张金良(黄河勘测规划设计研究院水利专家、原黄河防总办公室主任)
江春波(清华大学土木水利学院水利水电工程系教授)
一到汛期,“20年一遇”“百年一遇”大洪水,时常见诸媒体。“百年一遇”真的是一百年遇到一次?为啥感觉每年都遇到?
▎“20年一遇”“100年一遇”究竟是什么意思?
黄河勘测规划设计研究院水利专家、原黄河防总办公室主任张金良在接受记者采访时表示,以特大洪水“20年一遇”“100年一遇”为代表的“N年一遇”类词汇,是一组科学术语,它们所描述的并不是平常人们的观感,而是一个概率分布问题,也就是某种级别的洪水在一年中所发生的概率。
不管“20年一遇”的洪水还是“百年一遇”的洪水,都是建立在以往观测数据的基础之上做出的统计标准。譬如某个地方的某条河流,根据其夏季水位线数据,发现其过去500年中每100年以内只有1次超过该刻度线,那么就可以说这个水位是“百年一遇”,如果平均20年会超过一次,则是“20年一遇”。凡是观测到超过某个需统计标准刻度线的水位,就能说它是“N年一遇”。这种洪水的标准对防洪工程建设具有重要指导意义。
除了针对洪水统计的“N年一遇”,还有针对一个地方降雨量、降雪量等气象的“N年一遇”。例如观察该地100年的夏季降水数据,发现只有1次降水量大于1000毫米,那么就可以认为,对该地来说,大于1000毫米的降水量就是“100年一遇”。也就是说,对于任何一年来说,该地降水量大于1000毫米的概率都是1%。因此,100年一遇的意思不是“100年才出一次”,而是“每一年出现的概率都是1%”。同理,“千年一遇”也是这样的意思。
在天文学中,常常也存在“N年一遇”的说法,譬如“哈雷彗星的出现是76年一遇的天文现象”,但这与洪水统计上的意义不同。它的意思并不是说哈雷彗星每年在地球上空出现的概率都是1/76,而是只有每间隔76年才会出现一次,这是因为哈雷彗星围绕太阳运行的周期是固定的76年,并不是概率事件。就哈雷彗星观测而言,除了回归周期的那一年,其它年份能够看到它的概率都是零。
显然,洪水的“N年一遇”并不是这么回事儿,虽然通过数据测算每隔多少年才会出现一回,但是每年都有出现的概率。因此“N年一遇”的含义也存在两种截然不同的情形。
▎为何会频繁地遇到“N年一遇”的自然灾害?
公众都有一个明显的感受,几乎每年汛期,都会频繁听到“20年一遇”“百年一遇”这样的表述。这是为什么呢?张金良告诉记者,确定“N年一遇”的标准时,需要依赖以前的观测数据,依据的是过去100多年,甚至是数百年乃至上千年积累的历史资料,将其有关大洪水的资料都找出来,排成序列并进行计算,然后分析某次洪水在一段时期中的某年出现的概率。
这种分析虽然有精确的计算,并可以根据推算将“N年一遇”的洪水确定一个合理的标准,但是依旧无法将其和未来发生的概率一一进行对应,概率统计的分析也不能获得未来的数据。
地球的气候环境始终处于一个动态变化的过程。尤其是随着全球气候变化的进程,极端天气的发生频率也越来越高,那些根据以前的数据制定出来的"N年一遇"的标准,有的可能就变得不准确了,这是我们现在频繁遇到N年一遇的灾害的原因之一。
另外,现在我们描述“N年一遇”的自然灾害,其常常是有地域概念的,某个等级的洪水在这个地方、这条河流是“百年一遇”,在另外一个地方可能就是“50年一遇”或者“20年一遇”。并且“N年一遇”的自然灾害在各个地方也并不总是同时发生,其在这个地方发生,另外一个地方当年可能就不发生。
▎为何不是“20年一遇”“百年一遇”的洪水也会形成大灾
这些年,我们经常可以看到一些十分惨烈的各种洪涝灾害场景,很多人一个十分明显的感觉是,很多不是“20年一遇”“百年一遇”的洪水,往往也会形成比较严重的灾害。这又是什么原因呢?
清华大学土木水利学院水利水电工程系教授江春波表示,这种局面常常被称之为“小水大灾”,其出现往往是我们自身造成的后果。
譬如多年来在很多地方,人为建筑物侵占河道,堵塞河道,导致很多河流行洪能力下降,遇到较大的雨洪,就会出现房毁人亡的惨剧。在南方的平原地区,一些地方围湖造田,填湖建房,湖泊或者城市对洪水吸纳能力的下降,导致洪灾发生的风险增高。
此外,现在很多地方的城市新区建设,选址往往选在靠近河道的平坦或低洼地带,城镇不透水面积的增加,又会导致地面积水量增加,加之城市排水体系设计时对下游河道高水位情况考虑欠缺,每次发生较强的降雨就会出现严重内涝。
要是遇到洪涝叠加,也就是指降雨水量在城区低洼区域积水,同时受河道洪水顶托,排水受阻,甚至河道洪水倒灌进入城区的现象,灾害就会变得更加严重。
尽管为了防止洪涝灾害,很多地方都会修建一些防控工程,但是这些往往是根据洪水“10年一遇”“20年一遇”等一些标准设计的。当形成小水大灾现象以后,其造成的一些洪涝灾害就会超过一些工程的设计标准,导致工程运行失灵甚至是垮塌的事故发生。
▎强化中小流域和城区洪涝治理,完善防洪工程体系
严重的洪涝灾害在中国是经常会面临的难题,因此自古以来兴修水利防洪防涝都是国之大事。进入近代社会以来,防洪防涝依旧是中国极其重要的一项工作。
江春波教授表示,水灾害是因自然环境变化和人类高强度活动的叠加所导致的自然灾害。我国不仅人口众多,而且土地可居住面积与国土陆地面积之比较小。譬如陆地面积中,美国的可居住面积为70.9%,日本为36.6%,而中国的只有32.3%;在另一方面,可居住面积中,美国的泛洪区面积为5.8%,中国的则为24.0%。因此,我国所面临的水灾害问题尤其突出。
近50年来,我国不断修建防洪工程,形成了庞大的防洪体系,在各种防洪工程中,都根据洪涝灾害设置了不同的工程标准。根据亚洲发展银行公开发表的资料,1998年以来,我国加强对大江大河洪涝灾害的治理力度,大江大河的洪涝灾害问题基本得到了控制。但是,目前更多的洪涝灾害都发生在中小流域及城市的部分区域。
这些年来,山区中小流域洪涝灾害比较频繁,尤其是对河道的侵占,常常会造成重大的人员伤亡和财产损失。“河道变窄,会导致同一个断面洪水的过流能力降低,在同样的流量下,水位就会变高,并导致洪涝灾害。”张金良表示。他还告诉记者,要是在平原地区,如果河道被侵占变窄,水位升高就会导致更多溃堤的风险。
在很多城市,由于规划建设时对雨洪工程考虑不到位、设计存在缺陷等,遇到较大的降雨,就会造成严重的洪涝灾害。因此,当前,我国亟需要强化中小流域和城区洪涝治理,在城市规划建设时注重“海绵城市”建设,形成完善的防洪工程体系,这样在大的洪涝威胁来临时,才能更加从容应对。(记者/李鹏编辑/刘昭新媒体编辑/陈炫之)