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三峡大坝就是发电?我们对水利工程的误解太深了

发布时间: 2020-11-04 11:07:09   作者:本站编辑   来源: 科普中国网   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

2020年已经过去了一大半,入夏以来,新冠疫情尚未消除,南方多地又出现连续暴雨,引发洪涝。为什么入夏总是暴雨,水利工程能够帮助我们控制水情吗?

在10月13日“国际减灾日”特别直播中,中国气象局公共气象服务中心研究员江滢和水利部防洪抗旱减灾中心副主任杨昆对此进行了精彩介绍。

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(被水淹没的村庄。来源:图虫创意)

洪水年年有,为何今年特别大?

和新冠疫情一样,今年长江流域的水情也是极其凶猛。往年夏天入伏后也会暴雨连绵,可为何今年洪涝会如此严重呢?

江滢介绍,受西太平洋副热带高压和内陆高压作用,自六月入梅以来,长江流域特别是以湖北、江西、安徽、浙江等地为代表的中下游地区雨量突然暴增,短短一个多月,六轮罕见的强降雨使得长江流域达到惊人水量。

中下游干流流域平均雨量逼近600毫米,其中汉口至九江流域面积雨量超过800毫米,局部地区雨量甚至超过1000毫米,为1961年以来历史之最,超过了1998年的雨量。

几乎所有长江干支水系的江河湖泊都在极短时间进入了饱和状态,并且,随着地表水源源不断的汇入,形成了极强的流域性汛情。

作为洪水源头的暴雨,是由大量水汽被山坡等地形抬升,在高空遇冷形成的。今年恰是非常特殊的年份,水汽供应充足,在副热带高压的持续加持下,冷暖空气对接的区域也长时间持续,海量水汽被抬升,因此出现持续降雨,引发洪涝。

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(暴雨引发洪涝。来源:图虫创意)

洪水滔天,怎么办?水利工程建起来

夏季暴雨并不稀罕,可以说是南方的定时考卷,一年一度从不缺席,中国几千年历史,就是一部与水患的斗争史,每次持续暴雨几乎必然伴随洪涝。

杨昆介绍,洪涝有两个概念,一个是洪,一个是涝。

洪,即外洪,是自然江河里面的水,长江黄河涨起来,然后要超过堤坝,漫进城市来,这叫洪;而水在城市里面,比如下了雨,雨篦子被树叶堵上了,还有其他原因,水排不出去,积上来了,这叫涝。

但有时候在有些城市,会发现洪和涝分不清,被淹了,也不知道水是来自河里的,还是来自本地下的雨。

对于下雨,我们的干预有限,但在控水系统(水利基础设施)方面,可以说,我们仍然有很大发挥空间。

我国总体上是一个水资源短缺的国家,水的地理和时间分布严重不均。胡焕庸线以东(中国东南方)降雨充分,人口和产值均占了全国90%以上,胡焕庸线以西(中国西北方)则地广人稀,人口和产值只有百分之几。

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胡焕庸线:东北黑河到西南腾冲连线,又称黑河-腾冲线,由地理学家胡焕庸在1935年提出,是我国的人口分布线。西北边是大漠长河,占国土面积64%,但仅有4%的人口;东南边是“小桥流水”,仅占36%的国土,却聚集了96%的国民。在地理上,该线恰与我国600毫米降雨等值线接近。(图为2017我国土地开发度示意图,黑线为胡焕庸线,仅作示意,该图来自中国土地学会)

显而易见,自古有水的地方更宜居。但同时因为时间上降雨不均(夏季多雨,冬季少雨),旱涝交替灾害也接连不断。

据统计,我国水旱灾害加起来,占自然灾害损失的百分之六七十,是主要灾害。面对这种情况,水库、大坝等水利工程应运而生。

水库大坝联动,解决水资源错配问题

水库是历史比较早的水利基建,核心作用是在时间和空间上平均水资源。比如,在汛期水多的时候,把水存起来,到了非汛期,再把水放出来,满足生产生活需求。这不仅能起到防洪作用,也能起到抗旱作用。

但水库毕竟容量有限,大江大河上的水利大坝才是调配水资源的主角。以长江为例,三峡大坝、葛洲坝等干流水利工程,掌管着流域大动脉,决定了地域性的抗洪安全。

杨昆介绍,长江有一个特点,过了三峡之后,就进入了荆江河段。荆江河段是长江防洪的一个重点,也是一个弱点。

荆江河段下泄的能力,只有6万立方到6.8万立方米,如果今天来了7.5万立方水量,在没有三峡的情况下,这个流量明显比6万立方大很多。按照以前工程的规划,就得启用蓄洪区(即放水区)了,比如荆江分洪区,还有其他周边还有一些小的蓄洪区,以此选择性地保住一些重要地区。

因为作为长江的干堤,荆江这一段是不允许决堤的,它的身后就是江汉平原,一马平川,没有任何的阻挡,一旦决口,从荆州一直淹到武汉,一片汪洋。

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一马平川的江汉平原。来源:图虫创意

而长江流域夏季降水有明显的持续性特征,几座主干大坝长期承压,对流域抗洪带来巨大风险。

此时,有较大承容的水库就派上用场,水库和水坝的联动,将一波波洪峰拦腰截断,该蓄的时候蓄,该泄的时候泄,保证巨大水流在水系河槽中来回切换,有效分散下游压力,从而平抑洪灾、减少损失。

著名三峡工程:第一任务是防洪,然后才是发电

在所有大坝里面,最有名的是三峡大坝。今年三峡最大的入库水量达到75000立方米每秒(据记载,历史上1870年长江宜昌段洪水曾达11万立方米每秒)。在这次抗洪中,三峡大坝几次洪峰过境都应对得当,通过削减洪峰有效避免了下游水患叠加,切实保障了流域行洪安全,得到国内外广泛赞誉。

而这座大坝,实际上自从建设之初就承受了大量非议。很多人以为建设大坝,就是为了发电。

但事实并非如此。杨昆介绍,一般来说,很少有单一用途的水库/大坝,一般都是综合用途,包括养鱼、蓄水、防洪、发电等。

作为超大型综合用途水库,三峡的第一任务就是防洪,第二任务才是发电,还有就是保障沿线城市用水,以及为辖区提供生态建设服务等。比如,长江四大家鱼的繁殖,就要求水有一定的流速,水位还要上下波动,这样鱼才能有感觉,才会去繁殖。

在所有用途里面,防洪永远都是第一位的,就算三峡每天的发电就像印钞票一样,经济效益顶呱呱,也要以防洪调度为优先考虑。

比如今年汛期,为了保证有较大空余容量应对后续洪峰,三峡水位就长期维持在145米,远低于正常值175米,就是牺牲了发电效益来保障防洪调度。

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(发电只是三峡工程的“小账”,它主要用来削弱上游洪峰、减轻下游压力以平水患。来源:图虫创意)

而在这些之外,三峡还产生了意想不到的航运效益。杨昆说,之前设计的时候没想到经济发展这么快,对航运需求这么大,以至于现在船闸都不够用了。因为船闸的功能是受限制的,每天能过多少艘船,多少吨位,都有限制。上下船只太多,以至于催生了“翻坝运输”产业。

翻坝运输,就是货物到了宜昌、三峡,先把它卸上岸,然后通过货车在陆地上运输,绕过大坝,再卸到另一边的船上。这种现在也是一个大产业。

长江两岸防洪,为什么总是保北弃南?

最后,说到防洪的历史问题。杨昆直言:长江一直有一个治理策略,就是保北弃南。长江防洪的格局,北岸标准高于南岸,比如说湖南、湖北,湖南的标准就要低于湖北。以前分洪的时候,湖南的洞庭湖就要盛更多的洪水。

而这和一个历史人物有关,就是明朝的内阁首辅张居正。张居正是湖北人,作为荆州段长大的政治家,他在规划长江水患治理的时候,对家乡比较重视,就把北岸的规划做得更好一点,长期以来,就逐渐形成了牺牲南岸保全北岸的治江历史。

不过,气象局江滢认为,弃南保北的策略,从自然的角度来说,也有科学依据。因为地球在不停自转,河水受力南岸要比北岸大,保北岸相对来说比南岸容易一点,这也或许是古代治水的权宜之计,不全是张居正的私心。

杨昆也表示,相比北岸,南岸还有一些山、有洞庭湖这样的大湖,也比较能够承受洪水,不像北岸一马平川,一淹就会很大片,所以从地理上讲也有根据。

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(浩渺的洞庭湖。来源:图虫创意)

虽然今天我们的水利工程建设相比历史有质的飞跃,但还未做到对水患百分百从容应对,所以一切还有待更完善的体系建设,包括更准确的监测,更精细的调度,以及与气象预报等上游系统结合等。如此,才能最大限度地发挥水利工程优势,在经济效益、环境保护方面,都做到极致。

结语

每年的10月13日是国际减轻自然灾害日。全球变暖背景下,自然灾害是当今世界面临的重大问题之一,严重影响经济、社会的可持续发展,威胁人类的生存。

了解自然灾害知识,学习灾害预防和治理方法,是每个国家和公民的当务之急。今年国际减灾日的主题是“提高灾害风险治理能力”。本次直播由中国科协科普部和国家地震局、水利部宣传教育中心共同发起,涵盖“地震”、“气象灾害和水利工程”、“全球变暖危机”三个主题,由央视频、新浪、百度共同支持,各平台同步推出。

更多内容请见“国际减灾日特别直播”回放:

https://www.kepuchina.cn/more/202010/t20201014_2734007.shtml

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来源 | 国际减灾日特别直播

整理 | 刘强

责编 | 高佩雯