华北应“极”:特大洪水的回望与“新木桶效应”启示

虽然做了不少准备,但这轮暴雨的烈度和影响,还是超出了很多人的认知。

“我在这座电站待了30多年,没听过也没见过这么大的水!”“第一次经历连续下这么长时间的雨,第一次看到厂区外的那条干沟涨水。”8月3日,永定河流域投资有限公司下苇甸水电站站长周俊杰穿着还没来得及换下的工装,心有余悸地回忆起他在北京门头沟山区的“失联”经历。

雨从7月29日开始连下三天,一直没停过。深山里的下苇甸水电站遭遇山洪,周俊杰跑到厂房三楼的窗前看到,暴雨引发的山洪迅速填满干沟后,又冲倒厂区围墙,涌入厂房淹没一层。电站和上游大坝内包括周俊杰在内的14名员工因通讯中断与外界失联,一度出现在北京市应急管理部门的通报名单中。

山洪暴发前的下苇甸电站。受访者供图

山区的洪水来得快,退得也快。8月1日,雨下得小了,周俊杰的同事步行外出寻求支援,最终在当天下午与外界取得联系。

大洪水在山区横冲直撞一番后奔出,又将河北涿州这些山前平原城市困为“水城”——城区街道上的洪水水位直逼红绿灯。海河防总将防汛应急响应提升至Ⅰ级的最高级别,并启用八个蓄滞洪区进行分洪。

此系海河流域60年来的最强降雨和最大洪水,许多数据都创下历史极值。国家气象中心副主任张恒德称,此次京津冀区域降雨过程极为罕见,强度超过华北历史上三次极端暴雨过程,北京降雨持续时间达83小时。水利部将本次洪水判定为流域性特大洪水,并命名为海河“23·7”流域性特大洪水。

山区建坝与山洪沟治理

这次极端强降雨在北京的空间分布是不同的。

中国水利水电科学研究院副总工程师程晓陶告诉澎湃新闻,北京主城区属于潮白河水系,虽然总的雨量和2012年“7·21”暴雨相当,但因为下雨时间长,在总量一样的情况下,雨强就相对没那么强,所以主城区是有利于排水的。再加上“7·21”之后,北京加强了水利基础设施建设,这次发挥了很好的作用,所以主城区防洪排涝并没有很大压力。北京发布的数据显示,特大暴雨落区主要集中在北京西部山区,其中,门头沟区平均538毫米,房山区平均599毫米,远超北京全市平均降雨量331毫米。

暴雨在山区落地后形成山洪,来势快、量级大、峰值高。

海河水利委员会水旱灾害防御处处长杨志刚分析,海河流域山区地形陡峻,植被覆盖较差,降雨产汇流快,从山区降雨到河道出山口出现洪水,最长不过1至2天,短的仅几个小时。同时,山区、平原之间过渡带短,河流源短流急,洪水出山后,直接进入平原地区,洪水来势迅猛。

数据也显示,永定河流域卢沟桥最大洪峰流量是1925年以来的最高值,从1000立方米/秒上涨到峰值4650立方米/秒仅2个小时。大清河流域漫水桥站最大洪峰流量5300立方米/秒,是有实测资料以来的历史最高纪录,拒马河流域张坊站最大洪峰流量6200立方米/秒,位列有实测资料以来历史第二位。其中,大石河、拒马河两河断面洪量分别相当于2012年“7·21”强降雨的9倍和4倍。

与洪水巨大压力形成鲜明对比的是,山区防洪能力的有限。

程晓陶说,山区的调控手段本身有限,而这次暴雨强度又远远超出调控能力。“拒马河张坊以上流域面积有5000多平方公里,上游又没有控制性水利工程,今年洪水从山区出来到(北京房山区的)张坊镇时达到了6200立方米/秒,比北京‘7·21’时的2570立方米/秒翻一倍还不止。”位于北京房山区西南的十渡景区被“破坏得一塌糊涂”。

程晓陶回忆,1963年海河流域特大洪水之后编制的《海河流域综合规划》中,拒马河是规划有水库的,但由于规划的水库在京冀交界,区域之间的利益诉求差异很大,最后就搁置了。至于今后是否需要修建控制性水利工程,他认为还需要在流域防洪规划修编时进一步论证。“现在再想修建水库,又要淹公路又要淹景区,协调难度就更大了。”

中国工程院院士、南京水利科学研究院名誉院长、水利部气候变化研究中心主任张建云认为,今后还是应该在拒马河上游建设适当的拦蓄工程,“这不仅对防洪有重要作用,而且这个地区还是缺水的地区,对水资源的调节也非常重要。”

张建云表示,这次极端暴雨洪涝首先暴露出来的问题是山洪沟治理不到位。山洪暴发后,北京房山、门头沟城区街道变成了行洪河道,洪水把汽车都冲下来了,两侧的房屋都进了水。“我们一直强调要给洪水空间和出路,但这些街道两旁紧挨着的就是房屋建筑。因此我认为这些房屋应该向后退,留出一定的空间。这些房屋还应该和街道有一定的高差,山洪来了以后,街道作为河道行洪是没有问题的,但它不应该影响到我们老百姓的生命财产,这都应该完善。”

山前城市的行洪排涝

张建云分析称,涿州这次受灾严重是其地理位置决定的。涿州本身就处在一个洼地,太行山汇流下来的水都要汇集在这里,还有多条河流流经这里,水汇进来以后流速慢,排不出去,所以积水的时间长,淹得比较厉害。此外,山洪从山区到平原后,山前平原的调蓄空间明显不足。

北拒马河是涿州市最主要的行洪河道之一。拒马河从太行山麓流出后,在河北涞水县分为南北两支。其中,北拒马河东流至北京市房山区,在镇江营村入涿州,又分为北、中、南三个河道。北拒马河在涿州的河道弯曲,漫滩行洪,河道摆动不定,形成了大片洼套,当地许多地方以“套”命名。比如这次受灾极为严重的刁窝套,其所在区域,便是小清河、大石河、北拒马河的汇聚地,也是小清河分洪区洪水的必经之路。大石河发源于北京市房山区的百花山南麓,源短流急,河水出了山便进入涿州。小清河发源于北京市门头沟区的九龙山,过房山区后,进入涿州。

“(拒马河)大约4500立方米/秒的流量都流向了北拒马河,并且流经涿州的不只有北拒马河,它还与房山出来的大石河洪峰遭遇了,也都是在31日那天到达了涿州。两个洪峰同时到达这就是最不利的情况了。”程晓陶解释说,山前的水是特别复杂的一个状态,从高流速转向低流速,下面的行洪又不畅,就会马上转化成一个高水位,这也是涿州城区被淹的重要原因。

8月3日,河北省水利厅副厅长李娜对媒体表示,此次涿州降雨量非常大,全市平均降雨量在398毫米,还有多条河流汇入:北拒马河上游来水最大洪峰达到了4500立方米每秒,琉璃河(即大石河)和小清河这两条河来水也超过了3000立方米每秒,所以说多股水在涿州汇入,对涿州的防洪带来了很大的影响,可以用水漫涿州来形容。

程晓陶也介绍,大石河上游的水文监测点被山洪冲毁,最后监测的洪峰流量已达3300立方米/秒,远高于“7·21”时1280立方米/秒的洪峰流量。

此外,这次启用的小清河和兰沟洼两个蓄滞洪区就位于涿州周围,且涿州部分乡镇也是两蓄滞洪区的一部分,这也是涿州城区被淹的原因之一。

程晓陶说,此次老百姓受灾较重,跟海河流域的蓄滞洪区多年未启用也有关。作为对比,淮河边上的王家坝蓄滞洪区,因为从2000年以后多次启用,老百姓很有经验,都知道怎么做。

张建云则指出,海河流域的蓄滞洪区与其他流域的蓄滞洪区相比,排水能力弱,“像淮河的蓄滞洪区有很强的排水系统,几天或者很短的时间就可以把蓄滞洪区内的水排掉;但这次涿州的洪涝,有报道说行蓄洪区的水预估要一个月才能退,这对老百姓的生活影响就太大了。”

京津冀协同安全与“新木桶效应”

在张建云看来,这次洪涝的防御过程中,京津冀一省两市的调度协同是高效、科学的,水库的调度、蓄滞洪区的启用充分体现了协同合作的精神,这也是我国在历年防洪减灾方面形成的合作机制。“如果没有这些蓄滞洪区的启用,下游廊坊、天津这些城市都要受到更为严重的影响。”

程晓陶认为,在这次暴雨洪水中,北京显示出来的技术力量、管理水平、响应能力还有总体的救援组织能力等都比较强。但京津冀地区的小城市,相对而言管理水平和应急能力等方面就弱一些。“区域发展的不均衡在这种管理水平、应急能力上着重显现出来,所以今后应该加强北京和河北应灾方面的协同。”

中国农业大学人文与发展学院副教授、北京减灾协会理事,北京市科协防灾减灾专业智库基地专家孔锋主张:“未来应该建立京津冀协同应急(安全)框架机制或平台,并纳入到京津冀协同战略绩效考核中。“京津冀需要有区域命运共同体、利益共同体和责任共同体的理念,进行协同治理,要从理念协同、组织协同、体系协同、机制协同来建设,实现‘新木桶效应’。”

“新木桶效应”,指的是一只木桶能够装多少水,并不完全取决于短板,而是多方面因素影响。比如,可以把木桶放置在一个斜面上,木桶倾斜方向的木板越长就能装越多的水。孔锋认为,京津冀协同发展,安全是底线,没有协同安全作保障,未来的发展还会面临相似的风险。

平均防御能力和特殊防御能力是实现“新木桶效应”的关键。近年来投入大量资源建设防灾减灾体制机制,平均减灾能力提升了,但是特殊地段、特殊群体的能力依然是短板。“我们要降低灾害脆弱性,关键就是对这些地区进行提升。这些地区的关注度不够、应灾经验不足、资源不足,综合在一起就会出现极端情况。“新木桶效应”讲的是在既有资源和投入情况下,通过降低脆弱性,使防灾减灾效益达到最大。”

孔锋说,当经济没有发展到一定程度时,要从“木桶效应”向“新木桶效应”转型:在现有的基础条件下,让一个地方能容纳更多的水,城市向适水型转变,“更加具有吸水性”;当经济发展到一定程度之后,再投入更多的资源去保障短板,提升设防能力。

孔锋说,脆弱性的另一面就是韧性(或称灾害抗逆力、抗灾力)。我们经常讲韧性城市,韧性城市也要协同发展,区域之间的韧性达到同步,才能把区域的风险降到最低,抗击灾害的能力才能加强。因此,灾害管理、治理需要京津冀通盘考虑,需要从顶层设计上纳入到京津冀的协同发展之中。

气候变化使旱涝急转发生频次增加数倍

华北是我国典型的大暴雨区,历史上也多次发生过暴雨洪水过程。专家认为,以全球变暖为特征的气候变化加剧了华北地区降雨的强度和发生频次。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告指出,随着全球变暖加剧,强降水事件变得更强、更频繁。全球尺度来看,陆地强降水事件的频次和强度呈增加趋势,尤其亚洲的强降水事件增多增强。

国家气候中心气象灾害风险管理研究员翟建青介绍,全球尺度上,未来全球每增温1℃,极端日降水事件的强度将增加7%。区域强降水强度变化与全球变暖幅度呈近乎线性关系。未来全球变暖幅度越大,强降水增强就越大;强降水事件的频次随全球变暖幅度增加而加速增长,越极端的强降水事件,其发生频率的增长百分比就越大。比如,在全球1.5℃温升下,当前二十年一遇的强降水事件发生频率将增加10%,一百年一遇的强降水事件发生频率将增加20%;在全球2℃温升下,当前二十年一遇的强降水事件发生频率将增加22%,一百年一遇的强降水事件发生频率将增加45%以上。

从观测情况来看,1961~2021年,我国极端日降水量事件的频次呈增加趋势,平均每十年增加4.2%;城市地区由于“热岛”“雨岛”和“混浊岛”等效应更加剧了暴雨频次和强度的增加与增强。对京津冀、长三角、粤港澳、成渝、长江中游、中原、关中平原等七大城市群2000年前后各二十年降水过程频次、强度特征分析发现:我国城市群降水过程发生频次增多,总体呈上升趋势,且强降水过程趋于集中。

事实上,此次暴雨来临前,华北地区一直处于高温干旱状态,极端降雨使这一地区出现了“旱涝急转”的情况。

据翟建青介绍,今年入夏以来至7月28日,华北大部降水偏少2~8成,加上部分地区出现持续高温天气,导致土壤失墒快,华北部分地区出现阶段性气象干旱。7月20日,华北地区中旱以上气象干旱面积达最大18.9万平方公里。7月29日至8月1日,受“杜苏芮”残余环流北上影响,华北大部出现暴雨到大暴雨、部分地区特大暴雨。

已有科学研究表明,气候变化将使旱涝急转事件的发生频次增加2至3.5倍,同时还会加剧事件强度和影响范围。翟建青举例,1961年以来,海河流域旱涝急转频次总体上呈上升趋势,各年代旱涝急转频次也表现出增加趋势。20世纪60年代为28站次,70年代和80年代分别增加到32和35站次,90年代有所下降(33站次),2000年后又增加到34和37站次。

气象灾害对国家、社会、个人的启示

虽然一直在下暴雨,虽然网上有许多信息,“没有多想”“没想到水会涨得那么快”“没注意到预警”——许多在这次洪水中受困的采访对象这样告诉澎湃新闻。

中国气象科学研究院副研究员孙劭说,灾害风险是灾害天气强度、社会经济暴露度和防灾减灾能力共同作用的结果。对于东南沿海地区来说,应对暴雨天气是每年的“必修课”;而北方地区历史暴雨频次低,设防标准和公众意识仍有待提高。近10年来的几次北方极端暴雨事件正在强调这种紧迫性,应尽快行动起来,在下次汛期到来之前积极做好准备。

在国家层面,建立健全的气象灾害预警系统,及时发布灾害天气预警,提前预告可能的风险和危害;制定和完善气候变化适应和减缓政策,提高社会各界对极端天气的防范和应对能力;同时投资基础设施,加强城市排水系统、防洪工程、道路和建筑的抗灾能力,减少极端降雨和洪水带来的损害。

在社会层面,通过宣传教育,提高公众对气候变化和极端天气风险的认知,促使人们采取预防措施;各行各业加强协作合作,包括政府、企业、非政府组织和科研机构,以制定跨领域的解决方案。还要逐渐适应气候变化带来的新常态,包括提高抗灾能力、调整生产生活方式等。

最后,从气候变化参与实践角度,孙劭建议个人可以通过减少碳排放、节约能源等方式减缓气候变化的影响。

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