防洪救災(zāi)中現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用

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中國(guó)年年修水利，為什么年年鬧水災(zāi)？

　　社會(huì)已快進(jìn)入21世紀(jì)了，防洪搶險(xiǎn)怎么還那么落后，看不到現(xiàn)代化技術(shù)的影子？

　　社會(huì)愈發(fā)展，對(duì)災(zāi)害愈脆弱

　　許多人會(huì)天真地認(rèn)為，隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)力的增強(qiáng)，防災(zāi)救災(zāi)的能力會(huì)逐步提高，各種自然災(zāi)害所造成的損失會(huì)逐年減少，乃至徹底杜絕各種災(zāi)害所造成的損失。實(shí)際上，這可能只是一種美好的心愿。事實(shí)證明，社會(huì)愈發(fā)展，相對(duì)于自然災(zāi)害愈脆弱。其原因在于：

　　誘發(fā)自然災(zāi)害的因素具有極大的能量。人類在可以預(yù)見(jiàn)的期間內(nèi)還不可能具備足以與其抗衡的技術(shù)和能量。據(jù)測(cè)算，最大地震的能量相當(dāng)于2000顆投在廣島的原子彈，最大級(jí)火山爆發(fā)的能量又是地震能量的10～100倍，而一次臺(tái)風(fēng)可帶來(lái)1000億立方米的降雨。因此在遭遇大型自然災(zāi)害時(shí)人類還很難完全控制和防御它。由此而得出的結(jié)論是人類必須樹(shù)立與自然災(zāi)害長(zhǎng)期共存的思想，到任何時(shí)候自然災(zāi)害都不可能完全杜絕。換句話說(shuō)，自然災(zāi)害將伴隨人類社會(huì)的始終，人類應(yīng)當(dāng)作的不是企望消滅自然災(zāi)害，而是學(xué)會(huì)如何適應(yīng)自然災(zāi)害，在我們力所能及的條件下，把自然災(zāi)害所造成的損失控制在最小范圍內(nèi)。

　　自然災(zāi)害損失將隨社會(huì)發(fā)展同步增長(zhǎng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口與資產(chǎn)向洪泛區(qū)集中的趨勢(shì)將有所加強(qiáng)。我國(guó)約有1/3的耕地、1/2的人口、2/3的資產(chǎn)位于受洪澇災(zāi)害威脅的洪泛區(qū)內(nèi)。一般而言，在沿河兩岸平原地區(qū)，土地資源及水資源較豐富，交通便利，歷史文化悠久，因而人口和資產(chǎn)的密度都遠(yuǎn)大于山區(qū)、丘陵區(qū)和干旱及半干旱地區(qū)。同時(shí)這些地區(qū)又多是洪澇災(zāi)害多發(fā)的洪泛區(qū)域?？傮w來(lái)說(shuō)，沿河兩岸地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，逐漸形成沿江沿河經(jīng)濟(jì)帶。城市密集，人口與資產(chǎn)增長(zhǎng)迅速。而且老的城區(qū)及居民集中區(qū)大多首先選擇相對(duì)安全的地域，而新的開(kāi)發(fā)區(qū)、城鎮(zhèn)新區(qū)則只能向相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域拓展，如低洼易澇地區(qū)，泥石流容易發(fā)生的溝口地區(qū)等，沒(méi)有更多的選擇余地。而且這些地區(qū)土地便宜，也誘使一些不了解災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的人前往開(kāi)發(fā)。總之，洪泛區(qū)特別是高風(fēng)險(xiǎn)地域內(nèi)人口及資產(chǎn)的迅速增加，社會(huì)總體財(cái)富的增加，在發(fā)生同樣洪水的條件下，所造成的財(cái)產(chǎn)損失逐年增加是必然趨勢(shì)。日本從1973年至1973年的10年間，由臺(tái)風(fēng)所造成的經(jīng)濟(jì)損失增加了一倍。我國(guó)90年代初每年由洪澇災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失約800億元左右，近幾年都在2000億元左右。

　　社會(huì)的發(fā)展將導(dǎo)致致災(zāi)因子增強(qiáng)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展常表現(xiàn)為城市化，即城鎮(zhèn)面積增加。相對(duì)洪澇災(zāi)害而言，城市化將使原有的農(nóng)田變?yōu)樽≌瑓^(qū)或道路，其結(jié)果是城區(qū)周圍透水地面減少，不透水地面增加。因而在相同降雨條件下雨水向地下的滲透量減少，在地面上流動(dòng)的水量增加，使城區(qū)洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子增強(qiáng)。這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是地表徑流加大，洪水增加，災(zāi)情加重；另一方面由于地下水補(bǔ)充減少，使城區(qū)地下水位下降，加上超采地下水，引起地面沉降，則更容易產(chǎn)生內(nèi)澇。

　　城市現(xiàn)代化使其總體承災(zāi)能力降低。越是現(xiàn)代化城市相對(duì)于自然災(zāi)害越脆弱，這并不是聳人聽(tīng)聞之言?，F(xiàn)代化城市人口及財(cái)產(chǎn)密度大，地下設(shè)施多，立體交叉道路多。而且電、水、煤氣、通訊、交通、信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，而且各自形成網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了城市的生命線系統(tǒng)，如人體的血液、呼吸、神經(jīng)系統(tǒng)一樣。城市依賴生命線系統(tǒng)維持正常運(yùn)行，任何一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障都可能導(dǎo)致城市某種程度的癱瘓，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。而且一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障還可以誘發(fā)其它系統(tǒng)的故障。例如，一個(gè)變電站被洪水淹沒(méi)可能導(dǎo)致供電系統(tǒng)故障，由此又可導(dǎo)致供水、通訊、交通、信息等系統(tǒng)不能正常工作。1982年日本長(zhǎng)崎大水導(dǎo)致交通全部癱瘓，僅汽車就被沖入大海2萬(wàn)余輛，其原因是這些汽車都是所謂新式“全自動(dòng)汽車”，門(mén)窗也全靠電動(dòng)開(kāi)閉，突然遭遇洪水使電路集中的底盤(pán)被淹，結(jié)果電路失靈，門(mén)窗無(wú)法開(kāi)啟，汽車便如船一樣漂如大海，車毀人亡。美國(guó)1993年密西西比河發(fā)生大水，使信息網(wǎng)絡(luò)被破壞，完全依賴于計(jì)算機(jī)管理的廠礦企業(yè)及管理部門(mén)陷于癱瘓，僅此損失數(shù)億美元。生活生產(chǎn)的現(xiàn)代化，使社會(huì)更依賴于各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，而一旦這些網(wǎng)絡(luò)失靈，人們將會(huì)手足無(wú)措。

　　當(dāng)然，上面我所列舉的各種觀點(diǎn)只反映了現(xiàn)代社會(huì)隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而因自然災(zāi)害所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失會(huì)不斷增加的一個(gè)方面；另一方面隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)總體抗災(zāi)能力也會(huì)不斷提高。如自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)警技術(shù)，先進(jìn)的災(zāi)害信息傳達(dá)技術(shù)，現(xiàn)代化的交通、運(yùn)輸工具，住宅及工程建筑物標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，都可能使因?yàn)?zāi)害造成的傷亡人數(shù)大為減少。因此在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)生非突發(fā)性自然災(zāi)害時(shí)，其傷亡人數(shù)都在數(shù)十人范圍內(nèi)。有的國(guó)家提出：“即使發(fā)生大洪水，也不死一人”的目標(biāo)，看來(lái)也是可以實(shí)現(xiàn)的。我國(guó)歷史上多次發(fā)生死亡百萬(wàn)、數(shù)十萬(wàn)人的大水災(zāi)，但隨現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，一般每年因洪水死亡人數(shù)已降至2000人左右。

　　綜上所述，面對(duì)現(xiàn)實(shí)，我們無(wú)法防止自然災(zāi)害的發(fā)生，但是可以通過(guò)我們最大限度的努力，使自然災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失最大限度地減少，特別要把減少災(zāi)害傷亡人數(shù)作為防災(zāi)減災(zāi)的首要目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一般可以采用兩種措施，即工程措施與非工程措施。工程措施即通過(guò)修建各種防災(zāi)工程設(shè)施提高全社會(huì)生產(chǎn)生活環(huán)境的安全度，減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。非工程措施即通過(guò)各種行政、技術(shù)管理手段，制約社會(huì)的不當(dāng)行為，建立與自然災(zāi)害特點(diǎn)相適應(yīng)的生產(chǎn)生活方式，以減少災(zāi)害發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的損失。工程措施是對(duì)自然環(huán)境的改善，非工程措施是改善人與自然的關(guān)系，兩者的目標(biāo)都是最終減少自然災(zāi)害所造成的損失。

　　新興科技成果，逐漸溶入古老的防洪技術(shù)

　　防洪技術(shù)是一門(mén)非常古老的技術(shù)，“兵來(lái)將擋，水來(lái)土掩”筑堤防洪已成定論。因此在長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的中國(guó)防洪史中，筑堤技術(shù)、堤防搶險(xiǎn)技術(shù)已成為我國(guó)防洪技術(shù)的主流，特別是圍繞筑堤技術(shù)逐漸成為遙堤、縷堤、格堤、月堤、減水壩組成的堤防系統(tǒng)，以及與之相適應(yīng)的提防守護(hù)、歲修制度也十分完善，流傳至今。但總體而言，至解放前夕，我國(guó)的大江大河都未能形成十分完整的防洪工程體系，防洪標(biāo)準(zhǔn)非常低，難以抵擋較大洪水，因此三年兩災(zāi)，洪澇災(zāi)情十分嚴(yán)重。洪水常漫及數(shù)省，因?yàn)?zāi)死亡人數(shù)常達(dá)數(shù)十萬(wàn)人，1939年海河水系大水造成100萬(wàn)人死亡。

　　解放后，由于國(guó)家的統(tǒng)一和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，水利事業(yè)才取得迅速的發(fā)展，設(shè)立了七大流域管理機(jī)構(gòu)，實(shí)施流域的統(tǒng)一規(guī)劃和治理。在五十年的時(shí)間內(nèi)建設(shè)15米高以上大壩8400余座，修筑和加固江河堤防25萬(wàn)公里，基本形成了完整的防洪工程體系。歷來(lái)以害海聞名的黃河安然無(wú)恙，全國(guó)各大江河基本能控制一般洪水，而且防洪標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高。但由于水利工程建設(shè)的特點(diǎn)，如投資大，三峽大壩建設(shè)需1500億，一般在大江大河上筑壩投資總在數(shù)百億；工程量大，長(zhǎng)江的堤防建設(shè)在解放后動(dòng)用土方達(dá)10億立方米，每公里堤防加高1米，常需增加土方2～3萬(wàn)立方米。因此，構(gòu)筑堤、壩等防洪工程體系必須以就地取材、以土石為主，難以大量采用新材料。即使如此，也需要每年數(shù)百億元投資。由于十年動(dòng)亂等原因，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)水利工程建設(shè)投入嚴(yán)重不足，欠債太多，防洪標(biāo)準(zhǔn)比其它國(guó)家低很多，出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低的嚴(yán)重矛盾，也是近年來(lái)水災(zāi)損失不斷增加的主要原因。但是，不能對(duì)此操之過(guò)急，也不能指望在很短時(shí)間內(nèi)就形成我國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)的防洪工程體系。要根據(jù)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，不斷增加對(duì)水利的投入，并且要保持逐年穩(wěn)定的投入，使大江大河的防洪標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高。并且利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的新成果，使其不斷溶入我國(guó)古老的防洪技術(shù)，創(chuàng)造出適合我國(guó)國(guó)情的現(xiàn)代防洪技術(shù)。目前在我國(guó)防洪工程中已逐漸廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)包括：

　　（一）現(xiàn)代通訊技術(shù)

　　在防洪搶險(xiǎn)中，洪水預(yù)報(bào)、水情及災(zāi)情的迅速傳達(dá)是十分重要的環(huán)節(jié)。直到八十年代，大部分防洪信息還要靠電話、電報(bào)、對(duì)講機(jī)來(lái)傳達(dá)。通訊速度慢、可靠性差，服務(wù)范圍小，一遇汛期惡劣天氣，常造成通訊中斷。1975年8月河南板橋及石漫灘水庫(kù)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，由于電話中斷，不能及時(shí)向下游傳達(dá)，發(fā)生潰堤后造成8.4萬(wàn)人死亡的慘劇。但隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的進(jìn)步，光纜通訊、微波通訊、衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊、流星追蹤通訊等廣泛在防洪中應(yīng)用，保證了信息的及時(shí)傳遞。

　?。ǘ┧轭A(yù)報(bào)技術(shù)。

　　要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)水情，必須正確預(yù)報(bào)降雨。對(duì)降雨預(yù)報(bào)分為長(zhǎng)期、中期、短期預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。長(zhǎng)期預(yù)報(bào)是跨年度預(yù)報(bào)，中期預(yù)報(bào)是跨月預(yù)報(bào)，短期預(yù)報(bào)一般是指近1～3天內(nèi)的預(yù)報(bào)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)是近1～2小時(shí)內(nèi)的預(yù)報(bào)。目前全世界都還沒(méi)有解決長(zhǎng)期預(yù)報(bào)問(wèn)題，中期預(yù)報(bào)的可靠性也很差，短期預(yù)報(bào)的精度不斷提高，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)已有較好的精度。但是隨著雷達(dá)測(cè)雨、衛(wèi)星云圖、全球氣象數(shù)值模型等新技術(shù)的應(yīng)用，降雨預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期逐漸加長(zhǎng)，精度不斷提高。對(duì)1998年洪水的預(yù)報(bào)應(yīng)當(dāng)說(shuō)是十分成功的。在5～6月份氣象和水利部門(mén)就發(fā)表了在長(zhǎng)江流域可能發(fā)生1954年型大水的預(yù)報(bào)，防汛部門(mén)召開(kāi)了全國(guó)防汛工作會(huì)議進(jìn)行了緊急部署。由于在人力物力上有了充分的準(zhǔn)備，保證了98全民防洪斗爭(zhēng)的勝利。

　　雷達(dá)測(cè)雨在歐美及日本已廣泛應(yīng)用，它可以精確地預(yù)報(bào)數(shù)小時(shí)后流域內(nèi)降雨強(qiáng)度、分布、移動(dòng)方向及移動(dòng)速度等，是實(shí)時(shí)降雨預(yù)報(bào)的有力工具。

　　利用衛(wèi)星云圖通過(guò)對(duì)云層厚度、溫度等方面的分析，輔以其它氣象因素的判斷，可以較好地進(jìn)行短期降雨預(yù)報(bào)。

　　利用全球氣象數(shù)值模型，對(duì)全球水、汽輸移進(jìn)行計(jì)算模擬，可以進(jìn)行全球氣象形勢(shì)分析，再與歷史上類似年份的氣象形勢(shì)對(duì)比分析，可以進(jìn)行中、長(zhǎng)期降水預(yù)報(bào)。

　　在雨情預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，河道洪水演進(jìn)，即洪水預(yù)報(bào)以及洪水災(zāi)情預(yù)報(bào)技術(shù)都有很大提高。流域產(chǎn)匯流模型、水文學(xué)預(yù)報(bào)模型、水力學(xué)預(yù)報(bào)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)模型等都在不斷完善。針對(duì)黃河含砂量高，河床沖淤變化激烈的水沙預(yù)報(bào)模型也投入使用。江河洪水預(yù)報(bào)技術(shù)將日臻完善。

　?。ㄈ┬畔⒐芾砑夹g(shù)。

　　在防洪決策過(guò)程中，將會(huì)涉及大量水文、氣象、工程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面的信息。目前已初步形成了與國(guó)家防汛抗旱總指揮部辦公室聯(lián)網(wǎng)的信息管理系統(tǒng)，由水利部信息中心負(fù)責(zé)信息管理。

　　在信息管理中還廣泛地應(yīng)用了地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、多媒體等新技術(shù)。在北京可以及時(shí)獲得全國(guó)各地的水情、災(zāi)情及有關(guān)的各類信息。

　　（四）遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　在洪水發(fā)生時(shí)，對(duì)洪水的舉動(dòng)、災(zāi)情等實(shí)行大范圍的監(jiān)測(cè)是十分必要的。而利用衛(wèi)星遙感、機(jī)載遙感對(duì)災(zāi)情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已取得十分重要成果，已實(shí)現(xiàn)在多云天氣、夜間的成功監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的畫(huà)面可從現(xiàn)場(chǎng)直接向北京傳送。不僅可準(zhǔn)確判斷淹沒(méi)范圍，還可以判斷淹沒(méi)水深，以及淹沒(méi)農(nóng)田的減產(chǎn)幅度等，水利部遙感中心已成功地對(duì)遼河、淮河、長(zhǎng)江洪水進(jìn)行了有效的監(jiān)測(cè)。與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，還可以通過(guò)遙感技術(shù)準(zhǔn)確地判斷洪水災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失及受災(zāi)人口等。

　?。ㄎ澹┓篮闆Q策技術(shù)

　　集通訊、信息管理、洪水預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、洪水優(yōu)化調(diào)度等新興技術(shù)為一體的防洪決策支持系統(tǒng)已在各大流域內(nèi)逐漸形成。黃河、長(zhǎng)江、淮河等都已初具規(guī)模，目前國(guó)家防洪抗旱總指揮部正集中全國(guó)專家在制定全國(guó)防洪決策指揮系統(tǒng)的實(shí)施方案。防洪科學(xué)決策已指日可待。

　?。┩茝V洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖。

　　利用數(shù)值模擬技術(shù)可以準(zhǔn)確地預(yù)見(jiàn)各江河遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水或工程失事情況下可能發(fā)生的洪澇災(zāi)害，包括可能發(fā)生的淹沒(méi)范圍、水深、持續(xù)時(shí)間、洪水流速等。據(jù)此可推斷各地域遭遇洪澇災(zāi)害的危險(xiǎn)程度。以此為依據(jù)，可制定各地的土地開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃、確定防洪標(biāo)準(zhǔn)、洪水保險(xiǎn)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、堤防保護(hù)范圍等，對(duì)洪澇災(zāi)害實(shí)行有效的風(fēng)險(xiǎn)管理。

　　除上述在管理方面的軟科學(xué)技術(shù)進(jìn)步之外，在防洪工程建設(shè)技術(shù)中也取得了較為明顯的進(jìn)步。

　　（一）筑壩技術(shù)

　　已初步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化實(shí)行和科學(xué)管理。在混凝土重力壩建設(shè)中目前成功的發(fā)展了混凝土碾壓筑壩技術(shù)，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了投資。在土石壩方面成功地應(yīng)用了面板堆石壩技術(shù)和無(wú)紡布防滲土壩施工技術(shù)，都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

　　在建設(shè)超200米高大壩時(shí)，溢洪道下游的消能防沖技術(shù)我國(guó)已領(lǐng)先于世界水平。近年來(lái)在我國(guó)廣泛應(yīng)用的寬尾墩消能為代表的收縮式消能工以及摻氣減蝕等技術(shù)屬我國(guó)首例。

　?。ǘ┑虊畏罎B技術(shù)

　　土堤內(nèi)經(jīng)常會(huì)發(fā)生裂縫、動(dòng)物洞穴，成為堤防的隱患，在洪水期間導(dǎo)致管涌、潰堤等重大事故。在近年來(lái)我國(guó)成功地開(kāi)發(fā)了堤防劈裂灌漿、打設(shè)連續(xù)混凝凝土防滲墻等方面取得多項(xiàng)技術(shù)成果。此外在防洪搶險(xiǎn)中應(yīng)用土工布、模袋混凝土等新材料防沖防滲也都在防洪中發(fā)揮了重要作用。

　　但是相對(duì)于其它發(fā)達(dá)國(guó)家，相對(duì)于我國(guó)其它行業(yè)，在水利建設(shè)中的技術(shù)進(jìn)步較落后。除已列舉的原因外，我國(guó)水利科研投資嚴(yán)重不足，國(guó)家級(jí)水利科研力量需要“找米下鍋”不能投入水利科研主戰(zhàn)場(chǎng)等現(xiàn)行科研體制都是制約水利科技發(fā)展的因素。我國(guó)目前6萬(wàn)公里大江大河干堤的防洪標(biāo)準(zhǔn)只有10～20年一遇，要達(dá)到50～100年一遇還有相當(dāng)?shù)木嚯x，任重道遠(yuǎn)，還需要奮斗幾十年。