防洪救灾中现代科学技术的应用

      以电视为主体的媒体对洪水以及防洪抢险的场面都进行了大量而生动的报导。民众为洪水的残酷而震惊，也为数百万军民的英勇和牺牲精神所感动。同时，也有许多人产生了疑问和困惑，比较集中的问题是：

 

      中国年年修水利，为什么年年闹水灾，水利是怎么修的？

      社会已快进入21世纪了，防洪抢险怎么还那么落后，看不到现代化技术的影子？

 

      所以我想就这两个问题谈些意见。

      社会愈发展，对灾害愈脆弱

      许多人会天真地认为，随着社会的发展，科学技术的进步，国力的增强，防灾救灾的能力会逐步提高，各种自然灾害所造成的损失会逐年减少，乃至彻底杜绝各种灾害所造成的损失。实际上，这可能只是一种美好的心愿。事实证明，社会愈发展，相对于自然灾害愈脆弱。其原因在于：

 

      诱发自然灾害的因素具有极大的能量。人类在可以预见的期间内还不可能具备足以与其抗衡的技术和能量。据测算，最大地震的能量相当于2000颗投在广岛的原子弹，最大级火山爆发的能量又是地震能量的10～100倍，而一次台风可带来1000亿立方米的降雨。因此在遭遇大型自然灾害时人类还很难完全控制和防御它。由此而得出的结论是人类必须树立与自然灾害长期共存的思想，到任何时候自然灾害都不可能完全杜绝。换句话说，自然灾害将伴随人类社会的始终，人类应当作的不是企望消灭自然灾害，而是学会如何适应自然灾害，在我们力所能及的条件下，把自然灾害所造成的损失控制在最小范围内。

 

      自然灾害损失将随社会发展同步增长。随着社会经济的发展，人口与资产向洪泛区集中的趋势将有所加强。我国约有1/3的耕地、1/2的人口、2/3的资产位于受洪涝灾害威胁的洪泛区内。一般而言，在沿河两岸平原地区，土地资源及水资源较丰富，交通便利，历史文化悠久，因而人口和资产的密度都远大于山区、丘陵区和干旱及半干旱地区。同时这些地区又多是洪涝灾害多发的洪泛区域。总体来说，沿河两岸地区经济发展快，逐渐形成沿江沿河经济带。城市密集，人口与资产增长迅速。而且老的城区及居民集中区大多首先选择相对安全的地域，而新的开发区、城镇新区则只能向相对风险较大的区域拓展，如低洼易涝地区，泥石流容易发生的沟口地区等，没有更多的选择余地。而且这些地区土地便宜，也诱使一些不了解灾害风险的人前往开发。总之，洪泛区特别是高风险地域内人口及资产的迅速增加，社会总体财富的增加，在发生同样洪水的条件下，所造成的财产损失逐年增加是必然趋势。日本从1973年至1973年的10年间，由台风所造成的经济损失增加了一倍。我国90年代初每年由洪涝灾害所造成的经济损失约800亿元左右，近几年都在2000亿元左右。

 

      社会的发展将导致致灾因子增强。社会经济的发展常表现为城市化，即城镇面积增加。相对洪涝灾害而言，城市化将使原有的农田变为住宅区或道路，其结果是城区周围透水地面减少，不透水地面增加。因而在相同降雨条件下雨水向地下的渗透量减少，在地面上流动的水量增加，使城区洪涝灾害致灾因子增强。这主要体现在两个方面，一是地表径流加大，洪水增加，灾情加重；另一方面由于地下水补充减少，使城区地下水位下降，加上超采地下水，引起地面沉降，则更容易产生内涝。

 

      城市现代化使其总体承灾能力降低。越是现代化城市相对于自然灾害越脆弱，这并不是耸人听闻之言。现代化城市人口及财产密度大，地下设施多，立体交叉道路多。而且电、水、煤气、通讯、交通、信息产业发达，而且各自形成网络，这些网络构成了城市的生命线系统，如人体的血液、呼吸、神经系统一样。城市依赖生命线系统维持正常运行，任何一个系统出现故障都可能导致城市某种程度的瘫痪，造成较大的经济损失。而且一个系统出现故障还可以诱发其它系统的故障。例如，一个变电站被洪水淹没可能导致供电系统故障，由此又可导致供水、通讯、交通、信息等系统不能正常工作。1982年日本长崎大水导致交通全部瘫痪，仅汽车就被冲入大海2万余辆，其原因是这些汽车都是所谓新式“全自动汽车”，门窗也全靠电动开闭，突然遭遇洪水使电路集中的底盘被淹，结果电路失灵，门窗无法开启，汽车便如船一样漂如大海，车毁人亡。美国1993年密西西比河发生大水，使信息网络被破坏，完全依赖于计算机管理的厂矿企业及管理部门陷于瘫痪，仅此损失数亿美元。生活生产的现代化，使社会更依赖于各式各样的网络，而一旦这些网络失灵，人们将会手足无措。

 

      当然，上面我所列举的各种观点只反映了现代社会随经济发展而因自然灾害所产生的经济损失会不断增加的一个方面；另一方面随现代科学技术的进步，社会总体抗灾能力也会不断提高。如自然灾害的预测、预警技术，先进的灾害信息 传达技术，现代化的交通、运输工具，住宅及工程建筑物标准的不断提高，都可能使因灾害造成的伤亡人数大为减少。因此在发达国家发生非突发性自然灾害时，其伤亡人数都在数十人范围内。有的国家提出：“即使发生大洪水，也不死一人”的目标，看来也是可以实现的。我国历史上多次发生死亡百万、数十万人的大水灾，但随现代化技术的进步，一般每年因洪水死亡人数已降至2000人左右。

 

      综上所述，面对现实，我们无法防止自然灾害的发生，但是可以通过我们最大限度的努力，使自然灾害所造成的经济损失最大限度地减少，特别要把减少灾害伤亡人数作为防灾减灾的首要目标。为实现这一目标，一般可以采用两种措施，即工程措施与非工程措施。工程措施即通过修建各种防灾工程设施提高全社会生产生活环境的安全度，减少灾害风险。非工程措施即通过各种行政、技术管理手段，制约社会的不当行为，建立与自然灾害特点相适应的生产生活方式，以减少灾害发生时可能产生的损失。工程措施是对自然环境的改善，非工程措施是改善人与自然的关系，两者的目标都是最终减少自然灾害所造成的损失。

 

      新兴科技成果，逐渐溶入古老的防洪技术

      防洪技术是一门非常古老的技术，“兵来将挡，水来土掩”筑堤防洪已成定论。因此在长达数千年的中国防洪史中，筑堤技术、堤防抢险技术已成为我国防洪技术的主流，特别是围绕筑堤技术逐渐成为遥堤、缕堤、格堤、月堤、减水坝组成的堤防系统，以及与之相适应的提防守护、岁修制度也十分完善，流传至今。但总体而言，至解放前夕，我国的大江大河都未能形成十分完整的防洪工程体系，防洪标准非常低，难以抵挡较大洪水，因此三年两灾，洪涝灾情十分严重。洪水常漫及数省，因灾死亡人数常达数十万人，1939年海河水系大水造成100万人死亡。

 

      解放后，由于国家的统一和经济实力的不断增强，水利事业才取得迅速的发展，设立了七大流域管理机构，实施流域的统一规划和治理。在五十年的时间内建设15米高以上大坝8400余座，修筑和加固江河堤防25万公里，基本形成了完整的防洪工程体系。历来以害海闻名的黄河安然无恙，全国各大江河基本能控制一般洪水，而且防洪标准在不断提高。但由于水利工程建设的特点，如投资大，三峡大坝建设需1500亿，一般在大江大河上筑坝投资总在数百亿；工程量大，长江的堤防建设在解放后动用土方达10亿立方米，每公里堤防加高1米，常需增加土方2～3万立方米。因此，构筑堤、坝等防洪工程体系必须以就地取材、以土石为主，难以大量采用新材料。即使如此，也需要每年数百亿元投资。由于十年动乱等原因，在相当长一段时间内水利工程建设投入严重不足，欠债太多，防洪标准比其它国家低很多，出现了经济快速发展及防洪标准偏低的严重矛盾，也是近年来水灾损失不断增加的主要原因。但是，不能对此操之过急，也不能指望在很短时间内就形成我国高标准的防洪工程体系。要根据我国的经济实力，不断增加对水利的投入，并且要保持逐年稳定的投入，使大江大河的防洪标准逐渐提高。并且利用现代科学技术中的新成果，使其不断溶入我国古老的防洪技术，创造出适合我国国情的现代防洪技术。目前在我国防洪工程中已逐渐广泛应用的新兴技术包括：

 

      （一）现代通讯技术

      在防洪抢险中，洪水预报、水情及灾情的迅速传达是十分重要的环节。直到八十年代，大部分防洪信息还要靠电话、电报、对讲机来传达。通讯速度慢、可靠性差，服务范围小，一遇汛期恶劣天气，常造成通讯中断。1975年8月河南板桥及石漫滩水库出现险情时，由于电话中断，不能及时向下游传达，发生溃堤后造成8.4万人死亡的惨剧。但随着现代通讯技术的进步，光缆通讯、微波通讯、卫星通讯、移动通讯、流星追踪通讯等广泛在防洪中应用，保证了信息的及时传递。

 

      （二）水情预报技术。

      要准确预报水情，必须正确预报降雨。对降雨预报分为长期、中期、短期预报、实时预报。长期预报是跨年度预报，中期预报是跨月预报，短期预报一般是指近1～3天内的预报，实时预报是近1～2小时内的预报。目前全世界都还没有解决长期预报问题，中期预报的可靠性也很差，短期预报的精度不断提高，实时预报已有较好的精度。但是随着雷达测雨、卫星云图、全球气象数值模型等新技术的应用，降雨预报的预见期逐渐加长，精度不断提高。对1998年洪水的预报应当说是十分成功的。在5～6月份气象和水利部门就发表了在长江流域可能发生1954年型大水的预报，防汛部门召开了全国防汛工作会议进行了紧急部署。由于在人力物力上有了充分的准备，保证了98全民防洪斗争的胜利。

 

      雷达测雨在欧美及日本已广泛应用，它可以精确地预报数小时后流域内降雨强度、分布、移动方向及移动速度等，是实时降雨预报的有力工具。

 

      利用卫星云图通过对云层厚度、温度等方面的分析，辅以其它气象因素的判断，可以较好地进行短期降雨预报。

 

      利用全球气象数值模型，对全球水、汽输移进行计算模拟，可以进行全球气象形势分析，再与历史上类似年份的气象形势对比分析，可以进行中、长期降水预报。

 

      在雨情预报的基础上，由于现代计算机技术的迅速发展，河道洪水演进，即洪水预报以及洪水灾情预报技术都有很大提高。流域产汇流模型、水文学预报模型、水力学预报模型、人工神经网络预报模型等都在不断完善。针对黄河含砂量高，河床冲淤变化激烈的水沙预报模型也投入使用。江河洪水预报技术将日臻完善。

 

      （三）信息管理技术。

      在防洪决策过程中，将会涉及大量水文、气象、工程、社会经济等方面的信息。目前已初步形成了与国家防汛抗旱总指挥部办公室联网的信息管理系统，由水利部信息中心负责信息管理。

 

      在信息管理中还广泛地应用了地理信息系统、卫星定位系统、多媒体等新技术。在北京可以及时获得全国各地的水情、灾情及有关的各类信息。

 

      （四）遥感监测技术

      在洪水发生时，对洪水的举动、灾情等实行大范围的监测是十分必要的。而利用卫星遥感、机载遥感对灾情进行实时监测已取得十分重要成果，已实现在多云天气、夜间的成功监测。监测的画面可从现场直接向北京传送。不仅可准确判断淹没范围，还可以判断淹没水深，以及淹没农田的减产幅度等，水利部遥感中心已成功地对辽河、淮河、长江洪水进行了有效的监测。与地理信息系统相结合，还可以通过遥感技术准确地判断洪水灾害所造成的经济损失及受灾人口等。

 

      （五）防洪决策技术

      集通讯、信息管理、洪水预报、灾害监测、洪水优化调度等新兴技术为一体的防洪决策支持系统已在各大流域内逐渐形成。黄河、长江、淮河等都已初具规模，目前国家防洪抗旱总指挥部正集中全国专家在制定全国防洪决策指挥系统的实施方案。防洪科学决策已指日可待。

 

      （六）推广洪涝灾害风险图。

      利用数值模拟技术可以准确地预见各江河遭遇超标准洪水或工程失事情况下可能发生的洪涝灾害，包括可能发生的淹没范围、水深、持续时间、洪水流速等。据此可推断各地域遭遇洪涝灾害的危险程度。以此为依据，可制定各地的土地开发利用规划、确定防洪标准、洪水保险收费标准、堤防保护范围等，对洪涝灾害实行有效的风险管理。

 

      除上述在管理方面的软科学技术进步之外，在防洪工程建设技术中也取得了较为明显的进步。

 

      （一）筑坝技术

      已初步实现了机械化实行和科学管理。在混凝土重力坝建设中目前成功的发展了混凝土碾压筑坝技术，加快了施工进度，节省了投资。在土石坝方面成功地应用了面板堆石坝技术和无纺布防渗土坝施工技术，都达到了国际先进水平。

 

      在建设超200米高大坝时，溢洪道下游的消能防冲技术我国已领先于世界水平。近年来在我国广泛应用的宽尾墩消能为代表的收缩式消能工以及掺气减蚀等技术属我国首例。

 

      （二）堤坝防渗技术

      土堤内经常会发生裂缝、动物洞穴，成为堤防的隐患，在洪水期间导致管涌、溃堤等重大事故。在近年来我国成功地开发了堤防劈裂灌浆、打设连续混凝凝土防渗墙等方面取得多项技术成果。此外在防洪抢险中应用土工布、模袋混凝土等新材料防冲防渗也都在防洪中发挥了重要作用。

 

      但是相对于其它发达国家，相对于我国其它行业，在水利建设中的技术进步较落后。除已列举的原因外，我国水利科研投资严重不足，国家级水利科研力量需要“找米下锅”不能投入水利科研主战场等现行科研体制都是制约水利科技发展的因素。我国目前6万公里大江大河干堤的防洪标准只有10～20年一遇，要达到50～100年一遇还有相当的距离，任重道远，还需要奋斗几十年。