京津冀特大洪水背后,如何科学泄洪?

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撰文 | 冯灏 张天祁 李璐

责编 | 徐卓君

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在140年来北京最大降雨面前,以干旱著称的大洪华北地区遭受了史无前例的洪灾考验。

最先陷入险情的水背都市长生歌是北京,在首都的后何郊区门头沟和房山,山洪滚滚而下,科学淹没了村庄,泄洪冲垮了桥梁,京津冀特大量汽车被冲入洪水中,大洪目前已造成11人遇难,水背27人失联。后何

更棘手的科学流域性大洪水随之而来,海河流域5大水系有21条河流发生超警以上洪水,泄洪8条河流发生有资料以来最大洪水。京津冀特河北涿州市区内水深最高达6米;多个村庄一度失去联系;人们在洪水中等待救援。大洪

这不是水背黑天鹅事件

华北地区经常受到水资源不足的困扰,印象上不是一个容易暴雨成灾的地区,但事实并非如此。

中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心研究员傅慎明解释,华北地区是我国的三大雨区之一,另外两个雨区是华南与长江流域。华北地区的年总降水量比华南和长江流域要低,但就降水强度而言,它的降水强度可以与华南地区比肩。

算上本次暴雨,11年左右时间里京津冀地区已经出现了4次极端降水——2012年的7.21暴雨、2016 年的7.20暴雨和2018年的7.16暴雨,每次都造成了不小的破坏。从历史上看,北京地区在经历了1992-2012年的少雨时期后,进入了一个多雨时段[1]。

从这个趋势看,今年的暴雨其实并不意外。中国社会科学院生态文明研究所研究员、IPCC报告作者郑艳表示,这次事件属于“灰犀牛”,而非“黑天鹅”。“黑天鹅”是不可预见、颠覆性的事件,灰犀牛则是可预测的、长期累积导致的风险事件。

由于地形地质条件较复杂,断裂构造发育,北京地区的地质环境其实很脆弱。本次受灾严重的门头沟、房山地区,因为地质脆弱和降雨偏多,在历次暴雨灾害中都是都市长生歌比较危险的地区,安全已经多次受到挑战。

干旱少雨的地方,在暴雨期间出现的山洪泥石流可能会更可怕。中国水利学会城市水利专委会委员章卫军解释,北京西、北部门头沟等地区有大量山区,又由于北方干旱导致土壤比较松散,遇到暴雨容易被冲刷。一旦有大雨,这些地区形成山洪的几率是非常高的,对植被生态破坏也很大。

2012年7.21暴雨期间,北京共引发地质灾害161起,房山、门头沟地区就占了其中129起。这场暴雨最后造成79人死难,其中40人来自房山。

虽然多次经历过暴雨和山洪灾害,对本次暴雨,房山、门头沟地区也提前进行了预报,并且在应急上投入了大量人力物力,但本次暴雨对房山、门头沟地区造成的损失依然严重。

去年门头沟水利部门水务局曾经发文称,该区海绵城市建设取得阶段性成果。但被寄予厚望的海绵城市,不是应对内涝洪水的万灵药。

中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员舒乐乐告诉《知识分子》,海绵城市对于局部洪水或者内涝比较有用,可以将水汇聚到蓄水池内,并且这些水既可以慢慢渗透补给地下水或者用来城市灌溉,但是其防御强降雨造成的山洪和区域洪水上的作用有限。

舒乐乐认为,房山、门头沟山区附近由于地质地貌原因,本身灾害风险较高,不能期望用工程的方式完全解决问题。“我们现在面临的这种暴雨状况,只以工程的方式来防是防不住的。洪水量级超出了社会可负担的防洪工程防御等级。”舒乐乐说。

工程无法彻底解决安全隐患的情况下,随着居住人数和建设面积增加,每次暴雨对房山、门头沟地区都是一次大考。“近年来每次暴雨,房山、门头沟的损失都成为新闻,主要是聚集了太多人。”舒乐乐说。

这不是一个简单的、主观的城市规划问题,而是客观的人与自然争夺生存空间;人们要空间来发展,自然要空间来泄洪。舒乐乐解释,有的地区洪水发生频率不高,但一发生就是大洪水。越是平常不发洪水的地方,人们越容易掉以轻心,在这个地方开发建设。尤其在土地资源紧张的地方,就很容易出现类似问题。

河北为何告急?

极端暴雨的影响往往遍及整个水域。根据水利部的判定,海河流域已发生流域性大洪水。

北京之后,河北告急。

河北涿州市区内积水区道路被淹,水深最高达6米;多个村庄一度成为孤岛;涞水县野三坡遭受“毁灭性损毁”。

根据官方通报,截至8月1日12时,此次强降雨造成河北省87个县(区)540703人受灾。暴雨期间,河北主要河道共出现142站次涨水过程,特别是拒马河、永定河、北运河承接大量来自上游北京的来水。

河北在此前极端暴雨期间也受灾严重。2012年的“7.21”特大暴雨已致河北9市59县共266.92万人受灾,32人因灾死亡,20人失踪;2016年7月18日到20日,河北再次出现洪灾,全省洪水受灾人口达904万,因灾死亡130人、失踪110人。

当时的新闻发布会上,河北省防汛抗旱指挥部办公室承认,在特大暴雨致灾这个主因之外,防洪工程体系不完善、景区建设欠缺行洪空间也是“7.21”特大暴雨中暴露出的软肋。

根据中新网的报道,当时河北省防汛抗旱指挥部办公室介绍,拒马河常年流量较小,其干流上并无水库等拦蓄工程,无力消化暴雨带来的降水和洪涝灾害。

河北省防汛抗旱指挥部办公室水情组负责人马存湖当时表示,如果该条河道上有相应的控制性工程,将能在一定程度上起到削峰作用。由于拒马河跨越京冀两地,水库修建需由国家统一规划,种种原因致使当地修建水库搁浅。

拒马河不仅上游没有水库调蓄,大水漫灌,下游的河道行洪也不通畅。

拒马河的控制站紫荆关水文站时任站长赵建勇在2012年接受《京华时报》采访时说,以前拒马河的行洪曲线图是规律的,近些年这条曲线已经紊乱,表明其行洪能力逐年下降。赵建勇认为上游矿石或尾矿随意堆砌,缩减了河道宽度,导致遭遇洪水时,大量矿石和尾矿卷入洪水,河道淤积泥沙拉高水位。

今年暴雨受灾最严重之一的涿州地区,正是被拒马河穿城而过。

另一条经常在灾害报道中提到的白沟河,则是琉璃河、小清河在涿州东侧刁窝镇附近汇合后向南汇聚而成,流经涿州东侧。

经过10年,经历了多次极端暴雨以及洪水灾害,这个地区的抗洪能力仍然有限。

今年1月发布的《涿州市2021~2022 年农村生活水源江水置换项目(海委部分)防洪评价报告(报批稿)》(简称《防洪评价报告》)提到,小清河分洪区“具有暴雨历时短、强度大、地面纵坡陡、汇流快、来势猛等特点,北拒马河上游又无水库、洼地等节制工程,只能由洪水自由泛滥。”

也就是说,早在7.21后反思时就提到的拒马河上游水库建设,到10多年后的今天还是没有落地。无调蓄的洪水自由泛滥会有什么后果,在今年暴雨中展示的非常明显。

下游水道的行洪能力同样堪忧。2007年国务院批复的《大清河防御洪水方案》提到,大清河系骨干行洪河道近期设计防洪标准为20年一遇。但由于河道及河口淤积、地面沉降等原因,中下游河道现状行洪能力已达不到原设计标准。最新的涿州市《防洪评价报告》提到,小清河的现状是防洪标准不到20年一遇,琉璃河的防洪标准不到10年一遇,另有其他支流的防洪标准不到5年一遇。

相比之下,根据2003年国务院批复的《永定河防御洪水方案》,北京永定河流域,保护北京市区的卢沟桥以上左堤已达到防御可能最大洪水标准,三家店至卢沟桥段右堤、卢沟桥至屈家店永定河左右堤达到百年一遇的标准。

永定河流域和大清河流域的防洪标准的差距,除了地域差距,还源自水利建设上对大河和小河不同标准。了解到防洪标准的差距,也就明白为什么洪涝期间小河酿灾,在国内并不是一个罕见的现象。

2020年,安徽省合肥市庐江县洪水期间,合肥市庐江县水务局局长周琼曾向《中国青年报》记者表示,防洪的关键压力都在小河、小圩口,因为小支流周围没有足够的防护措施,遇到超过10年、20年一遇的洪水,就难以防守了。

在动辄刷新50年、100年记录的暴雨面前,小河流失守问题毋庸置疑会更为严峻。

怎样科学泄洪?

每当洪水发生,泄洪分洪问题总是成为公众的关注焦点。

中国主要江河河道泄洪能力普遍不足。因此中下游平原地区的湖泊洼地规划建设了一批蓄滞洪区——当特大洪水发生时,人为打开闸门或者堤坝,将洪水引入蓄滞洪区,降低河道的洪峰和压力,避免决堤。蓄滞洪区是防洪减灾体系的重要组成部分,基本保障了江河中下游重要城市和重要防洪地区的安全。

目前有规划的国家蓄滞洪区有98处,其中长江流域44处、淮河流域21处、海河流域28处。截止目前,河北已启用7处蓄滞洪区,其中小清河分洪区就位于涿州境内。

事实上,1950-2021年间,98处国家蓄滞洪区中有66处蓄滞洪区共启用424次,累计蓄滞洪量1400多亿立方米。

就蓄滞洪区,章卫军说,是一个系统管控与蓄滞洪区本身开发利用的协调问题,需要从社会管理角度去理解流域防洪。蓄滞洪区一定存在某种气象条件下分洪被淹的设计预案,蓄滞洪区对于区内建设是有其明确标准的,防洪规划里面会明确分洪区的运行调度规则和水深等几个很重要的要素,如:多大概率、淹没多深、多久、洪水演进路线、受损企事业单位人员估计等。城市的规划建设必须考虑这些因素,交通道路、指挥中心、重要决策部门的正常运转必须的电力、通讯等设施需要详细认真的考虑和规划。同时,由于这些制约,城市的发展存在诸多限制条件,农业、工业、生活等相关方面也应该考虑存在的风险和灾后恢复,与受益地区之间融合发展。

一位水文专家告诉《知识分子》,淮河蓄滞洪区的王家坝闸已完成16次的泄洪任务,在应对经验中提及,首先是工程建设提高行洪能力,在非汛期,对泄洪区内大型水库、堤防、闸门、泵站等设施加强维护力度;其次就是汛前准备用好精细手段,成立多个抢险组,做好水工、机电、后勤保障,另外全部设备必须在汛前检查、调试、养护好,还要检查防汛石块、防汛编织袋、防汛抢险车、抢险船只、移动电源等防汛物资储备情况。

业务工作甚至会细致到比如设置大量撤退驿站站牌,站牌上印有撤退点、安置点位置和撤退路线,同时附有两个二维码,扫码即可显示“在哪集结、到哪去”的信息,供公众日常保存使用,或在撤离滞洪区时导航集合点位置时使用。

中国水力发电工程学会副秘书长张博庭向《知识分子》解释,北方城市蓄滞洪区启用不频繁,面临的问题就是,公众就对水不熟悉,会害怕,像涿州很多低位的仓库还装着印刷品,损失会很大。不仅公众,地方干部也觉得突然,有的领导干部年头短点,可能都不知道自己这个地方属于蓄滞洪区。

公众与环境研究中心主任马军说,这次京津冀暴雨,部分分洪区的启用看起来略显仓促,公众没有心理建设,不像更有经验的蓄滞洪区收到信息之后,各方都知道怎样去组织开展应急。“是不是基本通知到位了,组织过程中有没有问题,我们看到有区域在组织撤离的时候有道路还在收费,这都是后续需要总结经验教训的。”

理想的状况是,洪水治理大多以“流域”为基本单位,上游要注意水土保持,不要让洪水流得太快太多;中下游要争取行洪空间,不要影响城市正常生活。

郑艳告诉《知识分子》,在水资源管理领域,行政体制是各管一摊、各司其职,所以有“九龙治水”的说法,部门多了协调是个问题,所以需要加强协同规划。例如,我国传统的城市内涝治理以“快速排水、末端治理”为主要手段,在实际洪水来临时,防洪抗旱经常以部门、城市为职责的边界,水从自己门前经过,就想赶紧排走,像赶过街老鼠一样,口头上说以流域为单位、开发利用洪水资源,但这种重排轻蓄、以邻为壑的思维模式和管理理念,却不是一时半会儿改得了的。

如果上游的各个城市都修建水泥堤坝、水泥河道,只想着迅速把水排走,在洪水演进期聚拢于下游城市的水量和压力将可想而知。以本次海河流域调控为例,截至8月1日,流域降水总量就超400亿立方米。

当极端成为常态,我们该如何应对?

在可见的未来,极端降水的风险越来越明显。根据学者的预计,相比1975-2014年极端降水的情况,2015-2054年,我国极端降水将普遍增多趋强,尤其是华北和东北地区的极端降水事件增幅较大[2]。极端降水“灰犀牛”事件的颜色已经越来越深,再对这种风险视而不见是不应当的。

在自然灾害风险的应对体系里,应急是重要的,是保障的最后一道关口,现在各方也花了很大力气,但值得注意的是,应急抢险本质是被动的,能解决的问题其实很有限。

章卫军认为,不止京津冀,现在全国普遍存在的防洪排涝问题,实际上是对社会经济活动空间水灾风险的认知问题。规划设计阶段考虑不足,就会导致暴雨时,水没有安全行洪的空间,水漫出来总要有地方去,山上下来的水没地方去,原本可以安全行洪的河道、滩地被桥梁、建筑、工程挤占;而在城市,地下管网设计标准不足,涝水出路不清,水就漫到大街上去了。

一位不具名的专家还告诉《知识分子》,从历史上看,京津冀地区整体雨量偏少,随着经济社会的发展和人口高速增长,水资源的缺口更大,不管是城市规划还是乡村建设更主导的思路是防旱,应对水情就存在很多技术误差。

根据住建部公布的2021年城市排水防涝标准,91.3%的城市内涝防治标准为20-30年一遇,8.3%的城市为50年一遇,仅0.4%(特大城市)设防为50-100年一遇,对于所谓“千年一遇”极端情形几乎从未虑及。

不过,一个社会的防洪工程等级不是越高越好,要考虑社会收益的最大化。

当防洪工程10年一遇,在工程上的花费非常小,但因洪水带来的经济损失却很大,总体的社会支出不菲;当工程为2000年一遇级别,因洪水导致的损失极小,但为建设这一等级的工程的花费却极大,这可能导致总的社会支出与修建10年一遇工程一样。

但在我们不得不面临的未来,全球变暖的气候背景下,历史数据对于预测未来会逐渐失效。以前我们认为百年一遇、千年一遇的自然灾难,未来“必然”会以更高频率发生。

当“难得”不再“难得”,标准提高就有其社会经济的合理性。不愿具名的城市规划领域专家告诉《知识分子》,城市在规划设计之初大多财力有限,因为大水难得来,为了“难得”来的大水把标准设得很高,地方财政压力很大,当然,未来的设计标准就要考虑适度提高。“我们现在人均GDP已经到12,600美金了,中国已经是第二大经济体,有相当的财力,但是在应对气候变化的时候,依然会觉得特别无奈,这就提示我们建设标准要适度提高,提升抗毁、应对灾害的能力”。

不过在部分专家看来,通过提高各项工程设施的设计上限来应对风险,其经济成本是人类社会无法承担的。

舒乐乐认为,建立强制洪水保险制度是非常必要的。如果工厂、居民区、农田分别建设在有特定洪水风险的泛洪区内,那么就需要强制这些区域的业主购买洪水保险,保险公司根据不同的洪水风险设定投保收费标准。这些工厂、农田、建筑受损之后,由保险公司给予补偿。这样开发者对于是否要在泛洪区内开发,就有了更多的经济考量。

郑艳也认为,从社会学角度,边缘的、脆弱的、高风险的区域和群体有时不得不承担更多,从经济学的角度,风险也是一种成本,会体现在土地等资源的定价里,设置蓄滞洪区是为了保护更大范围的整体利益,因此知情权和进行经济补偿也是非常必要的。