极端暴雨考验北方防洪
作者:覃思编辑·王珊三联生活周刊:这轮北方暴雨对北京、河北、山西等地造成了很大伤亡和损失。暴雨到底有多大,有什么特点,又是怎么形成的?
许小峰:从强度上看,这轮北方暴雨即使不是最极端的,也是一次接近历史记录的暴雨,暴雨强度可以排到有历史记录以来的前几位,后续需要对具体数据进行分析才能确定。此次北方暴雨开始于7月23~24日,呈现出“点强、面广”的特点。
这是华北雨季的典型暴雨过程,从南方北上的暖湿气流与北方的冷空气相遇,形成了一条西南-东北走向的雨带,雨带覆盖较广,波及北京、天津、河北、山西、内蒙古等地,从气候角度看,七下八上,正是华北区域的多雨季节,是造成此次强降雨过程的气候背景。
但从今年情况看,南方暖湿空气向北输送的时间提早,暖湿空气在北方累积时间明显长于往年。从大气环流的角度来看,正常情况下暖湿空气应该是逐步从南向北推进,从华南到江淮流域,然后到黄淮,再到华北、东北,但今年副热带高压北抬较往年提前了十几天,长江流域6~7月的“梅雨”时节也提前结束。具体到北京,从7月上旬开始,一直是闷热的天气,体感温度很高,让人感觉不适,虽有一些降雨,但一直没有出现强降雨,憋了很长一段时间,一旦有了触发条件,降雨就很极端。
程晓陶:这次暴雨发生的落点是出乎意料的。暴雨所在的海河流域,常年降水量较小。2000年前后,人们眼里的海河流域,是“有河皆干,有水皆污”,地处华北的海河流域总体上是干旱缺水的。比如北京多年平均降水量不足600毫米,而长江流域降水是1000毫米以上。前年的“23·7”暴雨,台风杜苏芮的残余环流被副热带高压挡在其南侧,使暴雨落在了海河流域的南部水系。而今年,副热带高压刚好顶到了太行山北端的山前,且异常稳定,从东向西输送的水汽绕到了副热带高压北侧,自西南向东北方向运行,使暴雨持续落在了海河流域北部水系的山区。
三联生活周刊:此轮暴雨和2023年的“23·7”极端暴雨是相似的吗?
许小峰:此次过程与2023年的“23·7”暴雨不同,那次暴雨过程是受北上台风影响,在华北区域自南向北形成大范围暴雨,在天气图上可以看到伴随热带低压北上出现的大范围的暴雨分布,但这次强降雨区域相对分散,雨团如同“列车”行过,一个一个沿雨带移动,具体到北京,主要在延庆、怀柔、密云、平谷等地的山区降下大暴雨或特大暴雨,山区地形对降雨系统起到了增强、助推作用。三联生活周刊:本次暴雨的特点给应急带来了什么困难?
许小峰:越小尺度、移动越快的云团越难以准确“捕捉”到。这次北方的强降雨雨团在偏西风辐合带中向东移动,不断增强或减弱,变化较快,又受到复杂地形动力、热力影响,呈现出局部暴雨强度快速变化的特点,雨团尺度不大,降雨集中,给提前预警增加了难度。
程晓陶:这种极端强度的降雨,在当地出现的概率非常低,老百姓想不到会下这么大的雨,也就不太有警惕意识。密云上一次遇到这种量级的暴雨,还是在1976年7月23日,将近50年前。当时最大24小时雨量有358毫米,跟这次差不多,但最大小时雨强比这次更大,达150毫米,造成105人遇难。
由于“列车效应”(指有多个对流云团依次经过某地时,所产生的降水量累积起来,就会导致大暴雨甚至特大暴雨,就像人站在一节节经过的列车面前一般,接连不断地感受到一节节车厢经过时带来的巨大声音和冲力,影响效果不断叠加,导致灾害加剧),水汽不断地补充,平时北方的雨可能也就下一两天,这次持续了差不多五六天。那么就出现了一个问题:前期降雨使土壤饱和松动了,但强降雨还在持续,它就特别容易形成连土带树随着山洪一起下来的最恶劣情景。中国气象服务协会会长许小峰(受访者 供图)“暴涨暴落”的山洪
三联生活周刊:我们看到,不管是今年还是前年,受山洪影响的区域,都是遭受破坏最严重的地方。我们在采访中,听到很多居民反映“水涨得太快了”,来不及反应。山区和平原地区的洪水有什么不同?
许小峰:确实,山地对气流会有一个助推作用,云团到了山前会抬升,温度下降,水汽凝结,降雨会加强。气流遇到山地还会产生扰流或波动,都有可能对降雨起到增强作用。
前年和今年的华北暴雨都发生在海河流域,该流域西有太行山,北有燕山,北上的暖湿气流如果卡在太行-燕山这一块,带来特大暴雨的可能性就比较高,也比较容易发生洪水。山区与平原不同,降雨沿山地快速汇集,在短时间形成洪水下泄,正如居民反映的情况,水会在很短时间内上涨,往往就会形成湍急的洪水而引发灾害。
程晓陶:山区洪水的一个基本特点就是“暴涨暴落”。山区坡面上的降雨产生汇流的速度快,会迅速通过各种溪沟汇入河道。水流速度是由比降(单位河长内的落差值)决定的,一般越靠山头,比降越大,水就流得越快。一场暴雨下来以后,山上的水流流速快,不断追到前面的水流,结果在小流域出口处就容易形成尖陡的洪峰。这个洪峰与其他小流域出来的洪水不断遭遇、叠加,就形成了峰型尖陡、流速凶猛、破坏力极大的山区洪水。再加上被推入河道的滚石、流木的阻挡,洪水峰前就可能形成像一堵墙被推下来一样的景象,使跨河桥梁瞬间被拥堵成“水坝”,导致水位的急速壅高,加重洪水的突发性与对两岸的危害。
而平原地区的河流多是“矮胖型”洪峰。比如长江,洪水上涨是较缓慢的,一天可能才涨二三十厘米。但山区山洪不同,半个小时就可能涨一两米,所以给人的反应时间非常短。
三联生活周刊:针对突发性强的山洪,人们能提前做些什么来减少损失?
程晓陶:防灾工作不能只依赖临时反应。山区里,村子一般都位于山谷。而山沟里的房屋的门通常是面向河道的。也就是说,山洪的撤离不像地震,一开门就能跑出去。一旦洪水封住门口,如果房子没有预留逃生通道,根本跑不掉。所以房屋的建筑结构,从设计上就应当考虑逃生路径,比如留出一道后门能上山。
这些措施要因地制宜,因为不同山区房屋的形态不一样,一个村子里,哪些地方水是特别深的,水的流速是特别大的,要具体情况具体分析。这次暴雨中,当地需要特别总结和复盘的是:谁能逃出来?他在什么地方做对了?这些都是特别重要的经验,当地人比外人更有话语权。
在心态和组织撤离上,北方居民也需要转变。南方人因为山洪多见,一般有些心理准备,群防群治做得比较充分,动员全村撤离的经验也比较多。但北方极端暴雨发生的概率相对较低,很多人是第一次经历这么大的雨。这场暴雨就相当于是一个提醒:过去没发生过,并不代表今后不会发生。
三联生活周刊:除了突发性强,来不及反应,山洪还有什么应对上的难点?
程晓陶:还有一个特征是,山区的雨大到一定程度的时候,会把山上的树、石头,沿河的一些垃圾都给冲下来。如果暴雨落在河道比较宽、比较平坦的地方,一般而言不会出现这种情况。现在山区修了很多桥,洪水经过的时候,杂物就会把桥墩之间的空间堵上。再加上“村村通”工程建设之后,山区很多新修的道路在经过山洪沟时,像筑水坝一样垫高路基,路基底下埋着一些排水的涵管,这些涵管在洪水时也可能被堵上,路坝溃决又会放大山洪的危害。
这种堵塞造成危害扩大的现象还是挺多的。2005年黑龙江宁安市沙兰镇的洪灾就是这种情况,山上的柴火、粮食的垛子被水冲到河里,把桥孔给堵上了,结果水一下子憋起来,就相当于临时筑了一个坝,洪水水位变得更高,那场洪水淹没了河边的一所小学,遇难的117人中大多是小学生。现在山区还有一个问题是,在城镇化大潮中,大量青壮年外出打工了,常住人口以留守老人、妇女和儿童为主,这些人群的防灾能力相对低弱。
三联生活周刊:我们也注意到“23·7”暴雨和本次暴雨后,有很多建在河道附近的民宿被冲毁,其中不乏投资数额巨大的项目。人员伤亡和经济损失背后,很多人在讨论人工建造的设施是对自然的侵占。您怎么看?
程晓陶:现在山区大力发展旅游,像密云、怀柔,民宿越来越多。山区的村庄涌入了大量城市居民,避暑、游玩、自驾、夏令营,大家不熟悉地形、不了解山洪风险,这个变化也放大了风险。我也在现场调研中看到不少民宿挤占山洪沟建造的情况。这种沟平时都是干的,只在下了雨以后才有水,但是到了大暴雨的时候,它又是一个排泄山洪的通道。
到底人工设施距离沟底多远才算安全?现在没有统一的标准。2009年后,我们国家投入几百亿元做山洪治理,但主要是做监测预警,还没有到风险区划这一级。前些年我们到江西调研,有个遭受山洪的村子是一河一路,原本只有靠山坡的一侧有房子,但盖新房的地不够用了,村民就在山洪沟一侧打桩建房,形成两排房子夹条路的景象。结果山洪一来,新建的那排房子被冲了个精光。我们问当地干部,为什么不管?但地方干部说,我们凭什么管?并没有一张图说这里不能建房,要管也找不到监管的依据。
三联生活周刊:制定标准是必要的吗,难点在哪儿?
程晓陶:首先是技术上的复杂性。这项工作需要有数据支撑,但是2009年以前很多山区没有水文站、雨量站,也就没有水文和降雨资料,计算上有难度。二是国家需要一个大的部署。风险区的划定意味着开发区域的减少,在地方上,大家可能因为利益不同难以达成共识。
尽管难度不小,但自2009年水利部推动山洪灾害防治项目以来,监测预警设施的建设已经积累了一些资料,这项工作可以积极推动起来了。例如可以借鉴奥地利的风险区划模式。奥地利在1970年代开始逆城市化,城里的有钱人到山里修别墅,结果暴发几起山洪,把别墅冲走了,造成了损失。从那以后政府就对山洪沟做风险区划:红线范围里是洪水概率最大的,里头不能有任何建筑,再外面一圈是黄线,红线和黄线之间可以盖房子,但是房主要自行采取保护措施,建筑物要具备耐淹、抗冲的能力。我们或许可以用现有的数据,结合因地制宜的讨论,先把红线画出来。全流域治理
三联生活周刊:这次强降雨后,大家都在说北方的降雨在增多,越来越像南方,极端天气的频率在增高。对此,您怎么看?
许小峰:今年在华北,人们高温高湿的体感确实较明显,一方面,是因为今年确实比较特殊,副热带高压提早十几天把暖湿气流带上北方,北方雨季的开端从常年的7月18日提早到了7月5日,湿度高了,体感会觉得更热。但副热带高压提早北上的具体原因还有待分析,现在还不能简单归因。
另一方面,高温高湿也和全球变暖的大背景有关。从2022年以来,我们看到全球气温出现了加速上升态势,世界气象组织发布的年度气象报告指出,2023年全球平均气温创有记录以来最高水平,这个纪录在2024年又被打破,今年数据还没出,但很可能也处于高位。大气中温度如果增加了一摄氏度,湿度会增加7%。
以前可能觉得40摄氏度的气温并不常见,但现在在全国各地频繁发生,比如说高温热浪、极端暴雨成为频发事件,还包括旱涝急转,有些地方先是高温、大旱,接着迅速转为暴雨。如此往复,以往的一些经验判断可能会面临很大的挑战。特别是一些以农业、畜牧业为主的省份,对于天气、气候条件非常依赖,一旦气候发生异常,会造成很大损失。
三联生活周刊:在极端暴雨变多的情况下,除了提高监测预警和转移人员的能力之外,北方还能如何提升防洪能力?
程晓陶:工程建设也有必要。具体做什么工程,平原和山区要分开看。平原的防洪重点是让河流不泛滥出来,总体的框架是“上蓄、中疏、下排,适当地滞”,具体来说,就是上游以大型水库拦洪,中游修固河坝堤防保证行洪通畅,下游建蓄滞洪区。
而山区的防洪重点是削峰消能,也就是削减洪峰的能量和破坏力。像这次北方暴雨中,因为暴雨中心落在密云水库上游,水库就起到了关键的拦洪左右,保证了水库下游的安全。根据北京市水务局的数据,这场暴雨中密云水库最大入库洪峰流量6550立方米,远超历史极值,而密云水库的洪峰削减率达82.9%,也就是说,出库流量只有入库流量的17.1%。如果没有密云水库,那这股洪水直接往下游冲,水库下游的潮白河很可能就泛滥了,通州可能就被淹了。这次并没有启用下游的蓄滞洪区,也就是说整个系统还保留了部分应对空间,并没有用到极限。除此之外,河北的安格庄水库、王快水库等大型水库也起到了关键作用。
未来要减少山洪危害,我认为北方山区可以增加一些小型水库。这种小水库既能在暴雨时起到拦蓄洪水的作用,又能在平时北方的干旱期,缓解山区长期缺水的问题。
三联生活周刊:要完善北方的山洪防洪工程,有哪些问题要解决?
程晓陶:中小河流要建防洪工程,资金是个问题。
2000年以前,国家的水利工程更多聚焦在大江大河上,这笔投入是中央财政来承担的。因为从1950年代到2000年,全国大江大河造成的损失和伤亡是最厉害的,主要是因为决堤泛滥,淹没的范围很大。到了1990年代,平均每年死亡人数还有4000多人。2000年之后,随着大型控制性枢纽陆续投入运行,长江上有了三峡,黄河上有了小浪底,淮河上有了临淮港,嫩江上有了尼尔基,大江大河的洪水危害大大减少。
在大江大河洪水得到控制以后,70%以上洪水造成的人员伤亡都来自山洪。但问题是,中小河流的治理责任在地方政府,受制于地方财力,治理水平参差不齐。2009年,水利部设立了中小河流治理项目,其中每个具体河流的治理项目可以使用中央财政的投资不超过3000万元,这些资金明确要先保障重点城镇,那么可能只能治理一条河的几公里至十几公里,治理不了一整个流域。比如某市有18条河,这次只有2条被纳入国家支持项目,剩下16条怎么办?只能下次再报。所以中小河流的问题不可能一次性全部解决。而自己有中小河流治理计划的城市就不同了,可以流域统筹规划,争取到中央财政的支持,加快实现规划的步伐。
三联生活周刊:为什么全流域的治理这么重要?
程晓陶:现在的问题就是:一个地区提高了防洪标准,可能就意味着把风险转移给了其他地区。以前大家的标准都不高,个别地方标准提高一点影响不大。但现在标准越提越高,区域之间的防洪矛盾就变得更加尖锐。
所以现在应该有一个新的原则:一个地方可以提高自己的防洪治涝标准,但要确保不把风险转嫁给别人,要自我消纳多出来的水、承担多出来的压力。要做到这一点,就必须修建和以往不一样的工程,必须从流域整体来统筹思考,不能只按城市行政边界来划。
三联生活周刊:地方资金有限的情况下,如何推动中小河流防洪治理真正落地?
程晓陶:可以在小流域里做协调规划。比如北京密云这次暴发山洪的清水河,上游有小黄岩河和大黄岩河汇入,我们最担心的情况就是这两条河洪峰交汇,形成更加尖陡的峰。两条河在规划上,就可以考虑在一条河上建一个控制性工程,比如说调节型水库,另外一条不需要建,这样的话两条河的洪峰就容易错开了。目前,我们国家七大河都有流域委员会,但中小河流还缺少这样的机制。
这方面,日本有过成功的经验。他们的条件更恶劣,山脊就在岛的正中间,山脊左右两边分成很多小流域,而且流域内70%以上都是山地。他们一旦有条河流涉及多个区或市,就会成立“治水协议会”。几个行政单区坐下来一起商量这条河该怎么治。
2023年“23·7”暴雨之后,国家正在修订海河流域整体的防洪规划,目前修编已进入尾声。像北京中心城区的防洪标准将从200年一遇提高到300年一遇,副中心则从100年一遇提高到200年一遇。但是规划的目标如何落地,具体的工程建设项目如何布局、设计、建造与调度运用才能达到预期的效果,还有不少难题要解决。