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云梦泽、洞庭湖,三峡水库
[题记]:两湖洪灾的关键问题是我们要严防死守,保一个低于长江汛期水位10米,甚至20米的大锅底。
[又记]:感谢各位的评论、指正和编辑MM(也可能是JJ)的垂青,挂在科学网主页半天时间,不到3500的点击量大概是本网有史以来最少点击的头条博文。
一场可能要超出1998年洪水的全流域大洪水正在长江流域酝酿。这也是考验三峡工程和98年洪水退耕还林成效的时候了。
长江巨洪的大气环流背景是超强厄尔尼诺,西太平洋副热带高压强大、停滞,从热带印度洋、南海、太平洋向东亚地区的水汽输送增加,且雨带长期滞留在北纬30°附近的西南地区东部与长江中下游一带。形成今年长江一号洪峰的川江流量在每秒5万m³左右,与2010年川江(寸滩)每秒7万m³的近百年一遇洪峰相比,仅仅属于几十年一遇的中常洪水。但暴雨过程为纬线型,暴雨中心走向与洪水走向大体一致,导致上游来水与中下游暴雨洪水相叠加,长江水位全线超警,并倒灌洞庭、鄱阳湖区,造成长江两岸低平原排水不畅,内涝严重。如果七月中旬以后雨带可以从长江中下游北抬到华北和黄河流域,今年长江中下游的洪水将不大可能超过1998年;否则,雨带如果一直在长江中下游盘踞到8月份,今年的洪水很可能超过98年。如果七八月份有台风登陆,并在南岭山区,或者鄱阳、洞庭、汉江水系形成大暴雨,与长江全线的高水位叠加,防洪形势将更加严峻。实际上,每年七八月份台风雨是长江下游特别是太湖流域洪水的主要来源。今年的一号台风姗姗来迟,但迅速加强为超强台风,并横扫台湾岛与台湾海峡,预期于九号在闽中沿海再次登陆。台风登陆后不论是向西越过武夷山进入鄱阳湖流域,还是向北横扫太湖平原和长江三角洲,巨大的热带气旋携带了充沛的水汽,都会加剧长江下游的高水位。目前太湖水面与历史最高水位相差仅仅十几厘米,受台风影响,太湖水位再创历史新高可能性甚大。
一 从云梦泽到湖广熟
在新生代的地质史上,两湖盆地是一个巨大的沉陷区。第四纪以来,古长江切穿了巫山,万里长江贯通。古汉江也切穿武当山,联成一体,长江流域形成一个统一的水系。川江向东穿过了巫山三峡以后,开始在两湖盆地底部自由泛滥,形成了夏水、扬水等岔道和大片的湖沼湿地,在先秦时代这片湿地被称之为云梦泽,“云梦”一词在先秦古籍中,是春秋、战国时期楚王狩猎区的泛称。《国策·楚策》有云:“楚王游于云梦,结驷千乘,旌旗蔽天。野火之起也若云蜺,兕虎之嗥声若雷霆”。其范围东到今武汉以东的大别山麓,西至鄂西山地,北及大洪山区,南缘大江北岸。东西约在四百公里以上,南北不下二百五十公里,是一个大面积的水体与低洼沼泽地交错的地带。除长江外,汉江也由西北向东南注入云梦泽。由于水流在平原底部流速缓慢,长江、汉水夹带的泥沙大量在湖盆沉积,逐渐形成江、汉内陆三角洲;水面不断被分割,云梦大泽逐渐缩小和解体。在春秋战国时期,云梦大泽的边缘是楚文化的摇篮和中心地带,云梦泽西南侧、荆山山麓的郢是楚国早期的都城,屈家岭是中国南方新石器文化的代表之一;云梦泽西北侧,襄阳在很早时期就成为了节制东南的水陆要冲,汉北还有随、唐、曾等诸侯小国;云梦泽的东部,江汉两水交汇之处的夏口(今武昌)也是东南重镇。
西汉时期,云梦地区属于南郡和江夏两郡。南郡的中心是云梦泽西侧的江陵(楚都郢)—夷陵一带。江夏郡的中心在大别山西南麓、汉江东岸、长江以北的三角地带。因江、汉两水泥沙的淤积,荆、汉两江内陆三角洲联为一体,扬水两岸的云梦泽逐渐淤填分割成路白、东赤、船官、女观等湖。随着在三角洲沼泽上筑堤垸围垦,在荆江三角洲夏水自然堤北侧新设了华容县(不是今天之华容县,故城在今潜江西南);在汉江三角洲顶部建立了竟陵县(故城在今潜江西北)。云梦泽的主体已南移至华容附近。以后,随着江汉三角洲又继续向南、向东推移,云梦泽南为大江北岸的自然堤所阻,到东汉时主体部分已而向东移至华容东南。江汉输沙堆积,泽区日益缩小淤浅,以沼泽形态为主。东汉末年,曹操赤壁战败至乌林,已能“引军从华容道步归”,只不过道路泥泞难行而已。
唐、宋时,随着江汉内陆三角洲的进一步扩展,日渐浅平的云梦泽主体,已大多填淤成陆。陆游、范成大舟行经此,已是一片“葭苇弥望”的“巨盗所出没”的地区,而有“百里荒”之称。北宋初期,在今监利县东北六十里设置玉沙县,管理和开垦新生成的三角洲平原,历史上著名的云梦泽已经基本上消失,大面积的湖泊水体已为星罗棋布的湖沼所代替。随着人口增加,人们不断修筑堤垸围垦湿地,明清之际在云梦泽的基础上,已经出现了肥沃的江汉平原,谓之“湖广熟,天下足”。
江汉平原的南界是荆江大堤,荆江从湖北枝城到湖南洞庭湖的出口城陵矾,全长423公里。又以藕池口为界,藕池口下荆江是典型的婉蜒性河道,全长240公里的堤岸其实只有80公里的直线距离,江水在这里绕了16个大弯,所以,有“九曲回肠”的说法。河曲发展到一定程度又容易形成自然裁弯取直,江水从河曲颈部通过,成为新河,老河道上下口门淤塞,形成牛轭湖。下荆江两岸分布了许多牛轭湖,如尺八口、月亮湖、大公湖 、西湖、沙滩子等,都是是荆江古河道的残迹。
在江汉平原形成的过程中,从1600年前的东晋时代开始,人们就在长江北岸筑堤防水,围垦云梦大泽,开始堤防还不连贯,有很多穴口向江汉平原分流,唐宋时期有“九穴十三口”的说法。由于泥沙不断沉积,荆江河床已高出两岸平原。九穴十三口分流洪水的同时,又有大量泥沙淤塞,分流作用越来越小,同时为了人们进一步扩大耕地面积,开始筑堤堵口。明嘉靖年间(公元1524年),最后一个位于北岸的“郝穴”被封堵,至此,在荆江北岸形成了连成一线的荆江大堤,也形成了单一的荆江河槽和广阔富庶的江汉平原,云梦泽全部消亡。
荆江大堤形成以后,荆江洪水曾给两岸人民带来过深重灾难。从公元1385年(明洪武十八年)到公元1937年(民国二十六年)共550多年中,荆江大堤共有91个年份溃口。从1931年到1949年的18年中,荆江两岸有16个年份遭受洪灾,几乎年年遭灾。近代荆江最大的一次水灾发生在1935年7月。据当年出版的《荆沙水灾写真》,当时荆州城外“登时淹毙者几达三分之二。其幸免者,或攀树颠,或骑屋顶,或站高阜,均鸽立水中,延颈待食。不死于水者,将恶死于饥,并见有人剖人而食者。”
荆江的险要还在于她的两岸是中国中部人口密集、经济发达地区,素以“湖广熟、天下足”著称于世。 荆江北岸的荆江大堤的保护范围是18000平方公里的江汉平原,1000多万人口,及武汉、荆州、沙市等重要城市,以及江汉油田和京广线。 一旦荆江大堤发生不测,将给江汉平原人民带来重大损失,中国的南北交通大动脉也会中断。荆江南岸则是洞庭湖区、湖南的北大门——岳阳(石化工业基地)和京广铁路,和北岸同样重要。
有关论证预测,若无三峡工程,荆江大堤万一在沙市盐卡发生溃口,设想水位44.6米,溃口瞬间冲开的口门可达1500米,最大水量可达每秒5万到7万5千立方米,水头高12米多;第一天进入江汉平原的水量将达45.7亿立方米,10天进入平原的水量约400亿立方米,将有2000平方公里水深达到2米;长江有可能因此改道。在现有人口密度上,溃口造成的死亡人数,白天至少50万人,夜间至少在70万人。
新中国成立以后,荆江的治理进入一个全新时代:一是加强荆江大堤,二是修建行蓄洪区,并将下荆江截弯取直,以分减荆江洪水,提高荆江的宣泄能力,同时在上游修建水库,也就是上拦下泄,两岸分滞的综合体系。
1949年汛期,荆江出现了44.49米的洪水位,沿堤险情丛生。刚刚解放荆州的解放军战士与当地民众一道投入堵口抢险和复堤的战斗。
为了保护江汉平原免受荆江洪水的威胁,1952年开始兴建荆江分洪工程,同时大堤进行对了加固。1954年七八月间,长江发生了百年来罕见的洪水,荆江大堤岌岌可危,但刚刚竣工的荆江分洪工程发挥了显著的作用,保住了荆江大堤。汛后又按1954年最高水位超高1米的标准,开始对大堤进行大规模的整修。此后还不断通过老堤翻筑、清除洞穴、护岸固基、加高培厚等措施,提高堤防防洪能力。荆江大堤普遍加高2米左右,堤身也相应加宽加固,堤面形成从8~30米宽阔的堤顶公路,堤内外,广植杨、柳、松、杉,绿荫覆盖,景色秀逸宜人。
从1955年汛期以来,荆江虽多次出现有水位记录100多年来的罕见高水位,但荆江大堤却经历了一次又一次的考验,安然无恙。尤其是1998年的夏天,长江爆发百年来难遇的特大洪水,但在党中央的关怀与指挥下,百万大军严防死守,确保了荆江干堤的安全。这道坚不可摧的"水上长城",使沿江的历史名城和千里沃野成功地得到了保护。1998年后,国家全面启动加固长江干堤工程。 长江干堤加固工程启动后,国家又开展长江重要堤防隐蔽工程建设。“隐蔽工程”分布在湖北、湖南、江西、安徽四省,共28个项目,总投资64.94亿元,共涉及堤防长度1935公里,河势控制项目涉及河段长630公里。 通过灌浆、护坡护脚等工程措施,根治了历史上堤身和堤防基础中残留的洞穴、软弱夹层等薄弱环节,在高水位作用下,发生渗流、管涌破坏,“千里之堤溃于蚁穴”的风险已经大为降低。
二 洞庭湖的兴衰
由于荆江洪水的倒灌,洞庭湖进一步扩大,替代云梦泽成为了调蓄长江洪水的天然场所。每年的洪水期,更多的江水自城陵矶倒灌入洞庭湖,迫使洞庭湖“南连青草,西吞赤沙,横亘七八百里”。
北宋时期,范仲淹在《岳阳楼记》中写到“巴陵胜状,在洞庭一湖,衔远山,吞长江,浩浩汤汤,横无际涯;朝晖夕阴,气象万千。此则岳阳楼之大观也,前人之述备矣。然则北通巫峡,南极潇湘,迁客骚人,多会于此”。
从1524年荆江北岸最后一个“郝穴”堵口,荆江大堤连成一线后,到1860年荆江南岸藕池溃口前,洞庭湖的全盛时期维持了300多年。洪水期湖面面积达到6000多平方千米,成为了我国第一大淡水湖泊。
清咸丰二年(公元1852年)荆江南岸的藕池溃口,清咸丰十年(公元1860年)发生特大洪水,将原溃口扩大并冲出一条藕池河。清同治九年(公元1870年)又一次历史上罕见的姊妹特大洪水使荆江南岸松滋溃口,同治十三年(公元1873年)再溃,洪水又冲出一条松滋河。从1873年开始,形成了荆江洪水从松滋口、太平口(虎渡口)、藕池口、调弦口等四口分流入洞庭湖的局面。
1860年到1873年的14年间,是洞庭湖由兴变衰的转折点。四口分流,大量的洪水携带泥沙带入洞庭湖,洪水从城陵矶汇入长江,而泥沙却淤积在洞庭湖。1650年至1852年间,洞庭湖水面积达约6000平方千米,容积在400亿立方米以上,四口分流以后,平均每年有9800万立方米泥沙淤积在洞庭湖,加之,人们在浅水沼泽上筑堤垸围垦,洞庭湖区水面面积以年均约18平方千米的速度锐减。1949年,湖面已缩小到4350平方千米,容积约为293亿立方米;到1998年大洪水前,完整的洞庭湖已经名存实亡,被堤垸分割为东洞庭湖、横岭湖、万子湖、目平湖、大通湖等若干子湖,湖区汛期总水面面积缩小到不足2700平方千米;全国第一大淡水湖泊的地位只得让位给鄱阳湖(汛期水面面积约3500平方千米)。
荆江大堤形成以后,江汉平原由于地势低洼,排水不畅,在堤垸的底部,又积水形成了很多内湖,因此湖北省又被成为千湖之省,在城陵矶以下,江汉交汇一带,还有洪湖等很多通江湖泊。1949年以后,在洞庭湖名存实亡的过程中,江汉平原底部的湖泊又进一步被围垦,通江湖泊多数已经建闸门控制,失去了调蓄水源的能力。因此,荆江河段超量洪水难以宣泄的问题进一步突出,虽然除了荆江分洪工程以外,在荆江沿岸的监利、洪湖、城陵矶附近安排了若干个行蓄洪区可以容纳大概200亿的洪水,但是由于人口和经济问题,这些行蓄洪区一旦动用,代价巨大,甚至基本已经难以动用。
三 三峡最大的作用是防洪
万里长江险在荆江。荆江的最大问题是控制进入荆江的洪水,因此,三峡工程最大的作用是防洪,减进入上荆江的洪水流量。作为特大型水利枢纽三峡工程按千年一遇洪水设计,可能最大洪水校核。三峡是混凝土重力坝,虽然不会与天地同寿,但会比我们的寿命要长久的多,然而天塌地陷了,江汉平原还会安然无恙乎?
按照现在上荆江的行洪能力,洪峰流量达到8万,即使动用荆江蓄洪区也不敢保证荆江大堤不溃决,现在洞庭湖底抬升,荆江南泛的可能性越来越小,江汉平原高程比荆江水位低了10-20m,水往低处流,只能是淹没江汉平原,恢复云梦大泽。但是这是不可能允许的。因此,谁也无法承受荆江大堤溃决的后果。所以必须把川江洪水控制在进入荆江以上。
三峡145米和175米水位之间,有221亿立方米的防洪库容,而川江巨洪次洪水总量至多也就是1000亿立方米(多年平均,川江一年的径流量是四五千亿立方米),所以三峡水库足以将千年一遇川江每秒10万立方米的洪峰流量消减20%以上,减小到每秒7-8万立方米,但是这还是需要综合运用行蓄洪区才能保证荆江的安全。不过每秒6-8万的洪水,通过三峡之后都会消减到6万以下的安全流量,就不用动用几十万人上江堤严防死守了,使荆江大堤的防洪标准由20年一遇提高到50年到100年一遇。
如果发生超设计标准的每秒10万立方米以上洪水,只有采用非常手段了,比如超量蓄水,上游库区淹没面积会扩大,但总比江水溃堤泛滥好。而且除非三峡的蓄水位达到200m才有可能淹了重庆。三峡库尾水位最高也就是190多米,和川江、嘉陵江天然状态下的天然洪水位也差不了多少。
江汉平原另一大的洪水来源是汉江。丹江口水库的一个主要作用就是将汉江洪水控制在进入江汉平原之前,作为南水北调中线的渠首工程,丹江口水库加坝以后,每年可以拦蓄超过100亿立方米的汛期洪水,并可以实现水资源多年调剂。
当然江汉平原堤垸纵横,汛期排水不畅,内涝和北部大洪山山洪的问题也很突出,应该蓄引排并重,加强山区蓄水能力,恢复堤垸底部内湖的蓄水能力,抽排涝水,利用江汉两河汛期低水位的间隙自流排水。三峡、丹江口水库调度,虽然可以使得荆江、汉江洪峰水位下降,但中常水位时期将延长,低水位上升,不利于平原自流排水,需要加强抽排能力建设。
三峡运行以后,清水下泄,会冲刷河床,2003年以来,清水下泄导致荆江河床平均下降了1米多,一些河段最大冲甚至深达5米,对于上荆江堤防和河道治理工程的稳定可能有一定影响,部分迎流顶冲且地质条件较差的河段集中发生了不同程度的河道崩岸险情,但上荆江是地上悬河,河床下切本质上是利大于弊的。但是上荆江冲刷的泥沙很可能又淤积在城陵矶以下江段,造成水利矛盾搬家。
但是三峡对于长江上游川江、嘉陵江洪水,洞庭湖水系、鄱阳湖水系以及城陵矶以下的下荆江、皖江、扬子江和太湖平原的洪水意义有限。
川江的洪水来源主要有两部分:一部分是金沙江洪水,另一部分是岷江-大渡河流域的洪水。随着金沙江-雅砻江、大渡河流域的梯级水电开发,梯级水库群的调节能力将逐渐增加。另外,进入三峡的合成洪峰,除了川江本身的洪水外,还有乌江和嘉陵江的洪水,但乌江和嘉陵江洪峰同时相遇的概率不大。乌江也是我国西南水电梯级开发的一条主要河流。嘉陵江为扇形水系,汇流集中,易发生大洪水,对重庆影响尤其显著,嘉陵江在建的亭子口水库,是嘉陵江最下游的一座梯级,对控制嘉陵江洪水对重庆和三峡库区的影响具有较大作用。另外,对降低重庆寸滩水位具有明显作用的水利工程是川江的小南海水库,但小南海水库发电量少,效益费用比不高,目前处于难产状态。长江上游水库群的综合运用,能显著削弱进入三峡水库的洪峰流量,并进一步减小荆江的防洪压力。
洞庭湖区、鄱阳湖区和长江下游沿岸(特别是巢湖、滁河、长江三角洲和太湖平原)的洪涝灾害,三峡工程可以反调节,通过控制下泄,避免上游洪水与本地水叠加抬高水位,但是这种防洪作用是间接和有限的。当然,洞庭湖和鄱阳湖流域都是向北敞口的盆地地形,从防洪的角度,需要在周围山地,修建更多的水库,特别是在南岭、武陵山等暴雨集中的山区。
另外除了荆江洪水和湖区内涝以外,江汉平原外围的山洪和城市硬化地面的内涝问题也是今后防洪工作需要重视的问题。
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