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环球热头条丨防汛 防患于未然的千年智慧

来源:北京日报    2022-07-15 07:40:04

16日入伏,意味着一年中最热的“三伏天”就此开始,也将迎来“七下八上”的防汛关键期。千百年来,人类在与洪水的抗争中积累了丰富的防汛经验。如今,防汛已不仅是预报预警,在消解水患灾害风险的同时,还最大限度地储蓄了来之不易的水资源。

汛期因地因季节而异

正所谓“小暑雨涟涟,防汛最当先”。近期,各地暴雨增多,南方地区正在全力确保防洪安全,北方也进入汛期关键阶段。我们常说“汛期”,但你知道这是什么意思吗?其实,汛期是一个水利名词,是指河水在一年中有规律显著上涨的时期。“汛”就是水盛的样子,“汛期”就是河流水盛的时期,汛期不等于水灾,但是水灾一般多发生在汛期。由于各河流所处的地理位置和涨水季节不同,汛期的长短和时序也不相同。


(资料图片仅供参考)

在我国,根据洪水发生的季节和成因不同,一般要分为4种汛期:夏季暴雨为主产生的涨水期称为伏汛期;秋季暴雨(或强连阴雨)为主产生的涨水期称为秋汛期;冬、春季河道因冰凌阻塞、解冻引起的涨水期称为凌汛期;春季北方河源冰山或上游封冻冰盖融化为主产生的涨水期,以及南方春夏之交进入雨季产生的涨水期称为春汛期。在黄河上,由于上游开河的凌洪传到下游,河水上涨,而此时正值桃花盛开的时节,人们便很自然地把“桃花”和“汛情”联系在一起,于是春汛又被称为“桃花汛”。因为伏汛期和秋汛期紧接,又都极易形成大洪水,一般把二者合称为伏秋大汛期,通常简称为汛期。

我国多数江河的暴雨洪水发生在伏秋大汛期,暴雨洪水的季节性与雨带南北移动和台风频繁活动有密切关系,所以各地区汛期的起止时间不一样。汛期(主要指伏秋大汛)起止时间的划分,一般用该时段洪水发生的频率来反映。超过年最大洪峰流量多年平均值的洪水称为“大洪水”。汛期时段的确定,是要保证90%以上的“大洪水”出现在所划定的时段内;主汛期则以控制80%以上的“大洪水”来确定时段。例如淮河6月至9月为汛期,7月到8月是主汛期;黄河7月至10月为汛期,7月到8月是主汛期。

世界各地汛期各不一样,例如非洲尼罗河每年的7月至10月为汛期,美国的密西西比河2月至5月为汛期,南美洲的亚马逊河6月至7月为汛期。

古人防汛善用“水则”

所谓防汛,是指为防止和减轻洪水灾害,在洪水预防、防洪调度、防洪工程运用等方面的工作。防汛,须以“防”为先。在汛期防灾减灾工作中,预报预警扮演着“先知”的角色。从古至今,洪涝灾害是一直威胁着人类的自然灾害,在长期与洪水的抗争中,人类积累了丰富的防汛经验。但在千百年以前科技不发达的古代,古人又是如何防汛的呢?

自古以来,人类逐水而居,不断观测探索河流的变化规律。《尚书·禹贡》记载:“禹别九州,随山浚川,任土作贡。禹敷土,随山刊木,奠高山大川。”其意为:大禹划分九州土地,沿着山峦疏浚水道,依据土地的具体情况制定贡赋品种和数量;大禹用土堵水,砍削树木作为路标,以高山大河奠定界域。也就是说,早在2000多年前,人们已经认识到水文的重要性了。之后,历朝历代更是重视防汛抗洪和汛情通报工作,在河流要处建立水文监测站。

目前,长江流域重庆的白鹤梁算得上是我国保存较为完整的古代水文监测遗址,被称为世界第一古代水文站。由于白鹤梁的梁脊仅比长江常年最低水位高出2至3米,几乎常年没于水中,只在每年冬春之交水位较低时才部分露出水面,因此古人常根据白鹤梁露出水面的高度位置来确定长江的枯水水位。从唐代起,古人便在白鹤梁上以“刻石记事”的方式记录长江的枯水水位。据有关部门观测,白鹤梁唐代石鱼的腹高,大体相当于涪陵地区的现代水文站历年枯水位的平均值,清康熙时期所刻石鱼的鱼眼高度与川江航道部门所设的当地水位的零点大体相当,为可满足轮船航行的最小水深的水位线。另据观测,白鹤梁题刻中有一尾标注最早的枯水题刻的石鱼,它的眼睛正好是长江中上游的零点水位,比1865年长江上设立的第一根水尺——武汉江汉关水尺的水位观测记录要早1100多年。葛洲坝和三峡水利工程的建设都曾经以此为依据,白鹤梁也当之无愧地成为“长江古代水文站”和“世界水文资料的宝库”。

古代把观测水位的标记称作“水则”,又名“水志”“水尺”。“水则”中的“则”意思是“准则”,通常每市尺为一则。在古代,水则碑主要有“无刻画”“只有洪枯水位刻画”和“等距刻画”三种形式。

无刻画水则碑,如石人水则。在李冰修建都江堰时,用3个立于水中的石人观测水位,以水淹至石人身体某部位作为衡量水位高低和水量大小的标记。根据记载,李冰要求“竭不至足,盛不没肩”。也就是说,当水位在石人的足与肩之间,引水量才正好满足灌溉与防洪安全的要求。又如宁波市有一处古代测量水位的“平”字水则碑,该碑始建于南宋时期,明清两代续修,现存大部分石亭建筑为清道光时所建,但保留了南宋的亭基和明代重修的“平”字水则碑。这块水则碑上镌有一个“平”字,在当时,宁波城外各个楔闸视“平”字于水中出没情况而启闭:如果水浸没了“平”字,则应当泄水;否则,当“平”字出于水面,则应当蓄水。因水闸启闭适宜,当地百姓无旱涝之忧。

只有洪枯水位刻画的水则碑,如《水经·伊水注》记载,三国魏黄初四年(公元223年)伊阙石壁上的刻画及题词;白鹤梁石鱼记下了自公元764年后断续72个年份的枯水记录。

等距刻画的水则碑最为常见,如陕西的宋代丰利渠取水口遗址的左岸石壁上,就有保存完好的水则,刻度每格在30厘米至32厘米之间,宽30厘米,分成两段,上半部在闸槽前,共有五格,下半部在闸槽后,共有四格,前后两段刻度基本衔接,可见当时人们已经掌握了精确的测水技术。

利用动物“快递”报汛

汛情,是汛期洪水自始涨到回落期间的情况统计。由于我国河流众多,历代都很重视防汛抗洪和汛情通报工作。向上级反映汛情,古人称为“汛情奏报”,也称“报汛”,我国在先秦时已形成了“报汛制度”。可是,既没有飞机、火车等现代化的交通工具,也没有电话、微信等现代通信设施,古人怎样才能及时将汛情通报给上级呢?

《秦律十八种·田律》载有秦国的规定:在庄稼生长期下雨,要及时报告降雨量,即所谓“稼已生后而雨,亦辄言雨少多”。此后,历朝历代都设有报汛制度,有的甚至要求地方政府从立春便开始报汛。特别是在北宋时期,地方主管官员在汛期必须坚守岗位,亲临一线,遇有突发水情必须立即报汛。否则,违反奏报制度,当报不报,不及时报、瞒报、谎报等,朝廷将会从重处罚,对相关官员撤职查办,甚至处以死刑。

金元时期,北方水灾多发,朝廷从制度上给抗洪救灾提供保证,其中规定,每年阴历六月一日至八月终,为大江大河“涨水月”,沿河各州县官员必须轮流守防,参加并指挥汛期河务事宜,随时奏报水情、险情。

明清时,报汛制度已十分完备。我国存世水利古籍文献之一《治水筌蹄》,是明朝万恭在任期间总结自己长期治河经验教训及思想、方法、措施的一本著作,是明代后期治黄通运的代表作之一,也是后世治理河运的重要参考资料。该书中记载,“凡患害急缓,堤防善败,声息消长,总督者(主管官员)必先知之。”

为了让各地能够在最短的时间内上报灾情,历朝历代都会设置报汛驿站。从报汛驿站发出的奏报,被称为“水报”。为了及时传递这些信息,马、狗等动物都曾充当过“快递员”。

根据汛情的发展情况,古人会采取“羊报”“马报”“狗报”“步报”等多种报警手段。所谓“羊报”,最初是黄河遇险时报汛之法,报警差役带着水签和浸过油的羊皮袋,从上游而下,将观测到的水位刻在标签上,陆续投掷报汛。黄河周边的官府会派专人在河里打捞水签,按照其中提示的洪峰高度,命河工提前加固堤防,防患于未然。而“马报”是指汛情比较紧急,乘快马报汛,明清时称为“六百里飞马”,仅次于报告军情的“八百里加急”。

在元代,朝廷根据自然条件设有陆站、水站、轿站、步站等报汛驿站。在路况较差的东北地区,还设有狗站。“狗报”也是一种报汛方式,通常是由训练有素的狗来代替人传递汛情,当时用于报告水警的狗最多时达3000条,在辽东、黑龙江下游等地区就设有15处狗站用于报告汛期。此外,“步报”则是人工步行传递汛情,但仅限于离国都较近的郡县。

洪水无情,人命关天。汛情发生后,除了向上级和朝廷奏报外,明朝著名治河专家潘季驯还总结出一套行之有效的方法,即通过悬旗、挂灯、敲锣等方式发出紧急信号,提醒百姓提前预防或转移。

“天上水”亦可变资源

在古典皇家园林之一的北海公园南侧,有一个近似圆形的小城,名为“团城”。团城城内地面高出周围水面和地面,其中古树生长所需的水分只能靠天然降水,它们的根系很难从湖水形成的地下水中得到补给。那么古树是如何喝到水的呢?这就要说到集水系统了。团城的青砖呈上大下小倒梯形,铺设时大头在上,小头在下,砖与砖之间形成上小下大的三角形缝隙,如同天然的排水沟,同时每块青砖都有很强的吸水性,就像一块块海绵。雨水降落时,就是通过这些隐形的“排水沟”和“海绵”悄悄地流入地下土壤中。

这还不够。团城上还有呈C字形分布的水眼,如果遇到大雨或连续降雨,多余的雨水就会借助地势流入石制的水眼中。每个水眼下方有一个竖井,竖井之间有涵洞相连。涵洞也是用青砖筑成,雨水进入涵洞后能向更深层的土壤渗透。令人惊叹的是,团城上的这套集水工程距今已有近600多年的历史,目前仍在“服役”。

古人的聪明才智令人叹服,人们逐渐意识到曾经饱受困扰的雨水可以变为资源。防汛,对于现代人来说,已不仅仅是预警,而是将汛期丰厚的降水转化为有效水资源,润泽大地,与此同时带来丰厚的生态效益。

德国水资源充沛,同时也是国际雨水资源利用技术最为先进的国家之一。为了维持良好的水环境,德国制定了严格的法律法规,不仅要求治理污水,而且还要求收集利用雨水。德国汉堡1988年最早颁布了对建筑物雨水利用系统的资助政策;柏林实施了“雨水费”制度,不管是私人房屋,还是工厂企业,直接向下水道排放雨水必须按要求缴费,但是采取雨水利用设施的用户就可获得减免或优惠。

日本也是雨水特别丰富的国家之一,越来越多的地方政府鼓励建设能够利用雨水的设施。例如大阪穹顶体育馆设置了最大能储存3400立方米雨水的储水槽,主要用于冲洗厕所和浇灌植物,其每年雨水利用量约占用水总量的35%。而且,当地有大量致力于利用雨水的民间组织推广利用雨水的技术。如位于东京都墨田区的“雨水市民之会”,其宣传口号是“雨水流走是洪水,留下来就是资源”,号召人们摆脱对远方水库的依赖,在水资源方面实现自立,通过积存雨水减轻洪水,通过利用雨水和地下水防止旱灾。

北京是特大型缺水城市,但去年入汛后共出现主要降雨过程72次,平均降雨量为715毫米,这对缺水的北京来说,在确保安全度汛的情况下也是一笔宝贵的资源。去年汛期,北京市一方面确保防汛安全,另一方面充分利用水库、河道、坑塘等工程体系蓄滞雨洪资源。通过“留住天上水,充盈地下水”,北京大中型水库蓄水量较汛前增加13.48亿立方米;与上年同期对比,平原地区地下水位回升3.18米,地下水储量增加16.3亿立方米。

应急科普

那些防汛“高频词”的含义

在近期的防汛新闻报道中,保证水位、警戒水位、第1号洪水等专业名词被反复提及。这些名词到底是什么意思呢?

设防水位、警戒水位和保证水位

进入汛期后,江河水位上涨,根据水位高低及其对堤防安全的威胁程度,一般将防汛水位划分为三个等级,水位由低到高依次为:设防水位、警戒水位和保证水位。

具体来说,设防水位是指汛期河道堤防开始进入防汛阶段的水位,即江河洪水漫滩以后,堤防开始临水。此时,堤防管理单位由日常的管理工作进入防汛阶段,开始组织人员进行巡堤查险,并对汛前准备工作进行检查落实。

警戒水位是指根据堤防质量、保护重点及历年险情分析制定的水位,也是堤防临水到一定深度,有可能出现险情、需要加以警惕戒备的水位。对于防汛相关部门来说,需要加强巡堤查险,加强物料和人员准备,做好洪水防御相关工作。对于公众来说,需要及时关注相关预警信息发布,尽量避开危险区域,必要时服从避险转移指挥,做好个人安全防护。

保证水位是指根据防洪标准设计的堤防设计洪水位,或历史上防御过的最高洪水位。当水位达到或接近保证水位时,防汛进入全面紧急状态,堤防临水时间已长,堤身土体可能达饱和状态,随时都有出险的可能。对于防汛相关部门来说,需要进一步加强巡堤查险,如加派人员24小时不间断巡查,抢险人员、物料进入临战、实战状态。

洪水编号与复式洪水

根据《全国主要江河洪水编号规定》,全国大江大河大湖以及跨省独流入海的主要江河水位(流量)达到防洪警戒水位(流量)、2年至5年一遇洪水量级或影响当地防洪安全的水位(流量)作为洪水编号标准。对洪水进行编号并向社会发布,很重要的一个作用在于提醒大家,哪些江河目前正处于洪水过程中,以提高公众防范洪水风险的意识。

洪水编号由江河(湖泊)名称、发生洪水年份和洪水序号三部分顺序组成。比如,受降雨影响,珠江流域西江上游龙滩水库今年5月30日11时入库流量涨至10900立方米每秒,因此编号为“西江2022年第1号洪水”,为今年我国大江大河首次发生编号洪水。

当洪水再次达到编号标准,上游洪水时间间隔达到48小时或者中下游洪水时间间隔达到24小时,就是复式洪水。

以黄河为例,当上游唐乃亥水文站或兰州水文站流量达到2500立方米每秒、中游龙门水文站或潼关水文站流量达到5000立方米每秒、下游花园口水文站流量达到4000立方米每秒,上述三个条件满足其中之一时,就要进行洪水编号。

2021年秋季,黄河流域就曾发生三次编号洪水。黄河潼关水文站曾于2021年9月27日15时48分出现5020立方米每秒的洪峰流量,形成黄河2021年第1号洪水。10月5日23时黄河中游干流潼关水文站流量涨至5090立方米每秒,编号为“黄河2021年第3号洪水”。第2号洪水与第1号洪水间隔超过24小时,就属于复式洪水。

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