洪水是如何產(chǎn)生的？

1）自然視角的洪水是一種客觀現(xiàn)象

水體循環(huán)示意圖。圖片來源：www.wasseraktiv.at

地球是由冰川、山脈、丘陵、平原、湖泊及海洋等構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。洪水是復(fù)雜的水陸循環(huán)過程中的一種“客觀現(xiàn)象”。

如上圖所示：降水、蒸發(fā)和徑流三個自然過程是地球水體循環(huán)最基本的環(huán)節(jié)。它們不僅調(diào)節(jié)著全球性的大氣水分輸送、地表水和地下水循環(huán)等多種形式的水量貯蓄平衡，也造成了舊大陸（如高原、山地）與新生陸地（平原、河谷）之間的土壤和物質(zhì)輸送。在這個過程中，形成了湖泊、河道和沖積扇平原等用于水體循環(huán)輸送的地表徑流通道和儲存空間。

在大部分時間里，這些水體循環(huán)的各個環(huán)節(jié)都維持著較為穩(wěn)定的平衡，然而在一些年份（如厄爾尼諾），由密集降雨引發(fā)地表徑流暴增，使得地表水體輸送的各個環(huán)節(jié)超越平時的負(fù)荷，從而產(chǎn)生“洪水”。

2）人類視角的洪水是一種自然災(zāi)難

由水陸循環(huán)引導(dǎo)的地球生態(tài)系統(tǒng)造就了豐富多樣的生境。其中最適宜人類生存的地區(qū)，往往是位于河流中下游的平原和開闊地帶。人類萬年以來的文明史，無不發(fā)源于大河的中下游流域。而隨著科技和文明的進步，人類視角中的宜居棲息地在不斷擴張。當(dāng)發(fā)生洪水現(xiàn)象時，人類便遭受著一次又一次的打擊。洪水變成了對人類造成危害最大的自然災(zāi)害之一。

從這個意義上講：自然視角的洪水與人類宜居地區(qū)的需求，似乎是一個不可調(diào)和的矛盾。

3）洪水的危害

由于人類在原本的“洪泛區(qū)”不斷建設(shè)，并干預(yù)了自然水陸水體循環(huán)過程，使得“洪水”災(zāi)害頻繁發(fā)生。洪災(zāi)通常會發(fā)生在海岸平地和河盆。由于這些地方地勢較低，若大雨持續(xù)，河水便會上漲，淹蓋河岸兩旁的土地，造成洪災(zāi)。

中國主要的河流，如長江、黃河、漢江、珠江等，沿河地區(qū)洪災(zāi)十分嚴(yán)重。歐洲的德國和荷蘭亦經(jīng)常受萊茵河泛濫的影響。洪水的直接危害包括人員傷亡、建筑毀壞（如大樓、橋梁、下水道系統(tǒng)、公路、運河）以及基礎(chǔ)設(shè)施損壞，還有可能嚴(yán)重污染水源，淹沒田地等。 

人類活動對于洪水的影響

雖然洪水是一種客觀的自然現(xiàn)象，但人類的干預(yù)對于洪水的產(chǎn)生，起著負(fù)面的惡化作用?？偟膩碇v，主要分以下幾個方面：

自然過程和人類活動對洪水的影響示意圖。圖片來源：Info.BILD.de

1）全球氣候變暖與集中降雨

人類進入工業(yè)化時代以來，化石能源成為最主要的能量來源，導(dǎo)致了二氧化碳及溫室氣體排放的與日俱增。這就加速了地球氣溫升高，致使冰川融化加速，蒸騰作用加劇，也加劇了整體水陸間的水循環(huán)。具體體現(xiàn)在降雨量增加、大雨頻繁以及洪澇分布不均。

以德國為例，德國西部地區(qū)平均降水為650-1500毫米，低山脈地區(qū)只有450-650毫米。相比20世紀(jì)初，德國的年平均降雨量約增加了9％。

2）地表滲透與建成區(qū)

自然界的不同地表層都有一定的水分滲透能力。如林地、草甸/草地和農(nóng)田的吸水率都很高，而建成區(qū)的地面基本上沒有吸收水分的能力。隨著人類城鎮(zhèn)和建設(shè)面積的擴展，越來越多的自然地表被建成區(qū)所覆蓋，造成了降雨無法下滲，而形成聚集的洪水。根據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》和《城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)顯示，在2005年到2015年間，中國的城鎮(zhèn)化造成建成區(qū)面積的年均增長率為6.3%，城市建成區(qū)大約增長了 60%以上。

不同地表的下滲率對比圖。圖片來源：HOCHWASSER VERSTEHEN, ERKENNEN, HANDELN! 

3）河道改造與湖泊萎縮

另外，人類建設(shè)對于河道和湖泊的干預(yù)也是前所未有的。

那些具備自然蓄水和泄洪功能的河道被人工砌筑了硬質(zhì)底面和駁岸，大大降低了其自然滲透能力。人們通過攔河壩、防洪堤等設(shè)施來調(diào)節(jié)控制洪水，并把河道改造為通航航道。越來越多的城鎮(zhèn)建設(shè)在洪泛區(qū)地帶。

19世紀(jì)至今，德國的萊茵河河道全段都被人工改造過，中下游洪泛區(qū)減少了60％以上。另外，湖泊也被大面積地圍湖造田。

中國的鄱陽湖是長江中下游最重要的蓄水調(diào)洪大湖。但人類為了糧食產(chǎn)量，不斷對其進行圍湖造田，造成了湖區(qū)面積不斷縮小。泥沙淤積、圍湖造田以及破壞濕地生境等人類行為，使其蓄水能力不斷減弱。

人類改造河道的歷史發(fā)展示意圖。圖片來源：Garten_und_Landschaft_Hochwasser_Auen_Allianz_Umweltstiftung

除此之外，人類還在進行侵占濕地、砍伐樹木等自然干預(yù)行為，都導(dǎo)致了洪水持續(xù)增強的趨勢。

洪水危機管理模型

既然洪水是不可避免的，那么人類在洪水面前只能探索防控和管理機制。洪水控制是一個復(fù)雜龐大的系統(tǒng)。目前，德國的洪水危機管理由15個環(huán)節(jié)組成。其中1-8是防控階段；9-12是洪水過境階段；12-15是事后評估和重建階段。可以看出，預(yù)防階段占據(jù)了重要部分，強調(diào)提早對洪水進行分洪和風(fēng)險管理，以減少洪水造成的整體破壞。

德國的洪水管理模型圖。圖片來源：HOCHWASSER VERSTEHEN, ERKENNEN, HANDELN!

洪水防控措施

基于以上對洪水的理解和管理模型，德國有很多洪水防控的具體辦法。以下列舉一些城鎮(zhèn)規(guī)劃與管理方面的措施：

1）水位監(jiān)控與洪泛區(qū)規(guī)劃

德國洪泛區(qū)分布圖。圖片來源：Hochwasserportal

波恩市洪泛區(qū)規(guī)劃圖。圖片來源: Hochwasserrisikomanagementplanung NRW Bezirksregierung K?ln Kommunensteckbrief 

德國水文氣象局支持建立了一個遍布全國范圍的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)庫Hochwasserportal，公眾可以隨時查詢水位數(shù)據(jù)和洪水預(yù)警信息。同時，根據(jù)監(jiān)測信息，在德國范圍內(nèi)劃分出了洪水威脅區(qū)域，其中又劃分了洪泛區(qū)洪水和山洪洪水危險區(qū)等具體的預(yù)警區(qū)域。

例如，2002年數(shù)據(jù)顯示，易北河中部的低地草甸區(qū)域的洪水威脅系數(shù)介于50％-90％之間，而德國中部圖林根山區(qū)的系數(shù)則在10%以下。 

每個地區(qū)也都有專類的洪泛區(qū)規(guī)劃，例如，萊茵河中下游的波恩市總體規(guī)劃中就明確劃分了洪泛區(qū)。在洪泛區(qū)內(nèi)禁止建造建筑設(shè)施，平時作為開放空間使用，承擔(dān)著泄洪與改善區(qū)域生態(tài)功能的作用。

2）河道與堤防規(guī)劃

萊茵河自然河道恢復(fù)實景圖。圖片來源: Erich Meyer

河岸景觀生態(tài)恢復(fù)示意圖。圖片來源: Die ?kologische Zonierung der Aue

在對過去一百多年的河道改造進行反思和發(fā)展后，德國對河道規(guī)劃有了新的概念和定義。根據(jù)德國《水資源和聯(lián)邦水道法》（第8節(jié)第1款和第12節(jié)第7款）規(guī)定，河道改造需要避免對水體自然生態(tài)和水文特征產(chǎn)生影響，在一百年一遇的防洪堤內(nèi)，可以修建泄洪和儲水的開放空間。因此，基于運輸功能的傳統(tǒng)河道建設(shè)受到了限制，取而代之的是在河道內(nèi)部和河岸附近恢復(fù)自然生態(tài)功能的景觀建設(shè)。

于是，河灘、濕地、河心島等景觀被重新規(guī)劃設(shè)計出來，一方面保障了主航道的運輸功能，另一方面也增加和恢復(fù)了原有自然河道的儲水和泄洪功能，以及更加豐富的生態(tài)功能?？梢詫⒉莸鼗蛏?，乃至農(nóng)田劃入此類用地內(nèi)，在行洪期充當(dāng)泄洪功能，而平時依然保留原本的土地類型，實行再自然化（Renaturierung）的處理，恢復(fù)其自然的濱水生境和水分滲透性，從而增加其蓄水和泄洪能力。這樣的河道規(guī)劃策略，協(xié)調(diào)了經(jīng)濟功能與生態(tài)功能之間的矛盾，也把水運線路變成生物棲息地。

3）防洪建筑設(shè)計

德國防洪建筑設(shè)計示意圖。圖片來源：Hochwasserschutzfibel

在建筑設(shè)計方面，德國也有著專門的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

如上圖，為了應(yīng)對洪水，建筑設(shè)計的一層必須高出室外地平面50公分以上，入口處也需要鋪設(shè)50公分的臺階。在建筑地下層和外墻接地側(cè)，必須鋪設(shè)密封防水層。地下室要預(yù)埋抽水泵與室外連通，地下室的隔間也需要有密封防水門。地下室的電器開關(guān)和插座都需要安裝在高處。總控的電暖控制設(shè)備不允許安裝在地下室，而是安裝在頂層。

4）社區(qū)分流與小流域分流規(guī)劃

社區(qū)雨水分流示意圖。 圖片來源：HOCHWASSER VERSTEHEN, ERKENNEN, HANDELN!

小流域雨水管理示意圖。圖片來源：Wasserverteilung im Rhein

所謂的“去中心化”就是讓降雨區(qū)域各個部分就地吸收存儲雨水，防止其往匯水中心聚集的策略?？梢栽诟鱾€社區(qū)的小地塊開敞空間內(nèi)，設(shè)計出可以儲水和下滲的景觀設(shè)施。其中滲透裝置一般包括：地膜層，用于吸收表層水分；滲流管，用于引導(dǎo)水分到下層；以及滲透層，一般用卵石填充用來引導(dǎo)水分滲透入下層土壤。也有屋頂花園的設(shè)計，利用預(yù)制透水混凝土板和滲透裝置，起到雨水存儲的功能。

“去中心化”也應(yīng)用于建成區(qū)之外的其他用地。一般是根據(jù)小流域來劃分區(qū)域。在一個小流域內(nèi)部，降雨首先在一段時間內(nèi)停留和匯集于地表，當(dāng)超過了其滲透率時，就會形成徑流，通過地表水直接流入河流和湖泊。因此，就需要提升小流域內(nèi)的地表下滲系數(shù)?？梢栽趨^(qū)域內(nèi)大面積植樹造林，或者在較小的河流上創(chuàng)建洪泛區(qū)和恢復(fù)河岸林地等，都是非常有效的措施。這樣一來，小流域通過自身的雨水吸收而緩解了徑流溢出的壓力，從而降低了干流的洪水風(fēng)險。

5）農(nóng)林用地與綠地分流

由于農(nóng)林用地和綠地的下滲系數(shù)較高，也廣泛分布于洪泛區(qū)周圍，所以經(jīng)常被用來作為洪水分流的區(qū)域。農(nóng)林用地作為泄洪分流用地的意義非常重要，其不僅有泄洪分水的功能，更有遏制土壤侵蝕和水土流失，讓被雨水?dāng)y帶的養(yǎng)分和土壤物質(zhì)存留在土地上的意義。

另外，一些河岸附近的農(nóng)林用地，也往往有非常好的景觀意義。

德紹-沃利茨園林王國的總平面圖，圖片來源：Kulturstiftung Dessau-W?rlitz

2002年洪水中的德紹-沃利茨園林王國。圖片來源：www.dm-sh.de/fliegen/hochwasser.htm

例如，德國易北河中下游的德紹-沃利茨園林王國（Gartenreich Dessau-W?rlitz）就是一塊距易北河主河道不到1公里的公園綠地。其中有19世紀(jì)建設(shè)的花園建筑，周圍的農(nóng)田也和易北河的河岸堤壩融為一體，形成風(fēng)景優(yōu)美的“園林王國”。這里還被聯(lián)合國教科文組織評為世界文化遺產(chǎn)。其評語中，就有“融合了園林藝術(shù)、農(nóng)林和水利防洪功能為一體”的綜合性文化遺產(chǎn)。在建成后的兩百年時間里，這里一直承擔(dān)著泄洪和水利調(diào)節(jié)功能，特別是在2002年的易北河大洪水中，其泄洪能力再一次得到了檢驗。

小結(jié)

綜上所述，洪水是一種被人類活動強化了的自然現(xiàn)象。人類在與其共生共存的過程中積累了豐富的經(jīng)驗，在如今科技水平和改造自然能力飛速發(fā)展的階段，更需要對洪水的本質(zhì)和危害有科學(xué)的認(rèn)知。并在此基礎(chǔ)上采取科學(xué)應(yīng)對辦法，才能使人類與洪水長期共存下去。

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【5】Bundeswasserstra?engesetz (WaStrG)

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【7】Hochwasserschutzfibel, BMVBS 2010/2013

【8】Umweltbundesamt. HOCHWASSER VERSTEHEN, ERKENNEN, HANDELN! Bonn, 2011.

【9】Gesellschaft der Freunde des Dessau-W?rlitzer Gartenreiches e.V.

 （作者孔洞一系德國波恩大學(xué)地理研究所博士生、中德營造文化學(xué)會會長）