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

2010-07-23 09:41  來源于網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯】

  中國年年修水利,為什么年年鬧水災(zāi)?

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

  社會愈發(fā)展,對災(zāi)害愈脆弱

  許多人會天真地認(rèn)為,隨著社會的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,國力的增強(qiáng),防災(zāi)救災(zāi)的能力會逐步提高,各種自然災(zāi)害所造成的損失會逐年減少,乃至徹底杜絕各種災(zāi)害所造成的損失。實際上,這可能只是一種美好的心愿。事實證明,社會愈發(fā)展,相對于自然災(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,最大級火山爆發(fā)的能量又是地震能量的10~100倍,而一次臺風(fēng)可帶來1000億立方米的降雨。因此在遭遇大型自然災(zāi)害時人類還很難完全控制和防御它。由此而得出的結(jié)論是人類必須樹立與自然災(zāi)害長期共存的思想,到任何時候自然災(zāi)害都不可能完全杜絕。換句話說,自然災(zāi)害將伴隨人類社會的始終,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)害損失將隨社會發(fā)展同步增長。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人口與資產(chǎn)向洪泛區(qū)集中的趨勢將有所加強(qiáng)。我國約有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)。同時這些地區(qū)又多是洪澇災(zāi)害多發(fā)的洪泛區(qū)域。總體來說,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)增長迅速。而且老的城區(qū)及居民集中區(qū)大多首先選擇相對安全的地域,而新的開發(fā)區(qū)、城鎮(zhèn)新區(qū)則只能向相對風(fēng)險較大的區(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)險的人前往開發(fā)?傊,洪泛區(qū)特別是高風(fēng)險地域內(nèi)人口及資產(chǎn)的迅速增加,社會總體財富的增加,在發(fā)生同樣洪水的條件下,所造成的財產(chǎn)損失逐年增加是必然趨勢。日本從1973年至1973年的10年間,由臺風(fēng)所造成的經(jīng)濟(jì)損失增加了一倍。我國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。

  社會的發(fā)展將導(dǎo)致致災(zāi)因子增強(qiáng)。社會經(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)代化城市相對于自然災(zāi)害越脆弱,這并不是聳人聽聞之言,F(xiàn)代化城市人口及財產(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,一個變電站被洪水淹沒可能導(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年日本長崎大水導(dǎo)致交通全部癱瘓,僅汽車就被沖入大海2萬余輛,其原因是這些汽車都是所謂新式“全自動汽車”,門窗也全靠電動開閉,突然遭遇洪水使電路集中的底盤被淹,結(jié)果電路失靈,門窗無法開啟,汽車便如船一樣漂如大海,車毀人亡。美國1993年密西西比河發(fā)生大水,使信息網(wǎng)絡(luò)被破壞,完全依賴于計算機(jī)管理的廠礦企業(yè)及管理部門陷于癱瘓,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,人們將會手足無措。

  當(dāng)然,上面我所列舉的各種觀點只反映了現(xiàn)代社會隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而因自然災(zāi)害所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失會不斷增加的一個方面;另一方面隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,社會總體抗災(zāi)能力也會不斷提高。如自然災(zāi)害的預(yù)測、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,都可能使因災(zāi)害造成的傷亡人數(shù)大為減少。因此在發(fā)達(dá)國家發(fā)生非突發(fā)性自然災(zāi)害時,其傷亡人數(shù)都在數(shù)十人范圍內(nèi)。有的國家提出:“即使發(fā)生大洪水,也不死一人”的目標(biāo),看來也是可以實現(xiàn)的。我國歷史上多次發(fā)生死亡百萬、數(shù)十萬人的大水災(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,面對現(xiàn)實,我們無法防止自然災(zāi)害的發(fā)生,但是可以通過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。工程措施即通過修建各種防災(zāi)工程設(shè)施提高全社會生產(chǎn)生活環(huán)境的安全度,減少災(zāi)害風(fēng)險。非工程措施即通過各種行政、技術(shù)管理手段,制約社會的不當(dāng)行為,建立與自然災(zāi)害特點相適應(yīng)的生產(chǎn)生活方式,以減少災(zāi)害發(fā)生時可能產(chǎn)生的損失。工程措施是對自然環(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)是一門非常古老的技術(shù),“兵來將擋,水來土掩”筑堤防洪已成定論。因此在長達(dá)數(shù)千年的中國防洪史中,筑堤技術(shù)、堤防搶險技術(shù)已成為我國防洪技術(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,因災(zāi)死亡人數(shù)常達(dá)數(shù)十萬人,1939年海河水系大水造成100萬人死亡。

  解放后,由于國家的統(tǒng)一和經(jīng)濟(jì)實力的不斷增強(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),實施流域的統(tǒng)一規(guī)劃和治理。在五十年的時間內(nèi)建設(shè)15米高以上大壩8400余座,修筑和加固江河堤防25萬公里,基本形成了完整的防洪工程體系。歷來以害海聞名的黃河安然無恙,全國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,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,長江的堤防建設(shè)在解放后動用土方達(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。由于十年動亂等原因,在相當(dāng)長一段時間內(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,也是近年來水災(zāi)損失不斷增加的主要原因。但是,不能對此操之過急,也不能指望在很短時間內(nèi)就形成我國高標(biāo)準(zhǔn)的防洪工程體系。要根據(jù)我國的經(jīng)濟(jì)實力,不斷增加對水利的投入,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,使其不斷溶入我國古老的防洪技術(shù),創(chuàng)造出適合我國國情的現(xiàn)代防洪技術(shù)。目前在我國防洪工程中已逐漸廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)包括:

 。ㄒ唬┈F(xiàn)代通訊技術(shù)

  在防洪搶險中,洪水預(yù)報、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、對講機(jī)來傳達(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出現(xiàn)險情時,由于電話中斷,不能及時向下游傳達(dá),發(fā)生潰堤后造成8.4萬人死亡的慘劇。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,保證了信息的及時傳遞。

  (二)水情預(yù)報技術(shù)。

  要準(zhǔn)確預(yù)報水情,必須正確預(yù)報降雨。對降雨預(yù)報分為長期、中期、短期預(yù)報、實時預(yù)報。長期預(yù)報是跨年度預(yù)報,中期預(yù)報是跨月預(yù)報,短期預(yù)報一般是指近1~3天內(nèi)的預(yù)報,實時預(yù)報是近1~2小時內(nèi)的預(yù)報。目前全世界都還沒有解決長期預(yù)報問題,中期預(yù)報的可靠性也很差,短期預(yù)報的精度不斷提高,實時預(yù)報已有較好的精度。但是隨著雷達(dá)測雨、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)報的預(yù)見期逐漸加長,精度不斷提高。對1998年洪水的預(yù)報應(yīng)當(dāng)說是十分成功的。在5~6月份氣象和水利部門就發(fā)表了在長江流域可能發(fā)生1954年型大水的預(yù)報,防汛部門召開了全國防汛工作會議進(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全民防洪斗爭的勝利。

  雷達(dá)測雨在歐美及日本已廣泛應(yīng)用,它可以精確地預(yù)報數(shù)小時后流域內(nèi)降雨強(qiáng)度、分布、移動方向及移動速度等,是實時降雨預(yù)報的有力工具。

  利用衛(wèi)星云圖通過對云層厚度、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。

  利用全球氣象數(shù)值模型,對全球水、汽輸移進(jìn)行計算模擬,可以進(jìn)行全球氣象形勢分析,再與歷史上類似年份的氣象形勢對比分析,可以進(jìn)行中、長期降水預(yù)報。

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

  (三)信息管理技術(shù)。

  在防洪決策過程中,將會涉及大量水文、氣象、工程、社會經(jīng)濟(jì)等方面的信息。目前已初步形成了與國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)。在北京可以及時獲得全國各地的水情、災(zāi)情及有關(guān)的各類信息。

  (四)遙感監(jiān)測技術(shù)

  在洪水發(fā)生時,對洪水的舉動、災(zāi)情等實行大范圍的監(jiān)測是十分必要的。而利用衛(wèi)星遙感、機(jī)載遙感對災(zāi)情進(jìn)行實時監(jiān)測已取得十分重要成果,已實現(xiàn)在多云天氣、夜間的成功監(jiān)測。監(jiān)測的畫面可從現(xiàn)場直接向北京傳送。不僅可準(zhǔn)確判斷淹沒范圍,還可以判斷淹沒水深,以及淹沒農(nóng)田的減產(chǎn)幅度等,水利部遙感中心已成功地對遼河、淮河、長江洪水進(jìn)行了有效的監(jiān)測。與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合,還可以通過遙感技術(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、災(zāi)害監(jiān)測、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、長江、淮河等都已初具規(guī)模,目前國家防洪抗旱總指揮部正集中全國專家在制定全國防洪決策指揮系統(tǒng)的實施方案。防洪科學(xué)決策已指日可待。

 。┩茝V洪澇災(zāi)害風(fēng)險圖。

  利用數(shù)值模擬技術(shù)可以準(zhǔn)確地預(yù)見各江河遭遇超標(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)生的淹沒范圍、水深、持續(xù)時間、洪水流速等。據(jù)此可推斷各地域遭遇洪澇災(zāi)害的危險程度。以此為依據(jù),可制定各地的土地開發(fā)利用規(guī)劃、確定防洪標(biāo)準(zhǔn)、洪水保險收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、堤防保護(hù)范圍等,對洪澇災(zāi)害實行有效的風(fēng)險管理。

  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。

 。ㄒ唬┲䦃渭夹g(shù)

  已初步實現(xiàn)了機(jī)械化實行和科學(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)和無紡布防滲土壩施工技術(shù),都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

  在建設(shè)超200米高大壩時,溢洪道下游的消能防沖技術(shù)我國已領(lǐng)先于世界水平。近年來在我國廣泛應(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)屬我國首例。

  (二)堤壩防滲技術(shù)

  土堤內(nèi)經(jīng)常會發(fā)生裂縫、動物洞穴,成為堤防的隱患,在洪水期間導(dǎo)致管涌、潰堤等重大事故。在近年來我國成功地開發(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技術(shù)成果。此外在防洪搶險中應(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。

  但是相對于其它發(fā)達(dá)國家,相對于我國其它行業(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,我國水利科研投資嚴(yán)重不足,國家級水利科研力量需要“找米下鍋”不能投入水利科研主戰(zhàn)場等現(xiàn)行科研體制都是制約水利科技發(fā)展的因素。我國目前6萬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。

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