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王浩院士談2020年我國南北洪澇問題

時間:2020-07-21 13:32

來源: 南水北調與水利科技

作者:王浩,孟現勇

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今年6月來,我國南方經歷多輪強降雨,導致我國南方多地(特別是長江流域)暴雨型洪澇突發。南水北調與水利科技(中英文)編輯部就洪澇的誘因、未來長江中下游調度工作重點、黃河和長江流域防洪壓力的區別、三峽大壩汛期泄洪、今年暴雨洪水的特點和防御難點以及未來汛情的發展趨勢等六個問題對中國工程院院士王浩進行了專訪,實錄如下。

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問題一

王院士您好!今年6月來,我國南方經歷多輪強降雨,導致我國南方多地(特別是長江流域)暴雨型洪澇突發,您能介紹一下本次洪澇的誘因嗎?

王浩院士:我認為,此次汛期洪澇,特別是長江流域持續性強降水可以從如下幾個方面探討其原因:

第一是大氣環流方面。西北太平洋副熱帶高壓(西太副高)強度較常年異常偏強,西伸脊點位置異常偏西;東亞大槽強度異常偏強,位置異常偏西。2020年1月以來,東亞大槽強度和西太副高強度明顯偏強,西太副高脊線位置在2020年5月后持續穩定在20°~23°N之間,副高外圍通常對應著我國主雨帶的位置。東亞大槽強度偏強導致西風帶環流向經向型調整,東亞中高緯多槽脊活動,高原槽、西南渦活躍。6月以來副高外圍低空急流攜帶的暖濕空氣不斷向副高主體北側輸送中,與高原槽和西南渦結合后沿副高外圍的長江一線(北緯30°N)移動,造成了長江流域多次強降水過程。

第二是青藏高原冬季積雪異常。青藏高原作為亞洲和北半球大氣系統的“調節器”,是對全球氣候變化反饋最為敏感的區域之一,2019-2020年青藏高原冬季積雪覆蓋面積較常年偏多明顯,高原冬季積雪偏多會通過改變春夏高原的熱力狀況,間接導致我國長江中下游地區對流活動加強,降水偏多。

第三是今年南海夏季風發生較早。6月上旬副高脊線位置偏北,導致長江中下游入梅偏早。此外,就前面所述,由于2020年2月以來西太副高顯著偏強和穩定維持,亞洲中高緯度經向環流發展、西風帶短波槽活動頻繁,冷空氣在向長江中下游地區移動過程中偏強,導致長江中下游梅雨期降水異常偏多。

第四是太陽黑子相對數的谷值年。這樣易使得地球上接收到的太陽磁力、引力和熱量發生突變,且2020年與1998年相隔2個太陽黑子相對數11年的周期,基于韻律的規律也可判斷易發生洪澇災害。

從總體來講,2020年南方區域性洪水(特別是長江中下游洪水)是西太副高、西風帶、高原積雪及全球氣候異常等綜合作用引發的結果。

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問題二

長江上游最近出現連續的編號洪水,您對未來一段時間長江中下游調度工作怎么看?

王浩院士:長江水利委員會在7月6日調減出庫流量的基礎上,從7月9日開始連續下發5道調度令,逐步減小三峽出庫流量。出庫流量從7月7日開始連續下降,從3.5萬m3/s一直減少到7月12日的1.9萬m3/s,將更多的洪水攔在了庫區。截止7月12日晚,三峽水庫共攔蓄接近30億m3洪水,相當于減少210多個西湖下泄水量,降低城陵磯水位近0.2m,對減輕下游防洪壓力提供了有力保障。

在過去的一段時間,為抗擊7月2日10時長江2020年第1號洪水(5萬m3/s),長江水利委員會將三峽水庫下泄量控制在3.5萬m3/s,并同時加大了向家壩水庫、溪洛渡和金沙江中游梯級水庫的攔蓄能力,上游梯級水庫群均不同程度攔蓄了一定量的洪水(三峽工程有效攔蓄削減洪峰,削峰率達到了34%),極大減輕了長江中下游防洪壓力。然而,由于水位普遍上漲,部分水庫甚至處于超汛限運行狀態,7月17日10時長江2020年第2號洪水在長江上游形成(5萬m3/s),7月18日6時,長江三峽上游來水量進一步加大,最大入庫洪峰達6萬m3/s, 7月22日前可能還有更大洪峰過程,我認為這對長江流域后期防汛形勢將造成極大壓力??茖W、精細化實施水庫群聯合調度,是汛期防洪最為關鍵的有效措施。自2012年的長江水庫群聯合調度方案實施以后,長江流域41座水庫被納入聯合調度水庫范圍,該水庫群將有效守住長江流域風險點,充分發揮攔蓄及削、錯峰的作用。

就目前情勢,我認為,一方面要加強長江流域雨、水情滾動預報次數,為調度決策提供前期保障;另一方面,需統籌長江上下游防洪情勢,加強長江中下游堤防防守和長江上游水庫群科學優化調度,做好長江上游雅礱江、金沙江、烏江、嘉陵江等水庫群及三峽水庫聯合調度攔蓄工作,充分發揮洞庭湖水庫群攔洪作用,均衡統籌三峽攔蓄能力、上游來水情況及對中下游防洪的影響,抓緊科學確定干支流水庫及三峽大壩科學調度原則,做好科學精準調度工作,為長江中下游防洪減災提供重要安全保障。

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問題三

近年來我國水利工程水平不斷提升,但為何水利防洪情勢依然嚴峻?黃河流域和長江流域防洪壓力有何區別?

王浩院士:汛期防洪壓力主要來源于一個國家水庫的蓄水能力。比如,表示一個國家水庫蓄水能力與河川徑流量之比的庫容系數,歐洲國家通常是0.9以上,美國是0.66,而我們中國目前還不足0.3。水庫蓄水能力不足的直接后果就是我們要在主汛期不斷的抗洪搶險,而在非汛期伏旱天則面臨供水不足的困境。我國近年來在西南地區還是修建了不少世界級大壩,然而,由于這些水庫大壩大部分修建于峽谷地帶,雖然具有較強的發電能力,但水庫庫容并不大。比如,雖然三峽水庫在水電站領域位于世界前列,但其有效防洪庫容(221.5億m3)的全球排名卻在20開外。長江流域年徑流量為9 513億m3,遠遠大于三峽水庫的有效防洪庫容,因此,三峽水庫在主汛期應對洪水的方法是削峰填谷,卻沒有攔截全部洪水的能力,在汛期仍然需要泄洪。

就自然角度來講,黃河流域年徑流量約為580億m3,與長江流域(9 513億m3)相比規模相差甚遠。就水利工程庫容來看,黃河中上游從龍羊峽到小浪底,目前已基本建成的水利工程有效庫容達450億m3,黃河流域有效庫容與黃河年徑流總量的比值為0.775,因而能夠很好地防御黃河洪水,但長江三峽有效庫容與長江年徑流總量的比值僅為0.023,從數據上則不難看出三峽水庫的防洪攔蓄壓力。

問題四

最近的南方洪水汛期十分嚴峻,三峽在6月29日開啟兩個閘門深孔首次泄洪,您能給大家普及一下為何三峽大壩要在汛期泄洪嗎?

王浩院士:三峽大壩是世界最大的水利工程,總庫容達到393億m3,當時建設三峽大壩的時候就考慮以防洪為第一位。在汛期到來之前,預先把三峽水庫放空一部分,以便騰出庫容,在洪水到來時就能攔蓄更多洪水,進而更多的削減洪峰,該削落水位稱之為防洪限制水位(145m)。為應對此次多輪強降雨過程,三峽庫區已提前完成騰庫工作。三峽大壩正常蓄水位為175m,設計洪水位也為175m,校核洪水位為180.4m,最大壩高181m,壩頂高程185m,三峽水庫攔蓄量約為90億m3,有221.5億m3防洪庫容用于存儲洪水。除掉攔蓄量,三峽水庫只剩下130億左右的防洪庫容(即還剩60%防洪庫容)。今年7月2日10時,三峽水庫入庫流量達到洪水編號標準(5萬m3/s),三峽水庫就是利用防洪庫容攔蓄掉了超過下游安全泄量的洪水,以此來削弱洪峰對下游的不利影響,然而,在這個過程中,一旦水庫庫容接近防洪庫容的一定比例限度,三峽大壩將根據長江中下游洪水情勢開閘泄洪,這也是審時度勢之舉。

問題五

今年長江流域發生的暴雨洪水特點是什么?防御難點又在哪里?

王浩院士:2020年汛期,長江中下游流域降雨量498.5mm,較常年同期偏多64.3%,為1961年以來歷史同期最大;從降水范圍看,1998年長江流域為全流域暴雨,而今年強降雨集中于長江中下游及沿江區域,與2016年相比降水范圍更廣,但較1998年降水范圍小。今年長江流域強降雨覆蓋范圍廣、暴雨強度大。受強上游多輪強降雨過程影響,長江流域洪水呈現洪峰高、洪量大、河流漲勢迅猛、災害性點多、破壞性大等特點。

目前,長江流域堤防工程、河道疏浚和蓄滯洪區建設等已得到加強,長江防洪工程體系初步形成。但是仍存在許多薄弱環節,不少重要支流和湖泊的堤防還沒有加固,大多數中小河流堤防標準低、防洪能力偏弱,難以抵擋超強暴雨洪水;加之前期降雨影響,部分河湖、水庫已經蓄積了大量的水,當前長江流域上游強降水依然密集,很容易形成超標準洪水;蓄滯洪區建設相對滯后、運用難度大;長江中下游干流河道崩岸問題依然嚴重;除險加固的病險水庫未經大洪水考驗,不少中小型水庫存在安全度汛風險,需要除險加固。這都是長江流域抗洪防御的難點。

問題六

王院士,從當前情勢來看,未來汛情還會進一步加重嗎?未來洪水會向我國北方發展嗎?

王浩院士:長江游流域防洪情勢依然嚴峻。近期,西南地區至長江中下游等地累計雨量大、強降雨區域疊加,防汛工作形勢更加嚴峻。要加強水文監測、預報和預警工作,增強防洪救災的靈活性;加強重點水庫、堤防的巡查巡視,不留死角;提前做好各類調度方案和應急預案,以應對各種突發情況。

結合多家預測結論,7月下旬主雨帶整體北抬的可能性較大,屆時長江流域汛情有望得到緩解,黃淮地區將迎來“七下八上”的防汛關鍵時期。但天氣系統存在較大的不確定性,且目前季風強度偏弱,雨帶北抬的進程還有待觀察,因此長江流域防汛工作仍然不可掉以輕心。

王浩院士 簡介

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王浩,男,1953年8月13日出生于北京,1989年畢業于清華大學。中國工程院院士,水文學及水資源學家,教授級高級工程師,博士生導師?,F任流域水循環模擬與調控國家重點實驗室主任,中國水利水電科學研究院水資源所名譽所長,享受國務院特殊津貼。2016年10月被水利部聘任為水利部參事咨詢委員會委員?!赌纤闭{與水利科技(中英文)》專家委員會委員。

王浩院士長期從事流域水循環及其生態環境效應方面的基礎研究,水資源規劃與管理方面的應用基礎研究,以及水資源經濟學和復雜系統決策理論方法方面的應用研究。提出了“自然—人工”二元水循環理論,系統建立了水循環及伴生水生態、水化學和水沙過程綜合模擬與多維調控技術體系。獲聯合國全球人居環境獎,被授予全國先進工作者、全國優秀科技工作者、中央國家機關五一勞動獎章等多項榮譽稱號。截至2019年9月,王浩已發表專著38部,申請及授權專利206余項,發表學術論文630余篇。其中,SCI檢索166篇,EI檢索181篇,CSCD 280余篇。獲國家科學技術進步獎一等獎1項,國家科學技術進步獎二等獎7項。


編輯:趙凡

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