出品：科普中國

作者：孫莉英（中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所副研究員）

監(jiān)制：中國科普博覽

進(jìn)入盛夏，隨著夏天一起到來的除了高溫還有其他各種極端天氣，比如強(qiáng)降水。降雨量增多導(dǎo)致全國部分地區(qū)出現(xiàn)了洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重危害人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

那關(guān)于洪水災(zāi)害你知道多少呢？這個(gè)夏天不得不學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)又增加一個(gè)，下面一起學(xué)起來吧，為防范洪澇災(zāi)害做好準(zhǔn)備～

什么程度才能被稱為洪水災(zāi)害？

洪水是一種高度復(fù)雜的自然現(xiàn)象，當(dāng)“水流從河道或其他水體的正常范圍溢漫出來，或者水流在正常情況下不受淹地區(qū)的累積”均可視為洪水[1]。也就是說，當(dāng)江、河、湖、海等容納的水體總量迅速增加導(dǎo)致不斷上漲的水位遠(yuǎn)超過正常水位時(shí)就會(huì)產(chǎn)生洪水[2]。

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洪水從起漲至封頂再到回退的整個(gè)過程曲線，被稱為洪水過程線。作為自然現(xiàn)象的洪水與我們平時(shí)所認(rèn)同的洪水災(zāi)害并不相同，只有洪水波及到人類生活區(qū)域，對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)帶來威脅、對(duì)社會(huì)及生活環(huán)境帶來破壞時(shí)，才形成洪水災(zāi)害[2]。

也就是說，當(dāng)洪水發(fā)生在荒無人煙之地時(shí)，無論洪水發(fā)生程度有多高，沒有對(duì)人類社會(huì)造成危害，這種洪水現(xiàn)象就并不稱作洪水災(zāi)害。而當(dāng)洪水對(duì)人類社會(huì)及生活環(huán)境帶來損失，無論其發(fā)生程度有多輕微，都可認(rèn)定為洪水災(zāi)害[2,3]。

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受氣候地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，中國洪水災(zāi)害具有范圍廣（大于2/3地區(qū)）、發(fā)生頻繁、突發(fā)性強(qiáng)、損失大的特點(diǎn)。

不同類型的洪水

暴雨、急驟融冰化雪、風(fēng)暴潮等多種自然因素均有可能會(huì)引發(fā)洪水。

根據(jù)引發(fā)洪水的原因、洪水發(fā)生的地點(diǎn)及洪水特征，可劃分為不同類型的洪水，通常包括山洪、暴雨（河流）洪水、單事件洪水、多事件洪水、季節(jié)性洪水、沿海地區(qū)洪水、河口洪水、城市洪水、融雪洪水、冰塞洪水和堰塞洪水等[4]。

山洪主要發(fā)生在地勢(shì)陡峭地區(qū)，常由小區(qū)域短歷時(shí)性暴雨引起。中國山區(qū)面積占比接近70%，山洪頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國1949-2015年間山洪災(zāi)害發(fā)生53,000多次，累計(jì)死亡6萬人，近20年來由山洪災(zāi)害導(dǎo)致死亡人數(shù)占洪水災(zāi)害死亡人數(shù)的70%以上[5]。

暴雨洪水通常發(fā)生在區(qū)域廣闊的流域，主要是由于暴雨而導(dǎo)致流量超過河道過流能力并漫過天然或人造堤壩。中國松花江流域、長江流域是暴雨洪水頻發(fā)區(qū)域。

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單事件洪水則是由某一流域大范圍強(qiáng)降雨延續(xù)幾小時(shí)甚至幾天所導(dǎo)致的洪水，通常與氣旋擾動(dòng)、中緯度低氣壓和風(fēng)暴相關(guān)。

多事件洪水則指由持續(xù)天氣擾動(dòng)引發(fā)強(qiáng)降雨造成的洪水，影響區(qū)域范圍廣。例如，受孟加拉低壓影響，印度恒河平原及中印度地區(qū)形成強(qiáng)降雨而引發(fā)的多事件洪水。

季風(fēng)性洪水通常由季節(jié)性降雨活動(dòng)引發(fā)而成，常發(fā)生于季風(fēng)氣候地區(qū)。我國長江流域中下游常發(fā)生季節(jié)性洪水。

沿海地區(qū)洪水多由風(fēng)暴潮和大風(fēng)引起，在近海區(qū)域等特殊的地理?xiàng)l件下，海床變淺和匯流遲滯的雙重作用導(dǎo)致海水成倍涌高。我國東部海域會(huì)發(fā)生此類洪水事件。

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此外，沿海潮水與集中流向大海的河川在海岸線相遇，兩者彼此作用而形成壅水或伸向內(nèi)陸的涌潮，被稱為河口洪水。我國珠江流域干流河口特殊的地理氣候條件，導(dǎo)致該區(qū)域可能會(huì)遭遇河口洪水。

在城鎮(zhèn)地區(qū)，當(dāng)強(qiáng)降雨超過排水系統(tǒng)的承受能力時(shí)會(huì)引發(fā)城市洪澇。隨著城市不透水層面積的急劇增加，城市洪水愈發(fā)頻繁發(fā)生。

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在高海拔和高緯度地區(qū)冰雪融化而形成融雪徑流可能導(dǎo)致融雪洪水。在中國青藏高原季節(jié)性融雪洪水常有發(fā)生。

由于冰川融化導(dǎo)致河道中迅速堆砌浮冰，形成堰塞和壅冰流，導(dǎo)致河道上游水位迅速上升，若“冰塞”一旦突然打開，便形成冰塞洪水。

同樣，陡峭山區(qū)泥石流和滑坡在河道堆積，亦可在河道上游形成堰塞湖，一旦堰塞湖潰決，便形成堰塞洪水。

由于特殊的地理地質(zhì)條件，受冰川分布、泥石流、滑坡和氣候變暖的影響，在西藏拉薩、林芝地區(qū)冰塞洪水和堰塞洪水發(fā)生概率相對(duì)較高。

如何科學(xué)監(jiān)測(cè)洪水

為了防范洪水災(zāi)害，通常會(huì)設(shè)置水情站進(jìn)行洪水監(jiān)測(cè)。

相關(guān)部門會(huì)對(duì)河流、湖泊、水庫或其他水體的水情、雨情等與洪水發(fā)生相關(guān)的水文和氣象要素進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)向國家有關(guān)部門提供實(shí)時(shí)水情信息，為防洪搶險(xiǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持。

根據(jù)洪水類型和監(jiān)測(cè)要素的類型，潰口洪水監(jiān)測(cè)和分洪洪水監(jiān)測(cè)是洪水監(jiān)測(cè)中較為特殊的類型。

顧名思義，潰口洪水監(jiān)測(cè)主要針對(duì)河流、水庫、堰塞湖的潰口進(jìn)行相關(guān)水文要素監(jiān)測(cè)，而分洪洪水監(jiān)測(cè)則對(duì)洪口上、下游的流量進(jìn)行分析，從而為分洪方案確定奠定基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)基于人工為主的信息采集手段已經(jīng)很難滿足日益增長的防洪需求，因而遙感技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)及雷達(dá)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)方法不斷應(yīng)用于洪水監(jiān)測(cè)，促進(jìn)洪水監(jiān)測(cè)體系不斷完善。

通過遙感技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確進(jìn)行天氣因子信息監(jiān)測(cè)，還可以監(jiān)測(cè)洪水匯水面積和洪水淹沒面積。

在中國，遙感技術(shù)應(yīng)用于洪水監(jiān)測(cè)始于80年代初期，先后在永定河下游、黃河下游、長江流域及淮河段開展大規(guī)模的防洪遙感應(yīng)用試驗(yàn)。

最初洪水監(jiān)測(cè)的性能受限于衛(wèi)星和航空?qǐng)D像，但隨著雷達(dá)遙感技術(shù)的發(fā)展，在惡劣天氣條件下也可進(jìn)行洪水監(jiān)測(cè)，形成了全天候?qū)崟r(shí)航空遙感系統(tǒng)并應(yīng)用于洪水監(jiān)測(cè)[6]。

雷達(dá)回波圖

圖片來源：中國氣象局

目前，利用重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒?yàn)衛(wèi)星（GRACE）數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)流域大尺度的洪水監(jiān)測(cè)[7]，利用北斗衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)特殊惡劣自然環(huán)境情況下超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測(cè)[8]。

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用衛(wèi)星、無人機(jī)等可實(shí)現(xiàn)天空地一體化洪水監(jiān)測(cè)，具有快速高效、大范圍動(dòng)態(tài)與局部精細(xì)并重且不受地面災(zāi)情影響的突出優(yōu)勢(shì)，在2021年黃河秋汛洪水監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用[9]。

而隨著人工智能和大數(shù)據(jù)的技術(shù)發(fā)展，洪水智慧監(jiān)測(cè)體系業(yè)也已興起并發(fā)展[10]。

減少洪水災(zāi)害帶來的生命和財(cái)產(chǎn)損失的措施體系包括工程措施和非工程措施[11-12]。

其中工程措施一般有修筑水庫、防洪堤壩、排澇管網(wǎng)建設(shè)等工程來減少洪水影響，需投入巨額資金和較高的工程技術(shù)來完成。

圖片來源：中國水事

洪水預(yù)警系統(tǒng)則是減少洪水帶來的生命和財(cái)產(chǎn)損害最有效的非工程措施之一，旨在向有關(guān)防洪部門提供準(zhǔn)確而及時(shí)的洪水信息及預(yù)警，從而實(shí)施正確而有效的備災(zāi)和減災(zāi)計(jì)劃[12]。

洪水預(yù)報(bào)是洪水預(yù)警的重要基礎(chǔ)，基于洪水監(jiān)測(cè)信息及水文學(xué)、水力學(xué)和河流動(dòng)力學(xué)等相關(guān)理論和方法，建立洪水預(yù)報(bào)模型，通過模型模擬的方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)洪峰流量、行洪過程等洪水要素的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，從而形成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，為各級(jí)防汛指揮部門決策提供科學(xué)依據(jù)[13]。

而洪水預(yù)警則在洪水監(jiān)測(cè)和洪水預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代通信技術(shù)向社會(huì)發(fā)出警報(bào)，通過措施體系減少人類社會(huì)受到的洪水影響。成熟的洪水預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)是有效防控洪水災(zāi)害的關(guān)鍵[4]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能的方法越來越多用于洪水預(yù)報(bào)模型和智慧預(yù)警系統(tǒng)，可大大提高洪水預(yù)報(bào)精度和洪水災(zāi)害防控措施的有效性[14]。

我們相信，在科研人員的不斷努力下，人類可以更加精準(zhǔn)的掌握和洪水相關(guān)的規(guī)律，保護(hù)人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。

編輯｜王婷婷

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