洞庭湖區(qū)的洪澇災(zāi)害問(wèn)題.ppt

湘北洞庭湖地區(qū) 洪澇災(zāi)害問(wèn)題濕地開發(fā)與保護(hù) 洞庭湖區(qū)簡(jiǎn)介 洞庭湖區(qū)位于長(zhǎng)江中游荊江以南 是以洞庭湖為中心的廣大河湖沖積平原區(qū) 面積為18780km2 其中湖南省占15200km2 占總面積的80 9 湖北省占3580km2 洞庭湖承納湘江 資水 沅水 澧水4水 吞吐長(zhǎng)江 集水面積達(dá)130 104km2 圖1 是具世界意義的湖泊 一 洞庭湖洪澇災(zāi)害的一般規(guī)律 1 洪澇災(zāi)害頻率明顯加快2 高危水位持續(xù)攀升 高水位頻率明顯增加 持續(xù)時(shí)間不斷延長(zhǎng)3 災(zāi)情增大 損失越來(lái)越嚴(yán)重 1 洪澇災(zāi)害頻率明顯加快歷史上我國(guó)洪澇災(zāi)害十分頻繁 自公元前206年至公元1949年這2155年間發(fā)生過(guò)較大洪澇災(zāi)害1092次 平均每?jī)赡暌淮?歷史上發(fā)生過(guò)的幾次大洪水 1870年 清同治九年 長(zhǎng)江流域大洪水是以上游干流來(lái)水為主的特大洪水1931年全國(guó)性的大水災(zāi)是由氣候反常 長(zhǎng)時(shí)間的降雨造成的1954年長(zhǎng)江發(fā)生了全流域性的大洪水 長(zhǎng)江中下游洪水與川水遭遇1998年是繼1954年以來(lái)的又一次全流域性大洪水 洪澇災(zāi)害頻率明顯加快 把洪澇災(zāi)害分為特大洪澇與一般洪澇兩級(jí) 分別統(tǒng)計(jì)了各階段洪澇發(fā)生的頻率 發(fā)現(xiàn)湖區(qū)洪澇日趨頻繁 特別是特大洪澇有加速發(fā)展之勢(shì) 各時(shí)期頻率比前一個(gè)時(shí)期依次增長(zhǎng)4 3 6 1 和20 0 雨情 1998年長(zhǎng)江流域的雨情1998年 長(zhǎng)江以南地區(qū)暴雨日數(shù)多 強(qiáng)度大 降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 范圍廣 汛期 長(zhǎng)江流域降雨大致分為4個(gè)階段 6月12 26日 降雨集中在鄱陽(yáng)湖區(qū)和洞庭湖區(qū) 一般降雨300 800毫米 6月27 7月15日 降雨集中在四川 重慶 鄂西北等地 降雨100 300毫米 7月20 32日 降雨集中在長(zhǎng)江中下游沿江地區(qū) 一般降雨200 500毫米 8月1 27日 降雨集中在長(zhǎng)江上游 三峽區(qū)間 一般降雨200 500毫米 1998年6 8月長(zhǎng)江流域平均降雨量為670毫米 比多年同期平均值多183毫米 偏多37 5 水情 1998年長(zhǎng)江流域的水情1998年長(zhǎng)江流域相繼遭受特大洪水 長(zhǎng)江干流先后出現(xiàn)8次洪峰 中游河段及洞庭湖 鄱陽(yáng)湖水位多次超歷史最高水位 在19條主要支流中 有一些水文站最大流量和最高水位均超過(guò)實(shí)測(cè)歷史記錄 長(zhǎng)江中下游超警戒水位時(shí)間大多在57 96天之間 3 災(zāi)情增大 損失越來(lái)越嚴(yán)重1998年長(zhǎng)江流域?yàn)?zāi)情1998年洪水災(zāi)情的特點(diǎn)是人員傷亡少 經(jīng)濟(jì)損失大 堤垸受災(zāi)嚴(yán)重 僅湖南 湖北和江西三省的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)1090億元 其中湖南329億元 湖北384億元 江西377億元 鄱陽(yáng)湖區(qū)受災(zāi)面積達(dá)44 08萬(wàn)公頃 受災(zāi)人口103 9萬(wàn)人 湖北省長(zhǎng)江干流844 2千米的河段內(nèi) 潰口和蓄洪堤垸的土地面積達(dá)932平方千米 受災(zāi)人口44 6萬(wàn)人 受災(zāi)耕地面積5 93萬(wàn)公頃 洪澇災(zāi)害的圖片 人類對(duì)大自然的每一次勝利 自然界都報(bào)復(fù)了我們 恩格斯 1998年夏長(zhǎng)江汛期流量總體上小于1954年 但1998年長(zhǎng)江中下游洪水位大大超過(guò)了1954年的水位 看下圖洞庭湖的變化 分析其成因及其影響 災(zāi)害的發(fā)生與人類的關(guān)系 多年來(lái) 由于盲目開墾砍伐 使植被大面積喪失 造成水土流失 江河泥沙淤積 河床抬高 50年代初 長(zhǎng)江流域的水土流失面積已達(dá)29萬(wàn)平方公里 到了90年代 已升至56萬(wàn)平方公里 四十年來(lái)水土流失面積增加了近一倍 年土壤侵蝕量24億噸 其中上游地區(qū)水土流失面積35萬(wàn)平方公里 年土壤侵蝕量16億噸 水土流失在中下游造成更多的 懸河 懸湖 目前長(zhǎng)江的荊江河段河床已高出兩岸8米 黃河下游河床已高出河岸4 12米 這兩處河段 事實(shí)上已成為 懸河 一旦河堤決口 后果將不堪設(shè)想 洪澇災(zāi)害的發(fā)生與人類不合理的生產(chǎn)活動(dòng)破壞了自然環(huán)境有重要的關(guān)系 與此同時(shí) 由于人為的圍湖造田 加之上游挾帶的泥沙淤積 致使湖面急劇萎縮 調(diào)蓄能力大幅下降 如洞庭湖50年代處面積為4300平方公里 現(xiàn)在僅為2600平方公里 湖面縮小了2 5 調(diào)蓄水量也由原來(lái)的293億立方米 下降到現(xiàn)在的178億立方米 減小了110多億立方米 又如鄱陽(yáng)湖1954年面積為5000多平方公里 現(xiàn)僅為3900平方公里 湖面縮小了1 5以上 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 50年代后 長(zhǎng)江中下游湖泊面積消失了45 損失蓄水容積560多億立方米 二 洞庭湖洪澇災(zāi)害的基本原因 1 地貌背景 特有的地形結(jié)構(gòu)西北向東南傾斜的蝶形盆地本區(qū)暴雨徑流匯集 湖南四水洪峰集中匯合 長(zhǎng)江三口匯流 2 洞庭湖區(qū)特大洪澇對(duì)厄爾尼諾的響應(yīng)機(jī)制 厄爾尼諾 ElNino 是指赤道東 中部太平洋海水溫度異常升高的一種自然現(xiàn)象 它的發(fā)生會(huì)在全球引起一系列大氣環(huán)流和天氣的異常 湖區(qū)特大洪澇災(zāi)害也與之關(guān)系密切 湖區(qū)特大洪澇災(zāi)害80 發(fā)生在厄爾尼諾次年 1960年以來(lái)的厄爾尼諾年為 1963 1965 1969 1979 1982 1983 1986 1987 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1998年 同期 湖區(qū)發(fā)生特大洪澇災(zāi)害的年份有1964 1966 1969 1970 1973 1977 1980 1983 1988 1991 1993 1995 1996 1998 1999年 二者對(duì)應(yīng)分析可知 湖區(qū)特大洪澇災(zāi)害80 發(fā)生在厄爾尼諾次年 特大洪澇災(zāi)害與厄爾尼諾的響應(yīng)機(jī)制 厄爾尼諾次年副高強(qiáng)度增強(qiáng) 位置偏西北 特大洪澇災(zāi)害與厄爾尼諾的可能響應(yīng)機(jī)制是 西太平洋副熱帶高壓 簡(jiǎn)稱 副高 的強(qiáng)弱和進(jìn)退是湖南季風(fēng)降水的關(guān)鍵因素 在厄爾尼諾次年湖區(qū)出現(xiàn)洪澇 與500hPa上副高在強(qiáng)度和位置方面發(fā)生較明顯的變化有關(guān) 在厄爾尼諾次年4 9月副高強(qiáng)度都比厄爾尼諾年有所增強(qiáng) 面積指數(shù)和強(qiáng)度 1 在厄爾尼諾次年4 9月副高強(qiáng)度都比厄爾尼諾年有所增強(qiáng) 赤道東太平洋海溫與副高有密切聯(lián)系 副高變化落后海溫變化數(shù)月之久 由于赤道海溫 SST 最大正距平出現(xiàn)時(shí)間一般為冬季 故副高變化應(yīng)以次年汛期較為顯著 統(tǒng)計(jì)500hPa環(huán)流特征量資料發(fā)現(xiàn) 在厄爾尼諾次年4 9月各月的副高面積指數(shù)平均值均大于厄爾尼諾年 圖2 前者副高面積指數(shù)的總平均值為19 3 而后者僅17 0 副高強(qiáng)度指數(shù)的情況與此類似 圖2厄爾尼諾年與次年4 9月副高平均面積指數(shù)比較 厄爾尼諾次年 厄爾尼諾年 厄爾尼諾次年4 7月間副高脊線平均位置比厄爾尼諾年偏西北 2 在厄爾尼諾次年4 7月間各月副高的平均西伸脊點(diǎn)位置 E 均比厄爾尼諾年偏西 而且這4個(gè)月中平均每月偏西約7個(gè)經(jīng)度 此外 在厄爾尼諾次年4 5月副高脊線平均位置比厄爾尼諾年偏北 前者的平均值為17 N 后者則為15 N 厄爾尼諾次年副高的特征導(dǎo)致汛期降水量的增加 厄爾尼諾次年副高的上述特征 有利于汛期降水量的增加 因?yàn)樗粌H為降水提供了充沛的水汽來(lái)源 而且使雨帶的移速減慢 降水強(qiáng)度加大 為產(chǎn)生特大暴雨和連續(xù)暴雨提供了必要的條件 例如1954年 厄爾尼諾次年 4 5月的副高強(qiáng)度比常年同期偏強(qiáng) 脊線停留在18 22 N 并持續(xù)穩(wěn)定達(dá)3個(gè)半月 同時(shí)副高平均西伸脊點(diǎn)位置在6月份明顯偏西 為100 E 而歷年同期平均位置在118 7 E 即偏西了18 7個(gè)經(jīng)度 該年副高第一次季節(jié)性北跳推遲 汛期降水量增加 釀成特大洪災(zāi) 雨季結(jié)束日期上也存在差異 厄爾尼諾次年易為大水年 此外 由于厄爾尼諾次年與厄爾尼諾年在副高的強(qiáng)度和位置上存在差異 因而使二者在雨季結(jié)束日期上也存在差異 以岳陽(yáng)站為例 統(tǒng)計(jì)厄爾尼諾及其次年的雨季結(jié)束日期 結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者的日期大致為7月9日 而后者則為8月5日 前后相差近1個(gè)月 故前者易為非大水年 而后者易為大水年 1997 1998年厄爾尼諾事件是130年來(lái)最強(qiáng)的一次 無(wú)論從厄爾尼諾持續(xù)時(shí)間 還是Nino區(qū)海溫正距平超過(guò)3 的月數(shù)及海溫正距平的極值 均以1997 1998最強(qiáng) 此次厄爾尼諾事件始于1997年春夏之交 一直延續(xù)至1998年初夏 作為本世紀(jì)最強(qiáng)厄爾尼諾事件 是造成1998年湖區(qū)特大洪澇災(zāi)害的重要原因之一 使城陵磯水位創(chuàng)下35 94m的歷史最高紀(jì)錄 表1 3洞庭湖區(qū)特大洪澇年大氣環(huán)流特征 查閱1951 1990年中湖區(qū)的9年特大洪澇年汛期500hPa圖和汛期各月環(huán)流特征資料 初步得出湖區(qū)特大洪澇年的環(huán)流形勢(shì)有以下共同特征 1 西太平洋副高 時(shí)間和強(qiáng)度 在特大洪澇年汛期 位于110 120 E的西太平洋副高脊線位置都穩(wěn)定處于19 24 N之間 且越過(guò)24 N的時(shí)間大致與城陵磯年最高水位出現(xiàn)時(shí)間相吻合 這就表明 此時(shí)長(zhǎng)江流域一帶 本文中主要指湖區(qū) 四水流域和上游東部地區(qū) 正處于副高的西北邊緣 盛行西南氣流 因此對(duì)上游地區(qū)可提供充足的水汽和強(qiáng)烈輻合的上升氣流 有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生 各類洪澇時(shí)間長(zhǎng)短不同反映在副高脊線穩(wěn)定維持19 24 N時(shí)間的長(zhǎng)短也各有差異 一般穩(wěn)定維持20天至一個(gè)月 而長(zhǎng)者達(dá)一個(gè)月以上 副高脊線在19 24 N范圍內(nèi) 副高愈強(qiáng) 對(duì)長(zhǎng)江中上游地區(qū)形成降水愈有利 1998年副高是近40多年來(lái)最強(qiáng)的年份之一 初夏副高位置比正常偏南 主要雨帶位置也偏南 7月初以來(lái) 副高位置偏北 受副高控制 南方出現(xiàn)了10多天的高溫天氣 隨后 由于副高南退和冷空氣的共同影響 長(zhǎng)江中下游地區(qū)又出現(xiàn)較強(qiáng)降雨過(guò)程 2 西風(fēng)帶形勢(shì)穩(wěn)定 湖南汛期的強(qiáng)降水過(guò)程大多數(shù)與西風(fēng)帶有關(guān) 即西風(fēng)帶低槽輸送冷空氣造成大雨和暴雨 在建國(guó)后特大洪澇年汛期500hPa高度圖上 西風(fēng)帶環(huán)流具有以下共同特點(diǎn) 在50 N至70 N的地區(qū)存在穩(wěn)定的阻塞高壓或高壓脊 南支西風(fēng)位置比歷年偏南 大致在30 N至35 N附近 因而東亞西風(fēng)帶內(nèi)不斷有短波槽向東傳播 造成一股股冷空氣不斷南下進(jìn)入長(zhǎng)江流域 與北上的西南暖濕氣流交綏 形成一穩(wěn)定的鋒面 產(chǎn)生持續(xù)的 較大范圍的強(qiáng)降水過(guò)程 3 印度低壓偏強(qiáng)并持續(xù)穩(wěn)定 各特大洪澇年汛期500hPa高度圖上環(huán)流形勢(shì)的另一特點(diǎn)是 印度低壓偏強(qiáng)并持續(xù)穩(wěn)定 由于這個(gè)低壓的存在 使其東側(cè)的西南氣流與副高西側(cè)的西南氣流匯合 將孟加拉灣的充沛水汽源源不斷地向長(zhǎng)江流域輸送 為持續(xù)性降水和暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽條件 綜上所述 湖區(qū)特大洪澇年汛期環(huán)流形勢(shì)總的特征是形成了既有利于冷空氣南下又有利于暖濕氣流北上 并使冷暖氣流交綏于長(zhǎng)江中上游地區(qū)的氣壓場(chǎng)配置以及上述形勢(shì)穩(wěn)定的存在 4洞庭湖區(qū)洪澇區(qū)域聯(lián)系機(jī)制 1 概念模型 洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害是在人為驅(qū)動(dòng)力和自然驅(qū)動(dòng)力共同作用下不斷演變而成 人為驅(qū)動(dòng)力在于人口增長(zhǎng)壓力和短期經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下的筑堤 圍垸 墾殖 自然驅(qū)動(dòng)力在于三口 四水來(lái)水來(lái)沙導(dǎo)致的淤塞河湖 洲灘浮漲 從而造成洪水威脅和災(zāi)害 二者相互作用而彼此加強(qiáng) 一方面使人口和財(cái)產(chǎn)向高洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)推進(jìn) 另一方面 使蓄水空間 面積和容積 縮小 洪水位抬升 湖 堤 高垸低 洪澇威脅加劇 從而使洪澇危害加劇 災(zāi)害損失嚴(yán)重 圖3 據(jù)1956 1995年資料統(tǒng)計(jì) 洞庭湖多年平均入湖沙量1 621 108t 來(lái)自四口 三口 的沙量占81 3 多年平均出湖沙量0 433 108t 即年平均淤積量1 188 108t 或0 849 108m3 占入湖沙量的73 3 沙淤成洲 為人類圍墾提供了條件 而過(guò)度圍墾則必然導(dǎo)致湖面加速萎縮 湖容減小 調(diào)蓄能力下降 汛期水位抬高 洪澇日趨頻繁 災(zāi)害加重 據(jù)統(tǒng)計(jì) 洞庭湖天然湖泊面積 1825年為6000km2 1949年4350km2 1995年為2625km2 湖容量由1949年的293 108m3縮減至1995年的167 108m3 縮小了43 這樣必使洞庭湖的吞吐能力降低 調(diào)蓄作用減弱 1956 1966年與1981 1995年兩時(shí)段對(duì)比 總?cè)牒坑?872 108m3下降到2347 108m3 總出湖水3157 108m3下降到2634 108m3 1991年與1954年對(duì)比 西洞庭湖石龜山至蒿子港洪道平均淤高3m 行洪能力減少33 3 入南洞庭湖的南嘴洪道 平均淤高2 51m 行洪能力減少25 8 東洞庭湖入長(zhǎng)江的出流斷面減少2700m2 2 定量模式 洞庭湖承納四水 吞吐長(zhǎng)江 湖區(qū)自身面積廣闊 這就決定了湖區(qū)洪澇的發(fā)生具有廣泛的地區(qū)關(guān)聯(lián)性 湖區(qū)的洪水除來(lái)自本區(qū)的降水外 還有來(lái)自湘 資 沅 澧四水流域和湖區(qū)以上的長(zhǎng)江流域 簡(jiǎn)稱上游地區(qū) 的降水 上游地區(qū)范圍廣大 區(qū)內(nèi)降水系統(tǒng)和降水狀況差異大 特別是106 E為界的東西兩部分差異更明顯 于是以此為界分為上游東部區(qū)和上游西部區(qū) 這樣與湖區(qū)洪澇關(guān)聯(lián)的地區(qū)有湖區(qū) 四水流域 上游東部區(qū) 上游西部區(qū)4個(gè)區(qū)域 在這4個(gè)區(qū)域內(nèi) 選取17代表站 湖區(qū)3個(gè)站 常德 岳陽(yáng) 益陽(yáng) 四水流域4個(gè)站 長(zhǎng)沙 安化 沅陵 慈利 上游東部區(qū)5個(gè)站 重慶 彭水 恩施 奉節(jié) 宜昌 上游西部區(qū)5個(gè)站 雅安 樂(lè)山 成都 宜賓 南充 經(jīng)綜合分析 確定上述4個(gè)區(qū)域中 若有2個(gè)以上區(qū)域各有2個(gè)以上測(cè)站在相隔3天內(nèi)同時(shí)有大雨或暴雨出現(xiàn) 則定為一次大范圍的強(qiáng)降水過(guò)程 運(yùn)用多元回歸分析定量給出湖區(qū)洪澇發(fā)生的地區(qū)關(guān)聯(lián)性機(jī)制 城陵磯水位是衡量湖區(qū)洪澇災(zāi)害的合理指標(biāo) 運(yùn)用多元回歸分析定量地給出了湖區(qū)洪澇發(fā)生的地區(qū)關(guān)聯(lián)性機(jī)制 y 19 429 0 32011x1 0 00329x2 0 00388x3 0 00828x4 0 00425x5上式中y為歷年 1952 1985 城陵磯年最高水位 m x1為汛期內(nèi)長(zhǎng)江中上游大范圍內(nèi)強(qiáng)降水過(guò)程前一天城陵磯水位 m x2 x3 x4 x5分別為湖區(qū) 四水流域 上游東部區(qū) 上游西部區(qū)等4個(gè)區(qū)域在該次強(qiáng)降水過(guò)程的第一天起至以后20天各代表站降水量總和的平均值 mm 對(duì)上式進(jìn)行F檢驗(yàn) F 7 73 F 27 5 0 01 3 78 因此回歸方程有意義 并經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn) 預(yù)測(cè)精度高 因此可用于湖區(qū)洪澇預(yù)測(cè) 結(jié)論 洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害的形成是自然驅(qū)動(dòng)力與人為驅(qū)動(dòng)力綜合作用的結(jié)果 洪澇災(zāi)害的發(fā)生與厄爾尼諾事件有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系 其內(nèi)在機(jī)制是厄爾尼諾事件所導(dǎo)致的全球氣候異常 而大氣環(huán)流的異常是洪澇發(fā)生的根本原因 主要表現(xiàn)在特大洪澇年汛期 位于110 120 E的西太平洋副高脊線位置都穩(wěn)定處于19 24 N之間 且越過(guò)24 N的時(shí)間大致與城陵磯年最高水位出現(xiàn)時(shí)間相吻合 西風(fēng)帶形勢(shì)穩(wěn)定 印度低壓偏強(qiáng)并持續(xù)穩(wěn)定 洞庭湖區(qū)洪澇與湖區(qū) 四水流域 長(zhǎng)江上游東部區(qū)和西部區(qū)等廣泛地域的降水密切相關(guān) 汛期在這四個(gè)區(qū)域第一次大范圍的強(qiáng)降水過(guò)程以后20天各代表站降水量總和的平均值對(duì)洞庭湖的洪澇預(yù)測(cè)具有決定性意 三 防洪減災(zāi)對(duì)策 1 退耕還林 保持水土 緩解泥沙淤積2 平垸行洪 雙退垸 退田還湖 提高蓄洪能力3 加固干堤 疏浚河湖 提高行洪能力 退田還湖 水利部門關(guān)于洞庭湖區(qū)的防洪規(guī)劃 沿湖選擇了6個(gè)蓄滯洪垸 即創(chuàng)業(yè)垸 目平湖垸 共雙茶垸 錢糧湖垸 民主垸 城西垸和大通湖東垸 并對(duì)上述蓄滯洪垸 模型設(shè)計(jì)了8種方案 依據(jù)1998年洪水進(jìn)行洞庭湖的退田還湖洪水效應(yīng)評(píng)估 即 1 創(chuàng)業(yè)垸全退 2 共雙茶垸全退 3 錢糧湖垸和大通湖東垸全退 4 民主垸全退 5 城西垸全退 6 共雙茶垸 錢糧湖垸和大通湖東垸全退 7 創(chuàng)業(yè)垸 共雙茶垸 錢糧湖垸和大通湖東垸全退 8 上述6個(gè)堤垸全退 如圖 洞庭湖退田還湖堤垸位置示意圖 洞庭湖區(qū)的共雙茶 錢糧湖垸 大通湖東垸全部退田還湖 防洪減災(zāi)效果佳 根據(jù)1998年洪水后制定的洞庭湖區(qū)退田還湖防洪方案 城陵磯附近是長(zhǎng)江中游地區(qū)防洪的焦點(diǎn) 洞庭湖區(qū)共雙茶 錢糧湖垸 大通湖東垸3個(gè)蓄滯洪區(qū) 是三峽工程建成后實(shí)行退田還湖的重點(diǎn)垸 模擬結(jié)果顯示 洞庭湖區(qū)的共雙茶 錢糧湖垸 大通湖東垸全部退田還湖 恢復(fù)湖泊濕地的自然面貌 最高可降低洞庭湖及城陵磯至螺山段江湖洪水位0 50 0 60m 監(jiān)利 城陵磯段長(zhǎng)江洪水位0 30 0 55m 對(duì)監(jiān)利上游的長(zhǎng)江洪水位影響較小 最大不超過(guò)0 10m 即使模型選擇的洞庭湖區(qū)6個(gè)蓄滯洪垸全部退田還湖 最高可降低洞庭湖及城陵磯至螺山段江湖洪水位0 85 0 90m 監(jiān)利 城陵磯段長(zhǎng)江洪水位0 50 0 90m 可見 退田還湖對(duì)緩解洞庭湖區(qū)愈演愈烈的江湖洪水威脅 是非常重要的 其效果也是非常明顯的