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一、洪水资源的特点

洪水的资源特性是指提供水土资源和生态环境资源的属性。

在人类文明形成之前,河流洪水不受人类干扰。在自然洪水过程中,洪水携带的大量泥沙、营养物质和物种在流域中下游广泛沉积和繁殖,形成了流域中下游广阔、肥沃、多样的平原和沿河大面积的湿地。由于这种资源,人类文明得以发展、扩大和进步。

随着人类文明的形成和发展,洪水在提供资源的同时,也对生活和生产造成威胁和损失。人类为了发展,不可避免地要筑堤,与水争地,既减少了灾害,又抑制了洪水资源的开发。在进入工业社会之前,人类控制洪水的能力是有限的,能够保护的只是占据流域一小部分的民居和耕地。由于防洪能力低,受保护的耕地经常被淹,防洪工程对洪水资源特性影响不大。

随着防洪工程技术的发展,防洪能力得到了前所未有的提高,这制约了洪水资源特性的发展。比如,由于流域中下游平原河流修建高大的堤防,千百年来形成的富含生态环境资源的湿地大面积萎缩,有的流域甚至不复存在;在北方的一些盆地,平原地下水补给的一个重要来源由于洪水机会的急剧减少而趋于中断;洪水携带的大量营养物质要么被上游水库截留,要么直接被输送入海,失去了滋养淹没区土地和湿地的功能。

防洪与洪水资源特性的发挥是一对矛盾。没有洪水利用措施,防洪标准与发挥洪水资源特性的概率成反比。

在没有防洪工程或防洪标准较低的地区,通常情况下,洪水造成的灾害远大于洪水提供的资源效益,标准较高的防洪工程为洪水的安全利用提供了条件。

二、洪水利用和洪水资源利用

洪水资源的历史

洪水资源自古就有。军队中以水代兵的情况并不少见。最早的记载是公元前359年,楚国决定黄河南岸大堤攻城,借助洪水淹没军队,直到蒋介石决定放出黄河洪水阻止日军。这种方法仍在使用。

战国时期,李冰父子修建都江堰,是古代洪水利用的典范。在利用洪水的同时,由于河道洪水流量减少,洪水利用工程具有兴利和防洪的双重作用。

自明代以来,治理黄河的方略已经形成,即引导利用洪水,治水攻沙,分洪淤滩。认为“治河应由人,而不是由河。”府河性急,若以其性服其力,浅而深,治于我掌(引自《中国水利史稿》)。方式是:“欲深于北,则深于南;要深南方,就要深北方,深南方;要想中间深,南北堤绑在一起,中间深(出处同上)。如果要淤滩,加固堤防,就用这个方法代替。清康熙年间,在明代潘继勋治河的基础上,经过金夫、黄晨的发展和完善,黄河形成了以堤制水以攻沙、以堤制洪、以滚坝减坝(闸)的治河防洪体系。这种防洪策略一直沿用至今。

海河流域在近代也进行了洪水利用的实践。1927永定河洪水后,大量泥沙流入海河干流,导致河床多处淤积达到大沽零,极大影响泄洪和通航。1929年,永定河洪水引入北运河以东低洼地带,使滞淤沉沙后的清水排入金钟河,减少干流泥沙淤积,同时洼地淤积,在甸甸以北形成淤积区,将10多万亩碱荒地变成沃土。

从1932到1939这八年间,永定河向店北以北排淤11次,向店南以南排淤4次。滇南南部和北部淤积量分别为865438+42万m3和65438+65438+65万m3,共计9258万m3。总的来说,湖内地面(759km2)淤积高度为1 ~ 2m,减少了海河的淤积,维持了干流的泄洪和航运功能。

民国时期,据35年统计,在桑干河上的大通、阳高、朔县、应县、天镇、殷珊等地,修建了35项排沙减洪工程,面积达200多万亩。这不仅减少了永定河上游来的泥沙量,也减少了洪水。

民国时期,李仪祉先生撰写了《沟壑》和《利用洪水,储存地下水》等文章,集中论述了洪水利用和洪水资源利用。他想到北方地区历来干旱,下大雨时河水暴涨,比平时大几倍、十几倍、几十倍。让它顺流而下,流向大海,太可惜了。洪水冲破堤防,不加节制,危害更大。平原地区办沟办溪有五大好处:①减轻涝灾;(2)减少土壤侵蚀;(3)将水储存在地下,以备干旱时使用;(4)将河流洪水和营养物转移到田地中,或重新注入地面;(5)发生大洪水时,有指导地划分水势,减少洪水威胁或灾害。对集水沟的整治、建设、管理、维护和效益也进行了详细的论述。当时防洪标准较低,控制和引导洪水的能力不强,不具备沟系大规模运行的条件。但到了近代,科技的发展使人类能够修建高坝水库防洪兴利,大量抽取地下水用于生产生活。李仪祉提倡的沟壑系统并没有得到广泛的实施。

(二)国外对防洪与洪水利用关系的认识和调整

洪水在提供资源的同时,也给人类文明成果造成了灾难,成为制约经济发展的自然因素之一。在工业化和现代文明时期,受资源和生态环境认识水平以及人类改造和利用自然的充分信心的限制,洪水灾害的影响加剧。鉴于洪水及其负面影响,世界各国相继开展了旨在控制洪水的大规模防洪工程。

美国是最早进入现代文明的国家之一,也是受洪水灾害影响最大的国家之一。为了消除洪水灾害的影响,美国政府从19世纪中叶开始大规模介入防洪。65438+20世纪60年代,美国陆军工程兵团提出沿密西西比河两岸修建大规模堤坝,以改善航行和控制洪水。这种大堤唯论,即洪水被限制在两个大堤之间,成为当时美国主要河流的主要防洪策略。到20世纪早期,密西西比河的河岸被联邦政府设计和投资的堤坝系统所覆盖。

1927年,密西西比河下游发生洪水,淹没约2万平方英里(约518万公顷),70万人离开家园,200多人死亡,13.5万栋建筑倒塌或受损,成为美国最严重的洪水之一。这促使了1928年密西西比河下游防洪法的迅速颁布。《防洪法》授权修建水库大坝、整治河道、设置滞洪区、开启泄洪道控制洪水,结束了唯堤论的政策。另一方面,在1927之前,美国政府认为防洪主要是地方政府的责任。1928之后,防洪政策发生了巨大变化:“控制”洪水成为国家政策问题,成为联邦政府的职责。

20世纪30年代的洪水促使一些人(以吉尔伯特·怀特为代表)以全新的视角研究洪水灾害,主张在防洪工程建设中考虑洪水风险,辅以土地利用管理、预测预警系统和洪水保险,以适应当地的地理和经济环境。这种多元化的管理思想体现在1968的《国家洪水保险法》和《国家洪水保险计划(NFIP)》中,构成了国家防洪政策和防洪保障体系的核心部分:“非工程”洪泛区管理和基于风险理论的洪水保险。这种防洪策略虽然没有明确考虑洪水资源的利用,但却放弃了单纯依靠工程来控制洪水的概念,客观上为洪水资源特性的发展提供了条件。

随着人们对洪水及其环境生态功能认识的深入,美国1993洪水后,在人口稀少、资产密度低的高风险地区,未对水毁堤防进行加固或重建,让洪水滞留在曾经有堤防保护的土地上,既利用了洪水的生态环境功能,也缓解了其他重要地区的防洪压力。在1995发布的《全国洪泛区综合治理规划》中,恢复洪水易发区的生态环境功能是未来30年洪泛区治理的四大目标之一。

自20世纪60年代以来,日本试图实现“安全保证”的防洪战略。经过30多年的运行,建立了较高标准的防洪工程体系。最近人们已经意识到,通过防洪工程来保证安全既不可能也不经济,防洪的概念已经转变为一定防洪标准下的“风险选择”策略。在洪水利用方面,采取了雨洪就地消化、洪水资源化利用、人工造滩、湿地建设、水生物种培育等措施,在原渠化河道上形成类似自然状态的“多自然河流”。

(三)海河流域洪水利用设想

自20世纪50年代以来,我国开始了大规模的流域治理,防洪成为流域治理的主要目标。目前,我国有8.6万座水库,平原河流几乎都以堤防为界,频发的洪水得到控制。与此同时,防洪工程的负面影响也逐渐显现,尤其是在海河流域。

经过20世纪50年代几十年的防洪工程体系建设和1963洪水后,水库已能控制80%以上的出山径流,海河流域整体能防御50年一遇的洪水。20世纪70年代,流域下游原有的大型瓦甸湿地迅速萎缩消失。上游径流的截留导致下游河流普遍断流,用水量主要依靠地下水。起初地下水位高,蓄水丰富,干净卫生,就地取用,方便经济,既满足了生产生活需要,又增加了灌溉面积。同时,随着地下水位的逐渐降低,大面积盐碱地得到改良,成为高产稳产良田。20世纪70-80年代,海河流域处于枯水期,平原中下游以外没有洪水威胁,但内部有地下水补给,一派祥和景象。但随着经济的发展和人口的增加,用水量急剧增加,浅层地下水不够用,机井一般深入难以再生的深层地下水。海河流域原本降水不足,加上地下水枯竭,导致水资源长达一年的短缺,直接威胁到流域的可持续发展。与此同时,由于河流断流和水资源短缺而引发的生态环境和社会问题也越来越严重。工业和生活废水长期滞留在截流河中,污染物日积月累,渗入地下。农业灌溉大量使用河流中的废水,使污染扩散到土地和食物;河流断流,湿地消失,使依赖的生物灭绝,流域长期生物链中断。目前,虽然没有对此进行专门研究,但可以预见,其生态环境影响将是深远而长期的,甚至是不可逆的。

海河流域的年降水量变化很大。丰水年的降水量可达700毫米以上,干旱年不到400毫米..丰水年,暴雨洪水造成流域大面积洪涝,损失巨大,恐不及;在干旱的年份,干旱严重,没有水可用。

20世纪60年代以前,海河流域水资源短缺和生态环境问题还不突出。当时由于防洪能力低,洪水对流域发展和生命财产的危害最大,是流域治理的主要目标。防洪工程是按照“排水为主”的原则规划的,目的是将洪水全部排入大海,避免洪水灾害。不到20年,流域发生了巨大变化,防洪能力大大提高。水资源短缺和生态环境恶化已经严重威胁到流域的可持续发展。即使洪水问题不可忽视,也只是短期影响。对于北方干旱缺水地区,洪水的发生具有改善生态环境、缓解水资源短缺的作用。

1996年,海河流域发生1963年洪水以来最大洪水。尽管洪水的规模远小于63年,但洪水仍然造成了巨大的损失。在这场洪水的演变和泛滥过程中,出现了前所未有的一幕:沿途地表径流大量流失,洪水向下游演变,远小于预估量级,到达时间明显延迟。由于地下水的过度开采,地表吸收径流的能力和地下蓄水的能力急剧增加。根据洪水后的估算,径流系数只有洪水期1963的一半,为0.24,渗入地下的水量多达80亿m3。平原区地下水位平均埋深比汛前增加了2.02米,比去年同期增加了0.84米,超过了开采量。此外,洪水冲走了流域多年积累的废渣、废水等污染物,极大地改善了环境景观。1996年后,河北省农业连续三年丰收,这与1996年洪水后地下水大量补给,缺水矛盾得到缓解不无关系。

海河流域在20世纪50-60年代处于丰水期,70年代处于丰枯过渡期,80-90年代处于枯水期。据预测,21世纪初,将再次进入雨季。如何抓住机遇,在防洪的同时采取有效措施,充分利用洪水的资源特性,缓解流域缺水和生态环境恶化的问题,对流域的可持续发展具有重要意义。

历史上,由于流域防洪工程体系没有建成,难以防御频繁的洪水,因此洪水利用和洪水资源利用无从谈起。虽然现有的高标准防洪体系对洪水生态和资源特性的发展有影响,但基本上可以确保重要地区的安全,并具有较高的调度和控制洪水的能力,从而为洪水的安全和合理利用提供了条件。

针对海河流域的现状,作者建议从以下几个方面进行洪水利用和洪水资源化。

(1)在充分论证的基础上,提高水库汛限水位或蓄洪水位,多蓄洪水。海河流域的水库主要是在20世纪50、60年代大规模的群众性水利建设运动中修建的,存在质量不高、大坝防护标准低等问题。经过20世纪80年代以来的不断加固,大多数水库都达到了部颁标准。经过“96.8”洪水的考验,提高部分水库的汛限水位,甚至超过蓄洪是可行的。至于汛限水位和防洪库容提高到什么程度,需要在充分论证的基础上确定。

(2)发生洪水时,利用洪峰清理河道污染物。近20年来,海河流域处于枯水期,也处于社会经济快速发展阶段。用水量剧增,多条河流断流,大量未经处理的生产和生活垃圾长期滞留在河流中,造成严重污染。“96.8”洪水后,由于洪水对自净的冲刷和稀释,受洪水影响的水系水质普遍得到明显改善,洪水的环境效益显著。洪水利用不仅要发挥其改善环境的作用,还要发挥其弥补水资源短缺、恢复流域生态的作用。因此,将洪水全部排入大海是不合适的。原则上用洪水前的水量清理河道,改善环境,剩下的尽量用来补充水资源,恢复流域生态。建议清理河道和改善环境所需的洪水量由水利部门协同环保部门进行专题研究确定。

(3)建设洪水利用工程,将洪水引至田间,回灌地下水。“96.8”洪水补给海河流域地下水82亿m3,约为多年的两倍。洪水除了渗入河道、滞洪洼地和当地降雨外,造成了巨大的损失,但也补充了相当数量的地下水。1996流域平均降水量600毫米。据统计,1956 ~ 1998这43年的年平均降水量表明,降水量大于700mm的年份有10年,雨季有1956 ~ 1970年。在流域现状情况下,粗略估算,年平均降雨量大于600mm时,地下水补给量大于80亿m3,大于700mm时,地下水补给量大于654.38+05亿m3(根据河北省防办1994年作出的“63.8”暴雨重现性研究,河北省地下水补给量达146 m3,当年降雨量为673mm)。为了充分利用洪水资源,补给地下水,可以借鉴李仪祉先生设计的洪水利用沟壑系统,结合分洪闸、滚坝、滞洪洼地等工程,在广大平原地区纵横交错的沟壑中引导洪水,有望进一步增加地下水补给。它的五个主要作用如上所述。

④恢复部分凹陷。20世纪70年代以前,海河流域遍布洼地和湖泊,不仅是蓄洪的场所,也是长期自然生态环境的重要组成部分。70年代以后,由于旱季和流域用水量剧增,除少数洼地外,相继干涸,成为农业生产用地,洼地的生态环境功能基本丧失,蓄洪作用也大打折扣。因为洼地、湖泊常年蓄水不仅具有改善生态环境、调蓄洪水的作用,还具有供水、水产养殖、旅游等效益,可能比用作农用地更有利。考虑到流域将再次进入汛期,南水北调工程即将实施,建议在有条件的瓦甸开展蓄水前期准备工作(如有调节水库或靠近南水北调总干渠,生态环境改善功能强,调蓄洪水效果好,移民安置容易),包括移民安置规划、蓄水工程建设和完善、涉水产业培育计划制定等。一旦进入汛期,将有计划地进行蓄水。

⑤利用流域河网的调蓄功能,使洪水在平原地区滞留时间更长。经过大规模的防洪工程建设,海河流域形成了几个相对独立的水系,各有入海通道,由内河相连。遇大洪水可单独排海,遇中小洪水可通过河网调度相对集中排海,增加平原地区洪水滞留时间,补给更多地下水。结合上述措施,可以达到充分利用洪水的目的。

三。结论

洪水资源自古就有,在防洪能力低下的时期,洪水利用只是零星的。随着人类控制洪水能力的提高,对水资源需求的增加和对生态环境问题的关注,大规模安全合理利用洪水不仅是可能的,而且是迫切的。在水资源相对匮乏的北方地区,洪水的利用和利用尤为重要。由于洪水利用和洪水资源化的研究最近才开始,所以关于海河流域洪水利用的建议,如充分利用现有水库渠道蓄滞水、利用洪峰清理污染、引洪到田、修复洼地等,都还太浅,可供参考。