长江中游的防洪问题和对策
——1998年长江特大洪灾的启示
李长安 殷鸿福 陈德兴 王 波
摘 要 对1998年长江中游特大洪灾分析表明：长江中上游植被破坏，中游湖泊萎缩，干堤防洪标准低，河道泄洪不畅，是洪灾形成的主要因素.三峡水库是长江中游防洪体系中的骨干工程，必须与其他工程相配合.长江中游防洪减灾工程应坚持：(1)与环境保护相结合的原则；(2)与农田水利基本建设相结合的原则；(3)“固、蓄、疏”并举，以“疏”为主的原则；(4)防洪与除渍相结合的原则；(5)统一管理、联合攻关、综合整治的原则与对策.建议除加固长江干堤外，重点建设两条分洪河道，建好3个梯级蓄洪区，有计划有步骤地实施开堤开垸放淤工程.
千百年来，洪患一直是影响长江中游沿岸经济发展，威胁人民生命财产安全的最大灾害.新中国成立之后，经过半个世纪的建设，长江中游的防洪设施和体系发生了根本性的变化.但是，事实证明洪患依然是制约该区社会、经济发展的重大障碍，并成为影响该区未来可持续发展的主要问题.如何从根本上彻底根治洪患，是长江中游社会、经济可持续发展面临的一个首要问题.
1 从1998年特大洪灾看长江中游的防洪问题
1.1 1998年特大洪灾的基本特点
1998年长江发生了全流域大洪水，这是自1954年以来长江流域的又一次历史罕见的特大洪灾，其特点是水量并不是最大，但水位达历史最高，持续时间最长.长江中游的沙市至湖口段，除汉口、黄石两站外，其余各站均超过历史最高水位，很多地段水位超过1954年水位1m以上，持续高水位(超紧急水位)达70d之久，为长江洪水历史之罕见.
1.2 1998年长江中游持续高水位的原因分析
无论是从降水量还是长江流量来看，1998年的水量都不及1954年大，但洪水的水位却普遍超过了1954年.这种水量并不大，但水位却很高的形成原因，除没有分洪外，还有以下几个原因.
1.2.1 上游植被破坏、水土流失 植被不仅可以保护地表土壤不被侵蚀破坏，具有固沙固土的作用，同时具有滞流、储水、削峰的作用.据估计，1×104hm2森林的蓄水能力相当于一个1500×104m3库容的水库，因而也被称为保水储水的绿色水库.据统计，在1957—1986年的近30a中，水土流失面积增加了一倍，森林覆盖率减少了一半.1957年长江流域的森林覆盖率为22%，水土流失面积36.38×104km2；1986年森林覆盖率仅为10%，水土流失面积达73.94×104km2.由于长江上游流域的植被破坏，一方面加大、加快了河流的径流量，使洪峰来得更为迅猛；另一方面，水土流失带来的大量泥沙下泄后淤积于湖泊、河道和水库，使蓄洪能力降低和河水位抬高.这是导致长江中游(特别是荆江河段)洪水位(指相同流量)不断抬高的一个主要原因.
上游植被破坏、水土流失是1998年洪灾的原因之一，但并不是最重要、最直接的因素.50年代以前上游的植被覆盖还是比较好的，但照样发生了1931，1954年的洪水.宜昌站的含沙量测量表明，近年来长江的含沙量是稳定的.宜昌站1950—1989年间，如按10a平均统计，其平均径流量在4150×108～4540×108m3之间，平均含沙量在1.14～1.24kg/m3，1990—1995年6a间平均径流量为4208×108m3，而含沙量仅为1.05kg/m3.另据历史地理考古资料，长江中游自古即为纳沙的重要场所，只是在荆江大堤修筑之后，泥沙淤积才成为导致荆江洪水上升的主要原因.
1.2.2 连江湖泊萎缩、蓄洪能力降低 连江湖泊在汛期具有纳洪作用，可有效地削减洪峰，降低长江的洪水水位.据不完全统计，解放后，长江中下游有1/3以上的湖泊被围垦，因此而消亡的湖泊达1000余个，损失湖泊面积达13000km2，使湖泊的蓄水容积减少了500×108m3以上.号称“千湖之省”的湖北省，50年代初的湖泊为1066个，面积4708km2.80年代初仅为326个，面积2657km2.目前仅有洞庭湖在起着调节长江中游洪水的角色.然而，洞庭湖情况却令人十分忧虑.解放前夕洞庭湖的面积为4350km2，据1983年实测仅剩2691km2.每年淤积在湖底的泥沙达1.0×108～1.5×108t.目前洞庭湖因泥沙淤积正以每年1×108m3的容积递减，即每年将给湖区和下游增加1×108m3的超额洪水.
由于江湖萎缩，纳洪能力降低，必然导致相同水情条件下的洪水位升高，高水位时间增长，这无疑是导致1998年长江洪水位达历史新高的原因之一.
1.2.3 长江主河道泄洪能力严重不足，局部河道淤积、行洪不畅 长江中游尤其是江汉平原段，地处构造沉降带，排洪不畅一直是该区洪患最主要的原因.目前长江中游的安全泄洪能力十分有限，上荆江河段(包括四口分流在内)约为60000～68000m3/s，城陵矶河段约60000m3/s，汉口河段约70000m3/s，仅能抵御一般性洪水(10～20a一遇).但据宜昌站有实测资料(1877年)以来的统计，宜昌洪峰流量超过60000m3/s的有24次；自1153年以来的800多年中，调查到洪峰流量大于80000m3/s的有8次，大于90000m3/s有5次；1870年宜昌站最大流量达105000m3/s，枝城站的合成(长江与清江)流量在110000m3/s以上.1998年特大洪灾再一次证明长江主河道泄洪能力的严重不足，仅湖北境内就有1090km长的干堤靠子堤挡水，最大挡水深度达1.8m.
1998年汛期长江中游除汉口、黄石以外，全线超出历史最高水位0.55～1.78m.究其原因，一是与城陵矶至汉口段的河道淤积有关.造成该段河道淤积的原因有两个方面：其一，近年来每年长江经“三口”入洞庭湖的流量减少了763×108m3，相应地荆江每年增加流量763×108m3，以前这763×108m3水中所含泥沙的75%～80% 淤积在洞庭湖中，而现在被直接带到城陵矶以下河段，使该段的含沙量增加了15.3%；其二是下荆江的3次裁弯，引起荆江河道冲刷，冲刷的泥沙也被带到城陵矶以下的江段.据估算，城陵矶以下江段1972—1987年累积堆积泥沙约11×108t，河床断面缩小了4000～6000m2，减少泄流量4000～6000m3/s，若与60年代的同流量相比今年的洪水位将抬高0.8～1.5m.二是人为修垸筑堤影响了河道行洪.据不完全统计，在宜昌至九江段行洪河道内，修垸围垦就达12.13×104hm2，对1998年洪水的行洪构成了巨大障碍，仅湖北境内就不得不扒开47个围垸用于行洪.
2 三峡工程之后长江中游的防洪形势
2.1 三峡工程的防洪效益
三峡水库的正常蓄水水位为175m，防洪库容221.5×108m3.三峡水库可直接控制荆江河段洪水来量的95%，武汉以上洪水来量的2/3左右.据对有实测资料以来的长江中游洪水资料的统计分析，在长江主汛期7，8月份的多年平均洪水总量中，宜昌洪水来量占城陵矶洪水总量80%，占武汉以上洪水来量70%，这表明三峡水库不仅对上游洪水有明显的控制能力，对中游洪水也有一定的调节作用，可使荆江河段的防洪标准从现在的10～20a一遇提高到100a一遇.
2.2 三峡工程对长江中游河道的影响
三峡工程将在一定时期内减少长江中游的泥沙来量，河流侵蚀活力将会增强.荆江河段将出现一次自上而下的强侵蚀过程.根据河流的水动力特点和河床岩性物质组成及抗蚀强度综合分析，纵向侵蚀强度可达1～5m，最大侵蚀段为上荆江下段；横向侵蚀强度将在原基础上增强5%～15%，最大侵蚀段位于下荆江上段［1］.侵蚀强度的增加必然导致岸崩的增强.据初步研究，枯水期的岸崩强度将会增加20%以上.在下蚀与侧蚀的共同作用下，对河岸岸脚的斜向掏蚀作用将会更加强烈，即使是已有护坡工程的岸坡和干堤，也可能会因岸(堤)脚失稳而崩塌.
2.3 三峡水库建成之后长江中游的防洪形势
综上所述，长江三峡工程的防洪效益是十分明显的，但仅靠三峡工程还不能从根本上彻底消除长江中游的水患.一方面，从长江中游洪水流量(汉口站)组成(表1)来看，宜昌上游来水是主要组成部分，但洞庭湖来水及其他支流洪水，也可导致长江中游水患.1996年长江中游洪灾，就是在长江上游来水正常情况下，由洞庭湖四水湘、资、沅、澧的来水引起的，当时洞庭湖水位普遍超1954年水位1m以上，城陵矶水位超1954年1.06m；另一方面，三峡水库的蓄水是分阶段的，正式开工后9～13a水库蓄水位135m，14～17a水位156m，此时的防洪库容为73×108m3，第18a后达正常蓄水位175m，即20a后三峡水库才能发挥正常的调洪功能.如果在这期间有洪水发生怎么办？同时，三峡水库的防洪能力毕竟只有1.0×1010m3，而遇特大洪水年仍显得无能为力，如1954年6—8月流经武汉关的实际洪量达4437×108m3，流经宜昌站的实际洪量为2974×108m3；1998年汛期6—8月流经武汉关的行洪量可达4257×108m3(武汉江段)，流经宜昌站的实际洪量为3050×108m3；30d洪量达1391×108m3；8月7日至17日的10d内，连续出现61500，62800，63600m3/s 3次大洪峰.如遇1860年和1870年的洪水就更不可想象了.因此，三峡工程只是长江中、下游防洪体系中的一个骨干工程，还应考虑和继续完成其他配套防洪设施.此外，三峡水库建成之后长江中游的侵蚀作用将加强，必然会影响长江干堤的安全，给防洪带来一定的负作用.根据三峡水库建成之后长江中游可能出现的新问题，进行河道整治和堤防建设是十分必要的，绝不可因三峡水库兴建而对长江中游防洪存有任何侥幸心理.
表1 长江中游洪水量组成
|
河流 |
站名 |
S/km2 |
a/% |
L/108m2 |
b/% |
|
长江 |
宜昌 |
1005501 |
67.60 |
3487 |
66.10 |
|
清江 |
长阳 |
15563 |
1.04 |
102 |
1.93 |
|
洞庭湖 |
城陵矶* |
257212 |
17.30 |
1262 |
23.92 |
|
汉江 |
碾盘山 |
140340 |
9.40 |
381 |
7.22 |
|
长江 |
汉口 |
1488036 |
100.00 |
5276 |
100.00 |
减去四口分流流量；平均流量为5～10月多年平均.S.集水面积；a.占汉口站集水面积的百分比；L.平均流量；b.占汉口站平均流量的百分比.3 长江中游防洪建设与治理的基本原则与对策
3.1 防洪建设与环境保护和资源合理利用相结合
1998年特大洪灾使我们进一步认识到：洪灾问题实质上是一个环境问题，长江中游的洪灾实质上是上游流域植被破坏、水土流失，中游湖泊萎缩等一系列环境问题的自然结果.因此，防洪建设必须同长江中上游流域的环境保护结合起来.当前尤其要做好上游的植树造林和水土流失的治理，中游的退田还湖和平垸还河的环境整治.同时，在建设和治理过程中还要统筹考虑区域的资源、人口、经济(工农业)现状与可持续发展.以退田还湖为例，当年的围湖造田是为了解决人口的快速增长与土地资源短缺矛盾的一种措施，不可否认，它曾为该区的粮食增长发挥过一定作用；但由于忽视了对环境的影响，使我们付出了沉重的代价.今天，如果我们仅仅考虑为防洪而退田还湖，而不考虑资源的合理利用，难免会犯相同的错误.就目前情况看，湖泊蓄洪能力差，不仅仅是由于湖面缩小的缘故，湖泊的日趋变浅是其容积减少、萎缩加快的主要原因.因此，若想增加湖泊的蓄洪能力，首先应考虑如何增加湖泊的容积(水深)，而不是盲目追求湖泊面积的增加.否则，将会出现田退了而没有达到还湖的目的.同时，如果还湖不当，所还之湖还会因水浅利于植物生长，从而加速湖泊的沼泽化和湖泊的消亡.
3.2 防洪建设与农田基本建设相结合
长江中游平原由于水热资源丰富而成为我国著名的农产品基地，但随着经济的迅速发展和人口的不断增长，耕地愈来愈紧张，加上严重的洪灾、旱灾和渍害，使该区的农业可持续发展面临着十分严峻的局面.然而，以往的防洪无一不是以牺牲农业为代价的.这种做法再也不能继续下去了.今天，把防洪建设与农田基本建设结合起来是十分必要的.开展农田深沟深池建设可能就是一种统筹治理的措施，即结合江汉、洞庭平原区农田基本建设，实行分片规划，开挖由深沟相连的深蓄水池.这些深蓄水池在汛期可以起到变集中蓄洪为分散蓄洪的作用.据初步估算，如安排合理，蓄洪能力可达数十亿m3，这比退田还湖更为有效；除蓄洪作用外，这些深沟深池还可有效地降低地下水水位，起到消除渍害的作用；干旱发生时，池水可及时地用于农田灌溉，避免从远处引水而贻误农时.
3.3 “挡、蓄、疏”并举，以“疏”为主
“挡、蓄、疏”并举是古今中外治水之上策，鉴于长江中游的地质地理特点，坚持以“疏”为主的治理原则是十分重要的.现根据1998年和历史上洪灾的特点，提几点具体的治理对策.
3.3.1 加固长江干堤 1998年抗洪实践再一次表明，“堤”是“防”的关键.位于长江下游的江苏省江段，坚固的堤防有效地抵御了1998年特大洪水，据专家估算，仅南京、镇江、扬州三市就减少洪灾经济损失200多亿元.而在长江中游，堤防问题是1998年防洪的主要问题，仅湖北就出现堤防险情4974处，重点险情540处，溃口性险情34处，几百万抗洪军民疲于大堤的防渗、堵漏，从某种意义说，抗洪斗争的胜利就是保卫大堤的胜利.因此，加固长江干堤乃防洪之基本工程.但是，要使长江中游堤防能够安然抵御1998年这样的大洪水，一方面大堤须普遍加高1～2m；另一方面大堤必须加固到不存在任何隐患，并能承受三峡水库建成之后河床的强烈侵蚀.这实际上是很难做到的.其一，目前长江中游的巨大洪水威胁，来自于高出两岸地面10余m的荆江洪水位，由于洪水位随堤高的增加而增加(历史已经证明)，加高大堤自然也在加大风险，我们当然不应该在高风险下投资.同时，大堤堤基软弱且地质结构复杂，限制了大堤的加高.其二，长江中游干堤大都建在具二元结构的冲积层之上，且大部分江段的河漫滩相(亚粘土和粘土)都已被切穿，江水已与两岸平原地下水呈连通状态，在堤内堤外水位差的压力作用下，江水必然通过河床相(砂层)透水层向堤内渗透，一旦遇到相对薄弱的地方就会刺穿上覆河漫滩层，形成管涌，这是影响大堤安全的主要隐患.要使这种隐患得以杜绝，则须将大堤修到地下十几m或几十m的深度，这显然是很难做到的.另外，管涌与洪水水位呈正比，从1998年大洪水中大堤的险情来看，大堤不宜再加高；否则，再坚固的大堤也难承受地下管涌的破坏.可见，在长江中游仅靠加固大堤还不能完全达到防洪的目的.
3.3.2 加强河道疏通和排洪河道的建设 长江中游严重的洪灾局势是由该区所处地质环境——新华夏第二构造沉降带所决定的.由于受新华夏第三和第二隆起带的夹持，使该区洪水处在易“吞”难“吐”的境地［2］，因而，排洪不畅是长江中游灾情重、受灾时间长的主要原因.鉴于长江中游现有河道难以达到安全排洪的标准，建设排洪河道可能是该区防洪的一项有效措施.我们认为在进行平垸还河等河道疏通工程的同时，应尽快建成两条分洪河道(图1)，其路径分别为：
图1 长江中游分洪河道和蓄洪区规划
Ⅰ.荆江蓄洪区；Ⅱ.西凉湖蓄洪区；Ⅲ.杜家台蓄洪区.1.蓄洪区界限；
2.分洪河道；3.湖泊：①长湖，②西凉湖，③斧头湖，④梁子湖
(1)由江陵过长湖从潜江市北入汉水.这里曾经是长江故道［3］.这条分洪河道的开通，一方面可有效地减小荆江的洪水压力；另一方面可起到错峰、削峰的作用，由于过分洪河道洪水(行程短)较过荆江洪水(行程长)提前到达武汉，使上游洪峰分期通过武汉.开辟该分洪河道还可补偿南水北调带来的汉水下游水量短缺.该工程存在的主要问题是增加汉水下游的压力，需配合汉水下游河道治理和丹江口水库二期工程建设.
(2)由嘉鱼经西凉湖、斧头湖、梁子湖从鄂州市西通入长江.这也曾经是一条古河道.这条分洪河道的开通，不仅可对武汉的防洪安全起到决定性的作用，同时可有效地降低城陵矶的水位，减轻洞庭湖区的洪灾程度.开通这条分洪河道可能会对黄石江段产生一定影响，应同时配合田家镇一带长江河道的拓宽工程.
上述两条分洪河道均为古河道，沿途分布着大型湖泊，既可分洪又具蓄洪功能；同时，新开河道占地少，移民少，施工简单.更重要的是可有效地增强长江中游的泄洪能力，减少高水位的持续时间，有效地起到保武汉、保江汉平原的防洪目的.
3.3.3 加强水库和蓄洪区建设 (1)加强水库建设.1998年抗洪实践表明，水库(如清江隔河岩水库、汉水丹江口水库等)在调蓄洪水方面起了相当重要的作用.各水库成功的错峰，有效地控制了长江中游的洪水水位.同时，由于水库的调洪库容可以多次使用，比分蓄洪区分洪更为有效.鉴于长江中游洪水由多方来水组成(表1)，今后，除了长江上游的水库建设外，还应加快丹江口二期工程、洞庭湖水系及其他支流的水库建设.(2)集中建好3个蓄洪区.水库与分蓄洪区虽然都具有蓄洪功能，但前者无法取代后者所具有的应急排险作用；即使再完备的大堤也难免不出现问题.可以说，分蓄洪区是长江中游防洪的最后一道防线.可以不用，但不可以没有.目前，长江中游共有蓄洪区10余个.这些蓄洪区大都是根据1954年的洪水划定的，个数多，建设和管理程度差，有些蓄洪区已无法使用.根据长江中游防洪设施的建设和各个蓄洪区的功能，我们认为，当前应集中建好3个蓄洪区，即荆江蓄洪区、西凉湖蓄洪区和杜家台蓄洪区.荆江蓄洪区主要应急于荆江堤防排险，保卫江汉平原的安全；西凉湖蓄洪区直接影响到武汉江段的水位，可有效地保证武汉的安全；杜家台蓄洪区是保证汉水下游堤防安全的重要设防，对保江汉平原、保大武汉也具有重要的作用.目前蓄洪区难于启用的主要原因是损失巨大，我们建议采取“梯级”蓄洪模式，将一个蓄洪区分隔为若干子区，并配合以“躲水楼”建筑等措施.
3.4 防洪与除渍相结合
长江中游(尤其是江汉平原)有两大自然灾害：洪灾与渍害.然而两种灾害源于同一成因——水和地质环境.“万里长江险在荆江”，险就险在该区处在构造沉降区，长江因大堤约束，泥沙沉积限于堤防之间，致使河床不断抬高.大堤修筑之前，长江在江汉平原呈漫淤状态，构造沉降与泥沙淤积处于相对动态平衡，河床保持正常状态；而在大堤形成之后，两岸地面因得不到泥沙的补偿而与河床的高差不断加大，最终发展为地上悬河.目前，荆江河床已高出两岸地面1～2m.一方面形成了严峻的洪灾形势；另一方面使堤内的水无法排入长江，造成内涝；同时，由于江水与两岸地下水是相通的，江水水位高也导致两岸平原地下水水位升高，这是渍害形成的主要原因.目前，仅江汉平原就有冷浸田12×104hm2.因此，寻找一种防洪与除渍并举的治理措施，具有非常重要的意义.我们建议，应顺应自然规律，有计划有步骤地实行轮流开堤开垸放淤，让泥沙沉积于堤内垸内低地，以淤高地面；让清水入河槽，以刷低河床，达到防洪与除渍并举的目的.
3.5 统一管理(行政)、联合攻关(科研)、综合整治(社会)
长江的上下游之间和主支流之间是一个紧密联系的有机整体，长江流域的环境变化又是岩石圈、大气圈、生物圈(包括人类活动)等相互作用的结果.同时，洪灾还具有自然和社会双重属性的特点.(1)防洪减灾需要对流域实行统一的规划、管理、协调和监督.为此，应成立一个独立的行政管理机构，建议由国务院牵头组织.(2)防洪减灾是一项复杂的系统工程，它需要多学科联合攻关.治理方略既要有工程措施，又要有非工程措施.(3)防洪减灾是一项社会发展事业，它需要全社会的参与和协调一致.防洪减灾应逐步实现社会化、产业化、全民化.
基金项目：国家科委预研究项目资助.