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长江南京段水位超历史极值 你关心的与汛情有关的问题都在这里!
2020/07/21 18:15  交汇点新闻  

  交汇点讯7月18-20日,长江南京段水位连续三天超历史极值,分别达到10.26、10.31、10.32米。当前,南京市启动了今年首次全市防汛Ⅰ级应急响应。哪些因素会引起水位上涨?湖泊、大坝、水库怎样发挥蓄洪、泄洪、行洪作用?我们如何在洪水到来前精准预测洪水?交汇点记者就你关心的问题,专访了河海大学水利水电学院金光球教授。

  图片来源 视觉中国

  记者:近日长江中下游流域洪水持续暴涨,哪些重要因素引发了今年长江汛情?

  金光球:引发汛情最主要原因是今年长江流域尤其是中下游降雨量大且范围广,降水持续时间长。据水利部长江水利委员会介绍今年以来长江流域平均降水量750毫米,特别是进入主汛期以来,长江流域共发生了9次强降雨,基本无间歇,流域降雨量较往年同期偏多四成,而中下游地区较往年偏多达六成,自1961年以来排名第1位。

  就长江南京段水位突破历史极值而言,是因为受到长江上游来水、天文潮和本地强降雨等多种因素的影响,其中最主要是上游来水的影响,同时受到天文大潮的顶托,造成目前的防洪紧张态势。

  记者:天文潮、风暴潮等因素如何影响长江中下游水位?

  金光球:潮位一般由天文潮和气象潮两部分组成的。

  天文潮是地球上海洋受月球和太阳引潮力作用所产生的潮汐现象。受太阳和月亮引潮力规律变化控制,其高潮位和低潮位和出现时间具有规律性。

  气象潮是由水文气象因素(如风、气压、降水和蒸发等)所引起的海面振动现象。除因短期气象要素突变,气象潮一般比天文潮小。风暴潮就是一种气象潮,是由热带气旋、温带气旋或寒潮过境时所引起的海面异常升高或降低,振幅高达数米,常导致海水越过海堤,给沿海地区带来严重的内涝。

  由于长江中下游河段尤其是入海口附近河段地势低平,海水位上升会显著顶托干流洪水,导致长江洪水排泄不畅,中下游河段水位持续壅高。

  此次影响长江中下游潮位的主要是天文潮,长江入海口潮位处于高位,影响洪水宣泄入海,并且受潮汐和支流洪水汇入影响,长江大通以下江段还将维持高水位波动。

  以南京段为例,选取长江河口重要站点吴淞站为入海口潮位,该站潮波抵达南京的时间一般为8—10小时(江苏省水利厅)。7月15日转潮,受上游泄洪与下游潮位顶托的持续作用,7月18日长江潮位突破历史,南京段水位连续三天持续攀升,7月18-20日,南京站水位分别达到10.26、10.31、10.32米,超过警戒水位1.56、1.60、1.61米,创有实测记录以来的新高(1954年10.22米)。

  记者:湖泊是调节江河水量的天然水库,淡水湖对河流的水量如何起到调节作用?

  金光球:湖泊作为天然的蓄水场所,利用湖泊调节洪水是流域防洪的重要手段之一。与水库相同,通常在汛期来临之前,湖泊通过提前放水,腾空一部分蓄水空间。当入湖支流有大洪水进入湖泊时,利用腾空的库容将超过湖泊下游防洪标准的洪水暂时蓄存在湖泊内,使峰高量大的尖瘦洪水过程变为长时间平缓的泄流过程,这样就显著降低了下游洪水风险。汛期内,当预报流域内有大洪水时,也可通过提前放水腾空一部分湖泊,以供调节洪水,经过多次这样的调节过程,实现其防洪功能。

  鄱阳湖 (图片来源:视觉中国)

  以长江与鄱阳湖防洪问题为例:当长江干流发生洪水时,鄱阳湖会承纳长江洪水,缓解长江干流泄洪压力;当鄱阳湖发生洪水时,湖区洪水经过长江排泄。但今年鄱阳湖和长江同时遭遇强降雨,两相叠加,使得鄱阳湖水情更加严峻。鄱阳湖流域持续强降雨导致江西境内河流水位暴涨,大量洪水注入鄱阳湖;再加上同期长江干流洪水,长江水位顶托,湖内洪水排泄困难,甚至部分长江洪水倒灌鄱阳湖。因此要想控制鄱阳湖的水量,还要靠长江上游和五河上的水库等设施充分联合发挥作用,它们调节的洪量越大,鄱阳湖就越安全。

  就省内来说,连日来,太湖水位也已超预警多日。太湖流域虽然面积广阔,达3.69万平方公里,但平均水深不足2米,属浅水湖泊。太湖水流下泄动力不足,湖泊调蓄能力有限,洪水下泄对水位变化敏感。因此太湖流域防洪既靠堤坝挡,更需工程实现水动力重构,排泄洪水。

  湖泊就如同天然蓄水池,起到调节洪水的作用。与历史上相比,现在湖泊的整体面积缩小,导致其蓄水功能减弱。围垦湖泊、侵占水域、违法养殖等,一方面会导致湖泊面积萎缩、洪水蓄存空间减少,另一方面会增加行洪场所的下垫面糙率,降低湖泊等天然行洪场所的泄洪能力,给汛期防洪带来安全隐患。科学管理湖泊,重构河湖水动力,有序恢复期生态防洪功能,是河湖长久健康发展的前提,也是水利工作者一直努力的方向。

  记者:三峡大坝在防洪中发挥着怎样的作用?

  金光球:三峡发挥防洪作用主要是通过四种方式来实现,分别为蓄洪、削峰、错峰和与上游水库群的联合调度,在长江流域防洪中起着巨大作用。

  蓄洪,指拦蓄超过下游安全泄量的洪水,据水利部长江水利委员会介绍截至18日18时三峡水库已拦蓄洪水近100亿立方米,有效缓解下游的防洪压力。

  削峰,指削减上游来的大洪峰,缓解下游的防洪压力,据水利部长江水利委员会介绍,针对长江2020年第1号洪水,三峡水库连续5次减小出库流量,下泄流量从3.5万立方米/秒降至1.9万立方米/秒,有效避免了城陵矶站超保证水位;三峡水库在长江第1号和第2号洪水期间最大削峰率分别约为34%和46%。

  错峰,指通过水库调蓄防止上游洪峰与下游洪峰相遭遇,减少上、下游洪峰叠加。6月以来,三峡水库等控制性水工程为长江中下游防洪发挥了巨大作用。

  与上游水库群的联合调度,针对长江2020年第2号洪水,为减轻三峡水库的压力,水利部调度部门决定,启用长江流域水库群,长江流域41座水库与三峡水库协同作战,联合调度长江上游金沙江、雅砻江、乌江、嘉陵江上的多座水库共同配合三峡水库防洪,加之中游湖北清江、湖南洞庭湖流域水库群充分发挥其调洪作用,尽力减轻长江中下游防洪压力。

  记者:在洪水来之前,我们如何预警、精准抗洪?

  金光球:洪水预报,最关键的是预报精度和预见期。其中,预见期与流域自身特性相关,比如,通常流域面积大、地势平缓的流域预见期长,反之则预见期短。而预报精度的影响因素更多,诸如预报所用模型包括参数的合理性、流域下垫面的复杂程度等。其中,未来天气预报的精度对洪水预报的影响尤为显著。我国的水文预报整体上处于世界领先水平,特别是由河海大学提出的“新安江模型”,在实时洪水预报研究领域具有非常重要的影响力。

  洪水预测模型从实现原理上讲,主要有水文模型、水动力模型和人工智能预测模型3种类型。

  其中,水文模型是实时洪水预报中最常采用的一种方法,“新安江模型”就是一个典型的水文模型。利用水文模型,可针对某一特定的流域,根据流域下垫面特征,构建能反映流域降雨-径流关系的流域水文模型,利用历史实测降水、蒸发和流量资料对模型进行率定与验证。利用该模型推算当前降水产生的径流过程,计算洪峰流量及洪峰到达时间。

  水动力模型是严格基于物理过程的水流预测模型。此类模型一般适用于重要水库、湖泊和河流的重要河段等特定水体,精确反应其水动力重构特征。然而想要利用水动力模型进行精准预测,不仅需要消耗很大的计算资源,还需要对计算体的边界条件有严格的把握(如某个蓄水区的精确地形边界和某个排水口精确的排水流量)。由于流域尺度中很多变量未知,水动力模型一般不适用于流域尺度。

  人工智能预测模型是目前新兴的一个研究领域。由于测量精度和误差累积效应,水文模型与水动力模型在中短期预测可以很精准,但是对于长期预测,则可能出现较大偏差。人工智能预测模型正好弥补这一点,其预测精度和输入的历史数据量有关,也就是我们说的“大数据”,数据量越大,人工智能判断将越准确。

  未来的预测模型发展形势,将是水文-人工智能模型相结合,各取所长。

  记者:请大致介绍一下,什么是“新安江模型”?

  河海大学赵人俊教授等创建的“新安江流域水文模型”,是我国水文科学最具原创性的科研成果,在防洪减灾、水资源与水生态管理应用方面取得了突出成绩。“新安江模型”尤其适用于湿润与半湿润地区。模型的输入为降雨和蒸散发能力,输出为流域出口断面的流量过程和流域实际蒸散发量。模型主要由四部分组成,即蒸散发计算、产流量计算、水源划分和汇流计算。三水源新安江模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发;按蓄满产流理论计算降雨产生的总径流量;在径流成分划分方面,把总径流划分成地面径流、壤中流和地下径流;在汇流计算方面,单元面积的地面径流汇流一般采用单位线法,壤中水径流和地下水径流的汇流则采用线性水库法,单元内河网汇流可采用滞后演算法,单元外的河道汇流则通常采用马斯京根河道流量分段连续演算法。

  在新中国成立40周年庆典上,“新安江模型”入选100项重大科技成果。在其发展之初就享誉国内外,世界气象组织WMO将其列入了水文综合业务系统(HOMS)核心组件,广泛应用于亚洲、欧洲、美洲、非洲及澳洲。“新安江模型”还入选美国国家天气局水文预报模型,爱尔兰国立大学列入研究生教材内容。时至今日,新安江模型已成为国际上诸多国家水文预报系统中采用的唯一的中国模型,更被国际诸多著名水文学家推荐用于全球气候变迁研究中。(交汇点记者 叶真)

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责编:李爽

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