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长江防洪,有多难?
原创 星球研究所 星球研究所 来自专辑探索中国:工程篇
↑一群国家地理控,专注于探索极致世界
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新华网客户端 x 星球研究所
联合发布
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)
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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下部被江水淹没,摄影师@冯光柳)
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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)
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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)
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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)
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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)
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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)
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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)
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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)
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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)
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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
(江西省余干县的圩[wéi]田,位于鄱阳湖东南,图片来源@VCG)
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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,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)
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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)
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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)
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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)
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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)
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湖泊堤防
(江西省鄱阳县的,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)
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(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)
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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,荆江指宜昌至岳阳之间的江段,摄影师@蓑笠张)
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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,摄影师@邓双)
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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)
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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)
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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)
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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)
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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,其中和为人工裁弯,下荆江指藕池口以下的荆江,制图@陈志浩/星球研究所)
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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年一遇
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)
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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)
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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)
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三峡水库逐步蓄水至正常蓄水位175m
相应库容为393亿m⊃3;
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)
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高达221.5亿m⊃3;
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,低处被湖水淹没,图片来源@VCG)
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一周内拦蓄洪水约30亿m⊃3;
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⊃3;
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⊃3;
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)
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二滩和锦屏一级等水库
金沙江上的
溪洛渡水库
(位于四川和云南之间的,摄影师@柴峻峰)
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(云南省水富市附近的,摄影师@柴峻峰)
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清江上的隔河岩和水布垭水库
沅江上的五强溪水库
等等
(湖北省宜昌市的,请横屏观看,图片来源@VCG)
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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)
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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的人工林,图片来源@VCG)
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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⊃3;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)
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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,摄影师@李云飞)
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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,大堤右下为蓄滞洪区,左上为鄱阳湖,图片来源@VCG)
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宜昌长江干流的洪峰流量
曾高达105000m⊃3;/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,1870年大洪水淹没了庙内禹王殿立柱,图片来源@VCG)
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可以将流量削减至80000m⊃3;/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⊃2;
几乎相当于鄱阳湖的1/4
有效蓄洪容积可达54亿m⊃3;
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)
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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沿着大堤分布,摄影师@邓双)
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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⊃2;
相当于两个上海市
有效蓄洪容积为589.7亿m⊃3;
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)
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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,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)
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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)
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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,分洪时洪水将从这里涌入公安县,远处为荆江,摄影师@邓双)
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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)
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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记录
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)
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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,图片来源@VCG)
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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)
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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)
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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,摄影师@周文军)
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共同构成了守护长江安澜的保护网
保护着广达180万km⊃2;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)
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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: 1998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.
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原标题:《长江防洪,有多难?》
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