浅谈洪涝灾害精准防控

万海斌，罗 鹏

（1.水利部水旱灾害防御司，100053，北京；2.水利部水利水电规划设计总院，100120，北京）

2021年河南“7·20”特大暴雨造成重大人员伤亡和财产损失，引起社会舆论的广泛关注和议论，特别是地铁5号线没有及时停运和京广路隧道没有及时管制造成人员伤亡更是成为舆论焦点。地铁和隧道被淹事件折射出洪涝灾害预报预警还不够精准，防控工作还存在不少短板，特别是与人民至上、生命至上的执政理念相比还存在巨大差距等问题，必须在洪涝灾害精准防控上下功夫，开展成灾机理研究，建立健全计算模型，动态研判成灾风险，完善预警手段，提前采取行动，避免时空重合，真正做到从灾后救助向灾前预防转变。

一、洪涝灾害成灾前提条件及避免成灾路径

承灾体成灾的前提是致灾力大于抗灾力且致灾体和承灾体在时空上重合。即：

F致＞F抗且S致灾体（x1，y1，z1，t1）=S承灾体（x2，y2，z2，t2）上式中，F致为致灾力，F抗为抗灾力，S致灾体（x1，y1，z1，t1）为致灾体时空属性，S承灾体（x2，y2，z2，t2）为承灾体时空属性。

对洪涝灾害而言，致灾体主要是洪水，其致灾力主要由水深、流速、浑浊度等要素决定。而承灾体则种类繁多，人群、动植物、房屋建筑、水利工程、交通设施、耕地等，只要可能暴露在致灾体影响范围内的物体都是承灾体，其抗灾力影响因素十分繁多，计算方法也各不相同，计算难度极大，受现有科技水平限制和客观条件制约，往往难以得出准确结果，这给致灾力和抗灾力对比带来极大困难。

从技术层面看，避免成灾有以下几种路径：

①承灾力大于致灾力，可以通过提升承灾力或降低致灾力实现。

②空间上不重合，即（x1，y1，z1）与（x2，y2，z2）至少有一组不相等。

③时间上不重合，即t1≠t2。

就洪涝灾害防御而言，避免成灾主要有以下几种措施：

①水库拦蓄。降低下游地区洪水水深、流速、浸泡时间等，也即降低洪水致灾力。

②堤防挡水。避免洪水进入防洪保护区，即防止致灾体与承灾体在时空上重合。

③人员转移。让承灾体提前离开致灾体影响范围，即防止致灾体与承灾体在时空上重合。

④蓄滞洪区应用。降低下游地区洪水水深、流速、浸泡时间等，也即降低洪水致灾力。

⑤工程抢险。在短时间内快速提升承灾体抗灾力。

⑥除险加固。提前通过工程手段提升承灾体抗灾力至设计标准。

⑦联合运用。通过联合运用水库调度、人员转移、工程抢险和蓄滞洪区运用等多种手段，达到防灾减灾目的。

由此可见，在工作层面上主要可通过三种手段达到洪涝灾害防御的目的，即降低致灾体致灾力、提升承灾体抗灾力、避免致灾体与承灾体时空重合，实际工作中可以单独运用或联合运用。

二、致灾力抗灾力计算

1.致灾力计算

以洪水为例，其致灾力与水深、流速、淹没时长等因素有关，山洪还与浑浊度有关。

式中，F致代表致灾体致灾力，h、v、t分别代表水深、流速、淹没时长。

2.抗灾力计算

以堤坝为例，抗灾力与材质、断面、缺陷、设计标准、工程质量等因素有关。

式中，F抗代表承灾体抗灾力，m、s1、d、s2、q分别代表堤坝材质、断面、缺陷、设计标准、工程质量。

我国防洪工程体系建设历史悠久，大量堤坝建于20世纪70—80年代甚至更为久远，建造材质无法确定，加之缺陷具体位置大小以及工程质量难以确定，多种材质、缺陷以及工程质量在抗灾方面的机理尚不清晰，在具体计算中难以量化，往往难以对堤坝抗灾力进行准确计算。

以人体为例，其抗灾力与身高、体重、年龄、身体状况等有关。

式中，F人体抗代表人体抗灾力，h、w、y、b分别代表人体身高、体重、年龄、身体状况，其中身高与身体状况尤以关键。

三、致灾体承灾体位置确定

1.致灾体位置确定

对于洪涝灾害来说，降雨产生洪水，降雨预报的准确性决定了洪水的准确性，而降雨预报不确定性较大，导致洪水位置具有不确定性，即致灾体的（x，y，z，t）具有不确定性，从而给研判是否成灾造成极大困难。我国目前大江大河洪水预报准确性较高，但城市内涝预报和中小河流洪水预报依然是短板。2021年河南郑州“7·20”特大暴雨中就暴露出城市内涝和中小河流洪水预见期及预报精度不足的问题。

2.人体位置的确定

随着经济社会发展，交通工具日益发达、人类活动范围不断扩大、个体移动速度越来越快，采用传统手段确定个体位置越来越难，从而给灾害预警和组织人员转移带来极大挑战，尤其汽车成为基本交通工具，确保每个人都能及时收到预警并组织转移更是难上加难。

3.工程设施位置确定

相对人类个体来说，水利工程、交通设施等承灾体的位置基本固定，短时间内不会发生变化。

四、洪涝灾害防御主要措施建议

1.防止致灾体与承灾体时空重合

①超前规避。做好国土利用规划，避免在洪泛区开发建设。要改变以前各自为政搞规划的做法，统一开展国土空间规划。国土规划必须纳入防洪规划内容，避免在易洪区、易涝区布置重大工程项目，不能搞房地产开发，尤其不得占用河道、湖泊、湿地大肆开发。从历次洪涝灾害情况看，占用河道、湖泊、湿地等洪水调蓄区甚至通道的现象都不同程度存在。比如武汉在1987—2013年湖泊面积减少近1/3，曾经的“一江两岸”城市规划很多都占用了江河另一岸进行开发建设，而这些地方往往是超标准洪水宣泄通道。

②提前转移。当预报将发生洪涝并可能威胁承灾体安全时，组织群众和可移动重要设施设备有序转移，避免与致灾体在时空上的重合，是避免人员伤亡的有效手段。但不少干部群众受知识、经验、认知上的局限，使得不愿转移、转移不坚决、转移后返回等事件时有发生，往往造成重大人员伤亡。郑州“7·20”特大暴雨中许多镇村实际转移人数远远少于预案规定人数，加之转移后管制不到位，不少群众转移后返回，造成人员伤亡甚至是出现群死群伤事件，教训极为深刻。

③紧急转移。是指生命个体面临危险所采取的措施，时间更为紧迫，转移难度更大，尤其是在水流湍急的中小河流，只有重型车辆才能将被困人员转移出来。

④停产停课。当预报洪涝来临时及时停产停课、非必要不出门，可有效减少洪涝威胁区人员密度，从而避免人水时空重合，同时也可以降低人流应急管理难度，节约应急管理资源。

⑤交通管制。在河南“7·20”特大暴雨洪水中，如果能及时停运地铁、封闭隧道，就可以避免人员伤亡和财产损失。所以及时进行交通管制，是新形势下减少人员伤亡和财产损失的有效手段。

⑥地下空间管理。除地铁、隧道等外，地下车库、地下室等进水也会造成人员伤亡和财产损失，或者造成停水停电等事件，不仅影响群众正常生活，而且影响抢险救灾甚至加剧灾害发展。很多地下空间受淹后停电导致通信中断，致使信息指令上传下达严重受阻。在河南“7·20”特大暴雨洪水中，郑州某小区由于地下室进水电梯停运，导致20层高的楼房停水停电10余天，给群众日常生活带来极大不便。

2.提升抗灾力

①工程加固。尽管1998年以后我国开展了大规模的堤防加高加固、水库大坝除险加固，但仍有大量堤防未达标，13 000多座水库为病险库，汛期出险甚至垮坝决口事件时有发生。因此必须进一步加大资金投入，尽快完成江河堤防水库大坝达标建设，确保所有防洪工程达到设计防洪标准，把防洪工程的抗灾力提升到设计指标，确保遇标准内洪水不出险不出事。

②险情抢护。汛期出险导致防洪工程抗灾力下降，如郑州常庄水库大坝在“7·20”洪水中出现多处管涌，危及大坝安全，大坝抗灾力下降，不仅不能有效发挥拦蓄洪水作用，而且一旦垮坝将给下游地区带来极大防洪压力，甚至造成重大人员伤亡和财产损失。堤防出险导致抗灾力下降更为普遍，出险溃决直接影响防护区群众生命财产安全。因此，必须及时组织人力物力抢险，如消除险情、加筑子堤等，在短时间内提高堤坝抗灾力，达到或超过出险前的标准，恢复防洪功能。

3.降低致灾力

①水库拦蓄。通过上游水库拦蓄洪水，有效降低下游地区洪水位，减轻洪水对下游堤防的致灾力。2021年，通过调度嫩江上游尼尔基水库，共拦蓄洪水50.32亿m3，在应对嫩江3次编号洪水调度中，最大削峰率分别达61.6%、100%和39.5%，降低下游河道水位最大达1.27 m。特别是7月18日嫩江支流诺敏河发生溃坝洪水时，尼尔基水库持续27 h零出流，为诺敏河洪水错峰，有效保障了嫩江干流堤防及诺敏河堤防防洪安全。河南“7·20”洪水期间，位于郑州荥阳市境内的丁店水库，将上游近3 000万m3洪水悉数拦蓄，极大降低了下游贾鲁河的洪水致灾力。

②运用蓄滞洪区。当水库拦蓄依然无法把洪水致灾力降低至堤防抗灾力以下时，就必须启用蓄滞洪区调蓄洪水，以保证调蓄后的洪水安全下泄，不至于对下游堤防造成破坏。2020年，淮河王家坝以上地区发生强降雨，水位急剧上涨，通过运用蒙洼等8个行蓄洪区，调蓄洪水20.5亿m3，降低下游河道水位0.2～0.4 m，将下游地区洪水致灾力降至堤防抗灾力以下。

③非常规措施。水库出险后，大坝抗灾力急剧下降，在抓紧险情抢护提高大坝抗灾力的同时，必须通过启用非常溢洪道、开挖溢洪道高程、抽水等措施，尽快降低库内水位以降低致灾力至大坝抗灾力之下。如2021年6月26日，江西福山源水库出现漏水险情后，立即采用开挖溢洪道加大泄流量、水泵抽水、全开发电涵洞等措施降低水库水位，从而起到降低水库蓄水致灾力的作用。

4.分析研判

①降雨预报。降雨范围、强度、时间对洪水预报极为重要，制约了洪水预报的预见期和精度，而目前降雨预报尚无法做到定时定点定量，特别是中小河流，由于降雨预报精度不高、预见期短，难以提前发出预警或预警时间太短，转移难度大。因此，要采用雷达测雨及人工智能等现代信息技术，进一步提高降雨预报水平。

②洪水预报。目前大江大河洪水预报已经达到较高水平，但城市洪涝预报、中小河流洪水预报依然水平较低，难以满足洪涝灾害精准管控要求，需要加大力气解决问题、补齐短板。

③致灾力计算。包括暴雨、台风、洪涝等致灾力准确计算，尤其是运行轨迹计算，更是精准防控的关键所在。需要加大创新力度，建立完善计算理论、模型，形成技术标准体系，尽量减少不确定性。

④抗灾力计算。主要是防洪工程、人体、重要工程设施等主要承灾体的抗灾力分析计算，防洪工程包括水库大坝、江河堤防、泵站闸门等，重要工程设施包括交通干线、重要企业工厂、国防设施等。面对复杂多样的承灾体，尤其是出险后的防洪工程，其抗灾力计算基础理论薄弱、计算模型缺乏，精准计算难度极大，需要下大力气尽快予以解决。

5.防洪调度

①水库防洪调度。充分利用水库拦蓄洪水、削峰错峰，降低下游河道水位是降低洪水致灾力的重要手段和首选，既要最大限度降低下游水位，又要确保大坝自身安全，调度难度极大。如何科学调度水库，最大限度发挥水库防洪减灾效益是世界性难题。单一水库调度不论是理论还是技术标准都比较完善与规范，也在历年的洪涝灾害防御中发挥了重要作用。据不完全统计，2021年全国大型水库共拦蓄洪水1 300多亿m3，个别水库最大削峰率达100%。

②蓄滞洪区运用。我国共有国家级蓄滞洪区98个，总容量达1 057亿m3，是防洪减灾工程体系的重要组成部分。其中长江、海河流域蓄滞洪区数量最多，分别为44个和28个，而淮河流域蓄滞洪区运用最为频繁。

③联合调度。水库、堤防、蓄滞洪区是洪涝灾害防御“三大件”，通过与洪水预报成果联合调度，可以最大限度发挥防洪工程防洪效益。水利部长江水利委员会对此进行了有益探索，取得了较为明显的经济社会效益，为在其他流域推广应用奠定了基础，形成了可复制的经验和建设模式。

五、精准防控典型案例

1.堤防决口封堵（提高抗灾力）

1998年汛期，长江流域先后发生8次强降雨，历时近百天，由于缺乏超大型水库拦蓄，长江中下游堤防水位全线超警，许多江段超保，险情频发多发。1998年8月7日13时10分，长江干堤九江城防段出现重大漏洞险情，14时30分左右，大堤突然塌陷导致堤防决口，决口宽度近40 m，流量300多m3/s，堤防抗灾力几乎为零。如不尽快封堵，将导致九江市区进水受淹，出现重大人员伤亡和财产损失，甚至发生长江改道重大事件，决口封堵刻不容缓。时任国务院总理朱镕基、副总理温家宝先后赶赴九江指导堵口工作。累计调动2.4万名官兵，消耗沉船10艘、土石方112万m3、粮食2 700 t、钢材80 t、土工布8 400 m2，动用船只263艘、车辆200辆、大型机械设备25台，采用钢木土石坝等堵口技术，奋战5昼夜，堵口成功合龙，历经13天完成全部堵口复堤任务，将堤防抗灾力提升到足以抵御洪水致灾力的水平，创造了大江大河堵口抢险史上的奇迹。

2.水库险情抢护（提高抗灾力）

两岔河水库位于长江流域沅江水系舞阳河上游，贵州黄平县境内，总库容6 320万m3，主坝为钢筋混凝土面板砂砾石坝，最大坝高43 m，有5座副坝，均为黏土斜墙风化料坝。2014年7月17日23时，水库巡查人员发现水库3号副坝出现裂缝（斜纵缝），并引发坝体整体下挫，最大下挫接近70 cm，防浪墙垂直错位20多cm，水平错位10多cm，经分析，3号副坝出险后抗灾力急剧下降，存在溃坝危险。有关部门在分析出险原因后果断采取远程取砂石做反滤层、背面利用就近的黏土将坝体培厚、阻止滑坡体继续下滑等措施恢复3号副坝抗灾力，同时打开泄洪洞,加大水库泄流，通过降低库水位达到降低致灾力的目的，最终险情得到有效控制。

3.紧急转移（避免时空重合）

2021年四川省凉山州前后遭遇10余轮强降雨，有关部门强化预报，及时发出预警，果断组织受威胁地区群众转移17余万人次，成功避让山洪灾害40起，避免近1 000人因灾伤亡，其中木里县7月5日在按照预警要求转移251户1 042人3分钟后，项脚沟流域7条支沟相继暴发山洪泥石流，提前转移避免了人员和山洪泥石流的时空重合，未造成人员伤亡。

4.防洪调度（降低致灾力）

在应对2021年秋汛过程中，水利部门联合调度丹江口和石泉、安康、潘口、黄龙滩、鸭河口等干支流控制型水库拦洪削峰错峰，结合南水北调供水调度，累计拦洪总量达145亿m3，有效降低汉江中下游干流洪峰水位1.5~3.5 m，缩短超警天数8~14 d，有效减轻了中下游防洪压力，避免了丹江口下游河道超保和杜家台蓄滞洪区分洪运用。

六、结 语

洪水等致灾体致灾力和防洪工程等承灾体抗灾力计算、运动轨迹确定及两者时空重合度分析研判是洪涝灾害精准防控的关键，目前在我国乃至国际上都属于起步阶段，从降雨预报到洪水预报，从致灾力计算到运动轨迹确定，从抗灾力计算到时空重合分析，理论、模型、规范、标准等都存在许多需要逐步攻克的难题，需要十几年乃至几十年的不懈努力。