我家在长江中游丘陵地区,为什么洪水频发?
作者为清华博士,加州伯克利大学博后研究员。本文原载于知乎“种花匠”。
最近我国南方进入了洪涝频发期,花匠的家乡不幸中招,上了央视新闻(见下图左)。虽然花匠远在美国,但时时惦记着朋友圈里报道的灾情,尤其是下图右边的情景,让花匠纠心得很。
自打花匠记事起,位于长江中游丘陵地带的家乡就频发洪涝灾害,隔个三两年就来一次,“小则上路进屋,中则登堂入室,大则过窗盖瓦”,给花匠和家人带来不少损失和阴影,更给家乡人民带来一次又一次的劳民伤财。再次看到家乡受灾的情景,花匠很不是滋味,决定放下手中的机器学习算法研究,休息一下、写点科普知识,也算是表达对家乡人民的牵挂。
1. 为什么南方丘陵地带容易发洪水?
当花匠从亲友口中得知,自己生活了十几年的地方,下几个小时大(暴)雨就可能涨水时,真是震惊不已、后背发凉。那么问题来了,是什么原因导致花匠的家乡这么容易涨水呢?
花匠首先看了一下咱们国家的降雨量分布图(如下图),花匠家所在的湘赣交界处年均降雨量基本都在1000mm以上。但降雨量大就必然会发洪水吗?花匠表示上海的降雨量也很大啊,除了偶尔会有的城市积水问题,没见过这种隔三岔五就“登堂入室”的洪水情景啊。
花匠又查了一下我国的地形图,仿佛有所领悟:长江中游地带多为山地、丘陵(下图左侧所示),花匠家正好处在湘赣交界的丘陵地带;而长江下游的江浙沪属于冲击平原,水流量虽大,但水系发达、河道众多。为了对山地丘陵地貌有更直观的印象,花匠在谷歌地图上找到了下图右侧所示的地貌图:两边高山峻岭,中间夹条蜿蜒的河流,狭长的河岸两侧遍布耕地或居住区。这是花匠家乡人民的常见居住地貌。
那么,为什么3~4小时暴雨就能引发洪水呢?为了直观理解,花匠做了一个丘陵地貌示意图,如下图所示。通过卫星图估算,花匠发现,家乡的一条河道,往往要承担百倍甚至千倍于其河道面积的水流汇集。
为了更直观地展示丘陵地区的“水往低处流”现象,花匠做了个雨水汇集示意图。暴雨中,河道两侧的山地、耕地、居住区的降水最终都汇集于低洼的河道,确实容易形成洪水漫溢、甚至洪涝灾害。
花匠本科学的是暖通专业,略懂一点给排水常识,例如质量守恒、流量平衡等。在不考虑上游来水、下游走水、中间地带蓄水缓冲的情况下,参照中国气象局对暴雨的定义,每小时16毫米的降水,再乘以两三百倍(甚至更大)于河道面积的雨水汇集区,河水将以每小时1~4m的速度快速上涨,这就不难理解家中长辈口中所说的“三、四个小时大(暴)雨就涨大(洪)水”。
通过上面的简单计算,花匠只想提醒亲友们:
暴雨年年有,涨水乃自然;若为安全计,谨慎择址栖。
2. 洪水中的水库角色。
解释到这,其实还没有完全解开花匠心中多年的疑团。根据花匠小时候的经历,洪水时期的水库泄洪问题就像一根高压线,给花匠的童年带来不少紧张的色彩,相信也是不少家里长辈们的困惑。借着这个机会,花匠拿出了平时做科学研究的架势,查文献、问专家,希望能把这个童年阴霾拿掉。
根据百度科普,水库主要有滞洪和蓄洪作用。其中滞洪就是拦截水库上游及其库区的来水,减少水库下游河道的排水压力,这个在花匠涨水速度计算中是有所体现的。例如,花匠在计算河水汇集区面积的时候,用的是下图绿线所示的距离;倘若没有水库的蓄洪作用,则还需要加上红线所示的蓄水区域,河水上涨的速度将会加倍,后果不堪设想, 由此可见水库滞洪的重要性!
为什么水库往往在洪水期泄洪,甚至可能导致洪水灾害呢?主要是因为水库容量有限,遇到持续性强降雨则需要向下游泄洪区排水,以避免蓄水超位、以及库坝溃塌等危险。
如果说水库蓄水、泄洪有什么值得优化的地方,花匠通过查阅资料,觉得有两点值得注意的:1) 一是可以在雨季前期适当降低蓄水水位,以增加降雨期的水库容水量,相信很多水库已经这么做了,毕竟南方主要以洪涝灾害为主,少有旱灾,并且洪涝灾害的损失应该远远超过旱灾损失;2)二是需要完善水库管理单位与下游沿岸居民的预警机制,避免因预警不及时导致下游居民受损,特别是在行政范围出现交替的地区,尤其需要注意这点。
3. 需要祝福的受灾群众和值得称赞的救灾群体
写到这,花匠深深地感受到大自然面前人类的渺小,在我们追逐日月星辰的进程中,尤其要居安思危、心怀敬畏之情。自然灾害已经够难受的了,切莫再添人为灾害。
最后,花匠想把祝福送给受灾的人们,更把掌声送给救灾的伙伴们。