì)重要蓄滯洪區(qū)和一般蓄滯洪區(qū)規(guī)劃為洪水資源化區(qū)域，根據(jù)洪水發(fā)生幾率確定相應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)水位及蓄洪淹沒面積，進(jìn)行引洪蓄水，維持蓄滯洪區(qū)的分滯洪功能，部分調(diào)整修復(fù)與洪水相適應(yīng)的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)，形成自身適宜的發(fā)展模式，在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行洪水景觀規(guī)劃與設(shè)計(jì)，建設(shè)與洪水相關(guān)的主題公園，提供洪水體驗(yàn)、避難訓(xùn)練、洪水自救等，變水害為水資源進(jìn)行資源化處理，減輕分洪損失與國家負(fù)擔(dān)。對(duì)蓄滯洪保留區(qū)和重點(diǎn)區(qū)可基本不限制其發(fā)展，進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警通信系統(tǒng)的建設(shè)，加高加固圍堤及確保避難轉(zhuǎn)移道路的安全、超標(biāo)洪水和特大洪水來臨時(shí)，及時(shí)有效地轉(zhuǎn)移群眾，保證人身安全的基礎(chǔ)上，分蓄超額洪量，保證洞庭湖流域的整體安全。

防御洪水僅依靠防洪工程體系始終是有限的，要減少超標(biāo)準(zhǔn)洪水可能造成的損失，非工程措施建設(shè)還需要加強(qiáng)，防洪工程與非工程措施相結(jié)合，才能構(gòu)成安全的長(zhǎng)江綜合防洪體系。因此，針對(duì)流域超標(biāo)洪水，重點(diǎn)研究長(zhǎng)江流域防洪工程體系布局和聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，這是有效應(yīng)對(duì)流域超標(biāo)洪水，使洪水災(zāi)害最小化的關(guān)鍵一招和勝負(fù)手。洞庭湖流域防洪體系必須采取綜合措施，即以三峽工程為骨干，堤防為基礎(chǔ)，干支流水庫、蓄滯洪區(qū)相配套，結(jié)合封山植樹、退耕還林的水土保持措施，平垸行洪、退田還湖的河道整治及非工程防洪措施組成綜合防洪體系。通過有序協(xié)調(diào)長(zhǎng)江上游及洞庭湖流域水庫、蓄滯洪區(qū)、堤防、泵站等水工程，明晰堤防在行洪、水庫在攔蓄洪水、蓄滯洪區(qū)在分蓄洪水、泵站在限滯洪水等方面的作用。搭建長(zhǎng)江流域“行、攔、分、排”多維防洪空間布局。逐步由單一工程“防洪能力”向工程群組“防洪合力”集成的轉(zhuǎn)變，制定相應(yīng)的洪水防御“作戰(zhàn)圖”。

同時(shí)，加快防災(zāi)減災(zāi)高新技術(shù)的研究與應(yīng)用，在洪水管理過程中利用無人機(jī)監(jiān)測(cè)、視頻測(cè)流、5G網(wǎng)絡(luò)，把點(diǎn)、線、面的監(jiān)測(cè)信息輸入到虛實(shí)結(jié)合的洞庭湖流域模擬系統(tǒng)中，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)警等基礎(chǔ)工作，并利用AI 技術(shù)針對(duì)不同的洪水規(guī)模進(jìn)行洪水最優(yōu)化管理，做到及時(shí)有效的運(yùn)用防洪工程、蓄滯洪區(qū)，將災(zāi)害降低到最小。

4 結(jié) 論

基于過去的研究成果和現(xiàn)有的水文資料，梳理總結(jié)了洞庭湖流域洪水規(guī)律和防洪策略的研究進(jìn)展，并重點(diǎn)對(duì)目前防洪減災(zāi)中存在的不足進(jìn)行了說明。在此基礎(chǔ)上，提出了建立點(diǎn)、線、面工程措施與非工程措施相結(jié)合的全流域立體防洪策略：①提出未來防御洞庭湖流域超標(biāo)洪水，基礎(chǔ)是堤防及河湖槽蓄能力，調(diào)控以聯(lián)合調(diào)度控制性水庫群為主要手段，輔以蓄滯洪區(qū)作為最后手段來保證防洪的最終安全。②以非工程措施來推動(dòng)洞庭湖流域特大洪水風(fēng)險(xiǎn)管理，輔之以風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)與補(bǔ)償?shù)暮樗撸M(jìn)一步完善洪水管理的法制體系，將洪水風(fēng)險(xiǎn)控制在可承受的限度之內(nèi)，包括加快推進(jìn)洪水災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、防汛指揮調(diào)度信息系統(tǒng)建設(shè)，增強(qiáng)防汛抗洪搶險(xiǎn)救災(zāi)組織動(dòng)員能力，提高水文氣象及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)水平等。同時(shí)，結(jié)合洞庭湖流域洪水防御工作實(shí)際，按照“超標(biāo)洪水不打亂仗，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水不出意外”的目標(biāo)要求，在系統(tǒng)梳理洞庭湖防洪體系現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究制定洞庭湖超標(biāo)洪水的防御原則和目標(biāo)，通過對(duì)超標(biāo)洪水防御工作全鏈條作出全面安排，進(jìn)行洞庭湖超標(biāo)洪水防御預(yù)案的編制，為超額洪水防御及時(shí)提供有力的技術(shù)支撐。

解決洞庭湖流域現(xiàn)有蓄滯洪區(qū)在建設(shè)、運(yùn)用方面的問題，通過借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)，以建立建全防洪減災(zāi)法律法規(guī)制度為基礎(chǔ)，開展和實(shí)施洪水風(fēng)險(xiǎn)管理，輔之以洪水風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)與補(bǔ)償政策。通過明確不同控制節(jié)點(diǎn)達(dá)到或超過不同控制水位、流量后的應(yīng)對(duì)措施編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，進(jìn)行土地利用規(guī)劃的分區(qū)管理。同時(shí)探討洪水風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)與水資源使用權(quán)補(bǔ)償制度，推行洪水資源化，加快蓄滯洪區(qū)的建設(shè)，在超額洪水來臨時(shí)，能夠適時(shí)適量分蓄洪水，將洪水風(fēng)險(xiǎn)控制在可承受的限度之內(nèi)，保障洞庭湖經(jīng)濟(jì)社會(huì)的有序發(fā)展。

5 展 望

水利部高度重視智慧水利建設(shè)，并于2021年12月23日召開推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會(huì)，將推進(jìn)智慧水利建設(shè)作為推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的六條實(shí)施路徑之一進(jìn)行全面部署。通過數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生工程建設(shè)，強(qiáng)化“四預(yù)”（預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案）功能，提升水利行業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、提高智能化監(jiān)測(cè)、調(diào)度、管理水平，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)應(yīng)對(duì)向主動(dòng)防控的轉(zhuǎn)變的水安全風(fēng)險(xiǎn)管理。本文提出的建立點(diǎn)、線、面工程措施與非工程措施相結(jié)合的全流域立體防洪策略，與數(shù)字孿生流域中建立天地空一體水利感知網(wǎng)的概念相適應(yīng)，以點(diǎn)、線、面感知層的數(shù)據(jù)資源，通過云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智慧處理，優(yōu)化防洪資源，從而達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)目的，進(jìn)而為“四預(yù)”的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。