萬海斌，羅 鵬

（1.水利部水旱災(zāi)害防御司，100053，北京；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)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(guān)注和議論，特別是地鐵5號線沒有及時停運(yùn)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(zāi)害預(yù)報預(yù)警還不夠精準(zhǔn)，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(zāi)害精準(zhǔn)防控上下功夫，開展成災(zāi)機(jī)理研究，建立健全計算模型，動態(tài)研判成災(zāi)風(fēng)險，完善預(yù)警手段，提前采取行動，避免時空重合，真正做到從災(zāi)后救助向災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)變。

一、洪澇災(zāi)害成災(zāi)前提條件及避免成災(zāi)路徑

承災(zāi)體成災(zāi)的前提是致災(zāi)力大于抗災(zāi)力且致災(zāi)體和承災(zāi)體在時空上重合。即：

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

對洪澇災(zāi)害而言，致災(zāi)體主要是洪水，其致災(zāi)力主要由水深、流速、渾濁度等要素決定。而承災(zāi)體則種類繁多，人群、動植物、房屋建筑、水利工程、交通設(shè)施、耕地等，只要可能暴露在致災(zāi)體影響范圍內(nèi)的物體都是承災(zāi)體，其抗災(zāi)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(zhǔn)確結(jié)果，這給致災(zāi)力和抗災(zāi)力對比帶來極大困難。

從技術(shù)層面看，避免成災(zāi)有以下幾種路徑：

①承災(zāi)力大于致災(zāi)力，可以通過提升承災(zāi)力或降低致災(zāi)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(zāi)害防御而言，避免成災(zāi)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(zāi)力。

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

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

④蓄滯洪區(qū)應(yīng)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(zāi)力。

⑤工程搶險。在短時間內(nèi)快速提升承災(zāi)體抗災(zāi)力。

⑥除險加固。提前通過工程手段提升承災(zāi)體抗災(zāi)力至設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

⑦聯(lián)合運(yùn)用。通過聯(lián)合運(yùn)用水庫調(diào)度、人員轉(zhuǎn)移、工程搶險和蓄滯洪區(qū)運(yùn)用等多種手段，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)目的。

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

二、致災(zāi)力抗災(zāi)力計算

1.致災(zāi)力計算

以洪水為例，其致災(zāi)力與水深、流速、淹沒時長等因素有關(guān)，山洪還與渾濁度有關(guān)。

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

2.抗災(zāi)力計算

以堤壩為例，抗災(zāi)力與材質(zhì)、斷面、缺陷、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工程質(zhì)量等因素有關(guān)。

式中，F(xiàn)抗代表承災(zāi)體抗災(zāi)力，m、s1、d、s2、q分別代表堤壩材質(zhì)、斷面、缺陷、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工程質(zhì)量。

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

以人體為例，其抗災(zāi)力與身高、體重、年齡、身體狀況等有關(guān)。

式中，F(xiàn)人體抗代表人體抗災(zāi)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(guān)鍵。

三、致災(zāi)體承災(zāi)體位置確定

1.致災(zāi)體位置確定

對于洪澇災(zāi)害來說，降雨產(chǎn)生洪水，降雨預(yù)報的準(zhǔn)確性決定了洪水的準(zhǔn)確性，而降雨預(yù)報不確定性較大，導(dǎo)致洪水位置具有不確定性，即致災(zāi)體的（x，y，z，t）具有不確定性，從而給研判是否成災(zāi)造成極大困難。我國目前大江大河洪水預(yù)報準(zhǔn)確性較高，但城市內(nèi)澇預(yù)報和中小河流洪水預(yù)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(yù)見期及預(yù)報精度不足的問題。

2.人體位置的確定

隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，交通工具日益發(fā)達(dá)、人類活動范圍不斷擴(kuò)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(zāi)害預(yù)警和組織人員轉(zhuǎn)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(yù)警并組織轉(zhuǎn)移更是難上加難。

3.工程設(shè)施位置確定

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

四、洪澇災(zāi)害防御主要措施建議

1.防止致災(zāi)體與承災(zāi)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(shè)。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(zāi)害情況看，占用河道、湖泊、濕地等洪水調(diào)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(jìn)行開發(fā)建設(shè)，而這些地方往往是超標(biāo)準(zhǔn)洪水宣泄通道。

②提前轉(zhuǎn)移。當(dāng)預(yù)報將發(fā)生洪澇并可能威脅承災(zāi)體安全時，組織群眾和可移動重要設(shè)施設(shè)備有序轉(zhuǎn)移，避免與致災(zāi)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(rèn)知上的局限，使得不愿轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移不堅決、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于預(yù)案規(guī)定人數(shù)，加之轉(zhuǎn)移后管制不到位，不少群眾轉(zhuǎn)移后返回，造成人員傷亡甚至是出現(xiàn)群死群傷事件，教訓(xùn)極為深刻。

③緊急轉(zhuǎn)移。是指生命個體面臨危險所采取的措施，時間更為緊迫，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移出來。

④停產(chǎn)停課。當(dāng)預(yù)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(yīng)急管理難度，節(jié)約應(yīng)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(zāi)甚至加劇災(zāi)害發(fā)展。很多地下空間受淹后停電導(dǎo)致通信中斷，致使信息指令上傳下達(dá)嚴(yán)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(jìn)水電梯停運(yùn)，導(dǎo)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(zāi)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(dá)標(biāo)，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(jìn)一步加大資金投入，盡快完成江河堤防水庫大壩達(dá)標(biāo)建設(shè)，確保所有防洪工程達(dá)到設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)，把防洪工程的抗災(zāi)力提升到設(shè)計指標(biāo)，確保遇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水不出險不出事。

②險情搶護(hù)。汛期出險導(dǎo)致防洪工程抗災(zāi)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(zāi)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(dǎo)致抗災(zāi)力下降更為普遍，出險潰決直接影響防護(hù)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(zāi)力，達(dá)到或超過出險前的標(biāo)準(zhǔn)，恢復(fù)防洪功能。

3.降低致災(zāi)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(zāi)力。2021年，通過調(diào)度嫩江上游尼爾基水庫，共攔蓄洪水50.32億m3，在應(yīng)對嫩江3次編號洪水調(diào)度中，最大削峰率分別達(dá)61.6%、100%和39.5%，降低下游河道水位最大達(dá)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(zāi)力。

②運(yùn)用蓄滯洪區(qū)。當(dāng)水庫攔蓄依然無法把洪水致災(zāi)力降低至堤防抗災(zāi)力以下時，就必須啟用蓄滯洪區(qū)調(diào)蓄洪水，以保證調(diào)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(qiáng)降雨，水位急劇上漲，通過運(yùn)用蒙洼等8個行蓄洪區(qū)，調(diào)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(zāi)力降至堤防抗災(zāi)力以下。

③非常規(guī)措施。水庫出險后，大壩抗災(zāi)力急劇下降，在抓緊險情搶護(hù)提高大壩抗災(zāi)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(zāi)力至大壩抗災(zāi)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(zāi)力的作用。

4.分析研判

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

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

③致災(zāi)力計算。包括暴雨、臺風(fēng)、洪澇等致災(zāi)力準(zhǔn)確計算，尤其是運(yùn)行軌跡計算，更是精準(zhǔn)防控的關(guān)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，盡量減少不確定性。

④抗災(zāi)力計算。主要是防洪工程、人體、重要工程設(shè)施等主要承災(zāi)體的抗災(zāi)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(shè)施包括交通干線、重要企業(yè)工廠、國防設(shè)施等。面對復(fù)雜多樣的承災(zāi)體，尤其是出險后的防洪工程，其抗災(zāi)力計算基礎(chǔ)理論薄弱、計算模型缺乏，精準(zhǔn)計算難度極大，需要下大力氣盡快予以解決。

5.防洪調(diào)度

①水庫防洪調(diào)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(zāi)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(diào)度難度極大。如何科學(xué)調(diào)度水庫，最大限度發(fā)揮水庫防洪減災(zāi)效益是世界性難題。單一水庫調(diào)度不論是理論還是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都比較完善與規(guī)范，也在歷年的洪澇災(zāi)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(dá)100%。

②蓄滯洪區(qū)運(yùn)用。我國共有國家級蓄滯洪區(qū)98個，總?cè)萘窟_(dá)1 057億m3，是防洪減災(zāi)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(yùn)用最為頻繁。

③聯(lián)合調(diào)度。水庫、堤防、蓄滯洪區(qū)是洪澇災(zāi)害防御“三大件”，通過與洪水預(yù)報成果聯(lián)合調(diào)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(jìn)行了有益探索，取得了較為明顯的經(jīng)濟(jì)社會效益，為在其他流域推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，形成了可復(fù)制的經(jīng)驗和建設(shè)模式。

五、精準(zhǔn)防控典型案例

1.堤防決口封堵（提高抗災(zāi)力）

1998年汛期，長江流域先后發(fā)生8次強(qiáng)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(dǎo)致堤防決口，決口寬度近40 m，流量300多m3/s，堤防抗災(zāi)力幾乎為零。如不盡快封堵，將導(dǎo)致九江市區(qū)進(jìn)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(wù)院總理朱镕基、副總理溫家寶先后趕赴九江指導(dǎo)堵口工作。累計調(diào)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(jī)械設(shè)備25臺，采用鋼木土石壩等堵口技術(shù)，奮戰(zhàn)5晝夜，堵口成功合龍，歷經(jīng)13天完成全部堵口復(fù)堤任務(wù)，將堤防抗災(zāi)力提升到足以抵御洪水致災(zāi)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(hù)（提高抗災(zāi)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(fēng)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(zāi)力急劇下降，存在潰壩危險。有關(guān)部門在分析出險原因后果斷采取遠(yuǎn)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(fù)3號副壩抗災(zāi)力，同時打開泄洪洞,加大水庫泄流，通過降低庫水位達(dá)到降低致災(zāi)力的目的，最終險情得到有效控制。

3.緊急轉(zhuǎn)移（避免時空重合）

2021年四川省涼山州前后遭遇10余輪強(qiáng)降雨，有關(guān)部門強(qiáng)化預(yù)報，及時發(fā)出預(yù)警，果斷組織受威脅地區(qū)群眾轉(zhuǎn)移17余萬人次，成功避讓山洪災(zāi)害40起，避免近1 000人因災(zāi)傷亡，其中木里縣7月5日在按照預(yù)警要求轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)度（降低致災(zāi)力）

在應(yīng)對2021年秋汛過程中，水利部門聯(lián)合調(diào)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(jié)合南水北調(diào)供水調(diào)度，累計攔洪總量達(dá)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(yùn)用。

六、結(jié) 語

洪水等致災(zāi)體致災(zāi)力和防洪工程等承災(zāi)體抗災(zāi)力計算、運(yùn)動軌跡確定及兩者時空重合度分析研判是洪澇災(zāi)害精準(zhǔn)防控的關(guān)鍵，目前在我國乃至國際上都屬于起步階段，從降雨預(yù)報到洪水預(yù)報，從致災(zāi)力計算到運(yùn)動軌跡確定，從抗災(zāi)力計算到時空重合分析，理論、模型、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)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。