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洪水资源化的山东对策——套堤蓄洪法

2020-09-05    浏览次数:767    返回列表

洪水资源化的山东对策——套堤蓄洪法

庞双芹

内容提要:高质量发展就是保持生态良好前提下的发展,水是维护良好生态的物质基础,没有水谈不上生态,水少则难以达到良好。所以如何找水、聚水、用水就成了一门必须认真研究的学问。本文提出的套堤蓄洪之法,就是为解决那些汛期的水留不住,旱季的水不够用,旱涝灾害并存的矛盾。套堤蓄洪之法利用平时荒芜、裸露的季节性河道,化河为库,聚洪为源,一方面能增加大量水资源,另一方面亦能改善、提升所属流域的生态物质基础。在工程上套堤蓄洪法还具有施工器械简单,展开快,工期短,后期管理维护方便等特点。与修建水库、南水北调工程相比,具有天然的综合效益优势。

关键词:旱涝并存  套堤蓄洪  洪水资源化  生态改善

 

引言:洪水资源化是最近比较热门的话题。主要因为山东、山西、河北等地区的旱涝并存现象太突出了。特别是山东,由于泰、沂山系突兀地矗立于齐鲁腹地,形成了三面临海(渤海、黄海),一面向湖(南四湖)的特殊地势。这种地势使难得的雨水常常是水过地皮湿,润雨细无声的情况极难出现。虽有滔滔不绝的黄河客水,更多也是路过山东直奔大海。再加上上述地区的雨季十分短暂,集中降下的雨水易形成大量洪水,不仅无法用,还极易带来灾害。因此,如何化害为利,使洪水转化为宝贵资源,持续不断的滋润干旱的土地,就成了山东以及华北的重要课题。

一、如何套堤

“套堤”就是在既有河道的大堤之内,挖取河滩土石(同时加深河道)筑起二堤(三堤),将河道一分为三(或为五),形成各具功能的多条河道。该法最早在《运河研究》刊发的《套堤汲清 黄、运互通(航)》一文中提及,但当时只是针对黄河如何出清水问题提出来的。洪水年年有,到处抗洪忙。几乎成了中华民族躲不开的宿命。何时才能让洪水化作解渴润土的资源,为我所用?笔者受黄河研究结果的启发,在此系统提出“套堤蓄洪”之法,请大家评头品足。

要使洪水化作资源,首先遇到的问题是如何收集洪水。洪水遍布山野,但最终仍要汇入一条条河道,再经毛细血管一样的河道汇入江河湖海。因此无数河道成了天然的洪水收集器。过去洪水流入河道后直接流向大海或湖泊洼地,河道只是临时的走廊。能否让洪水在这个走廊里驻留下来,使收集器变成存储器?这就需要对河道进行必要的改造——实施套堤工程。

凡需要洪水资源化的地区基本上都属于干旱、半干旱地区,那里的河道多为季节性河道。此类河道由于洪水来势凶猛水量浩渺,流经的时间却极其短促,反复冲刷的结果就是河床宽泛,河堤低矮,且极不规则。因此要想让巨量洪水尽量留在河道内,必须挖深河床,筑高河堤,最大限度地增加容纳空间。套堤工程正好可以两全其美地实现此两点。

“套堤蓄洪”并非欲使所有洪水全部留驻于河道之内,河道的畅通泄洪作用必须予以保留。因此河道改造至少要一分为三;中间的河道深而窄,作为泄洪通道。套堤与原堤构成的两条阶梯型河道作为蓄洪河道。再根据河道落差,每隔一定距离设置弧形橡胶坝。这样在保留河道泄洪功能的前提下,大部或全部的河道空间将被区隔成一个个蓄洪池,尽最大可能地留住洪水于河道之内,成为优质水源。

二、如何蓄洪

蓄洪的过程从哲学意义上说,就是将能量(洪水)、时间、空间三者之间的关系,按照人的意志重新调整安排的过程。因各地雨季的雨量分布一般随时间进程呈马鞍型分布,即前期雨量由少慢慢增多,汛期雨量则跨越马鞍线的顶端部分,汛期过后,雨量再由多慢慢减少,直到进入旱季。套堤的河道就是抓住这个马鞍线型的雨量发展规律,科学安排蓄洪能力与泄洪排险的时间点,争取既能蓄满洪水,又不至出现泄洪不迭,酿成涝灾的不良后果。

一般来说,由于洪水多形成于上游,因此在汛期的前半阶段应首先发挥两条蓄洪河道的作用,即先将中心泄洪河道的上游第一道拦洪橡胶坝充气升高,迫使汇合于河道的洪水分流进入两边的蓄洪河道。蓄洪河道则自下游末端的橡胶坝开始逐次升高不断拦洪蓄水,使一个个蓄洪池次第达到100%的蓄洪量。等一节节满水的蓄洪池向上延伸至整个河道的1/3处时,位于河道中间且与套堤结合成一体(顺河向)的滚水橡胶坝,应升起至70%的高度。同时位于蓄洪大堤上游1/3中间位置的另一对滚水橡胶坝应100%升起,以防止洪水进入泄洪河道而流失,保持此种状态直到两条蓄洪河道蓄满60%~70%的水量。如此半蓄半空状态的河道,可一边保持正常泄洪能力,一边等待雨季高峰期安然度过。在此期间如遇到天气预报可能有超常泄洪的紧急情况时,可提前将下游蓄洪河道已蓄满水的橡胶坝放一部分气(同时中间泄洪河道的橡胶坝全部放气,恢复必要的泄洪通量),让已蓄洪水提前流入湖海,腾出滞洪空间,迎接洪水到来。危险期过后,应以最短的时间重新恢复60%~70%或更多一些的蓄洪水量,防后续雨量的不足。

等雨季高峰一过,应将位于河道中间的,用以调节蓄洪河道与泄洪河道水量的滚水橡胶坝逐步升起至100%高度,蓄满两条蓄洪河道。两条蓄洪河道蓄满后,再从泄洪河道下游末端的第一道橡胶坝起,依次升高拦洪蓄水,直到整个河道100%蓄满洪水。

在雨季末期尚未蓄满洪水的期间,如偶遇超常雨量,通过调节泄洪河道的流通通量仍能满足防洪需要。极端情况下也可接合滚水橡胶坝的适度降低,让蓄洪河道也腾出必要的滞洪空间。毕竟防止出现洪灾,保证人民群众生命财产才是最重要的。

如洪水不是形成于上游,而是中游或一侧,也可以先蓄满中间河道,后蓄满两边的河道。蓄洪河道与泄洪河道并非固定,而是根据情况可以随时调整。

总之,依据天气预报的日益精准,通过科学调整蓄洪河道、泄洪河道的容纳空间和先后次序,再加上滚水橡胶坝的高度,完全有望达到既及时消洪除险,又能在雨季邻近结束前使整个河道蓄满洪水,从而实现洪水资源化的第一个目标。

或许有人担心套堤蓄洪之法可能损害原来的泄洪能力。坦率地说,在未得到实践验证之前,笔者也无法打包票。但若考虑到以下两点因素,降低泄洪能力的可能性基本不存在。一是套堤施工过程中,既挖深了河道,同时也加高筑牢了河堤。由此将产生两个结果:增加泄洪通量的同时增强防洪能力。二是揽储洪水用的是橡胶坝,橡胶坝通过充气和放气可以控制坝体的高度,必要时能在极短时间内恢复河道的必要行洪能力。再加上现代通讯指挥的及时到位,以及天气预报准确率的提升,避险和蓄洪这两个目标应该能够同时实现。

三、套堤蓄洪的工程优势

洪水资源化此前之所以少有人论述,可能由于两大难题——洪水的收集以及储存看似一时无解。其实利用现有季节性河道很容易一体化予以解决。

套堤蓄洪利用现有河道施工极其简单,仅用推土机和挖掘机就能完成绝大部分工程量。拦洪橡胶坝也不必设计成直线型,顺河水流向的弧形橡胶坝,可依靠橡胶坝的牵拉力使跨度达到最大值,无须在中间设置混凝土固定墩。橡胶坝在上下方向上也不必设计成一体空腔式,可设计成多层多腔扁通型叠加结构。这样可最大限度地收窄橡胶坝的水平尺寸,在节省材料的同时也能降低施工难度。若在最上层的橡胶坝表面铺设高强度条形板材,还能收获彩虹桥式人行步道的美化效果(水中浮桥)。

利用现有季节性河道进行套堤施工,不占用良田,不涉及拆迁。可分段同时开工,一个旱季即可完成一条河道的施工改造,当年即可发挥蓄洪效益。且蓄洪量大,工程费用低,理论上应该比修建水库划算。

若将山东所有季节性河道通过套堤蓄洪改造,能增加多少水资源量呢?据山东省水利厅文件称;山东省河流密集,水系众多,仅流域面积达50平方公里以上的河流就有1049条。我们暂以一条河宽300米(堤内宽度),河长150公里,挖深套堤后堤顶到河底的深度为8米做理论参考值。在去除套堤所占河道容积,并减低一米的防浪堤高后,粗略计算(150000*240*7)得到的河道蓄洪量竟达2.5亿立方之多!即使山东有十分之一的河道满足此类条件,理论上的总蓄洪能力也可达到两百多亿立方(超过山东年流失水量最大值)。足见套堤蓄洪之法的潜在优势。

四、套堤蓄洪后的社会及生态效应

习近平总书记曾说“良好生态本身蕴含着无穷的经济价值,能够源源不断创造综合效益,实现经济社会可持续发展。”水是万物之母,良好生态离不开水,没水谈不上生态,更谈不上良好。但是丰富的水源从哪里来?这才是问题的核心。节水不会增加新水,只是提高了水的重复利用率。过度的、不合理的节水常常会造成诸多不便,还容易导致生存条件的劣化或生活质量的降低。今年是全国扶贫攻坚的收官之年,也是全面小康社会的开启之年。全面小康社会之后的更高发展目标不可能靠节水获得提升,开源才是唯一科学现实的出路。

相对于远道请来的南水北调水,洪水属于当地的地表水,稍加沉淀就是优质水源。过去的洪水被当作祸水放掉,一是受科技手段限制,二是受工程能力的制约,不得已而为之。现在,有了套堤蓄洪之法,以河为库,拦河蓄水,尽可能地用当地水养当地人,浇本地田,应该不是难事。

如果每一条河都能蓄满当年的洪水,并细水长流有效利用到来年雨季,不仅能滋润浇灌沿河两岸的草木庄稼,滋润流域内的环境空气,还能持续补充地下水。等于是地上地下联合调蓄,功成之后,既不怕旱,也不怕涝。如此持续数年,当地的环境、植被、空气将会获得持续优化,类似塞北小江南的景象,会如雨后春笋般呈现于华夏大地。尤其像京津冀地区,水波荡漾莺歌燕舞的景象有望重回人们的视野。

上述设想并非毫无凭据,因为海河流域的河流大部分属于季节性河道,每年汛期都会有大量的洪水奔腾入海,海河因此成为名副其实的送水入海之河。如将海河流域的大部分支系河道,通过套堤工程改造成一条条能蓄洪的线型水库,利用毛细血一样的流域系统,常年渗水入地,相信用不了几年,整个华北的地下水漏斗问题将有望消除。华北平原作为曾经的粮仓,也会重现草绿鱼肥麦浪滚滚的喜人景象。

五、套堤蓄洪、修建水库、南水北调之间的综合效益分析

套堤蓄洪相当于化河为库,它比现有的水库拥有更多优点。水库是集中蓄水,套堤蓄洪是分散蓄水;水库用水时呈点状向下游辐射,套堤蓄洪用水时是呈线状向两岸辐射。点状辐射的水越流越远,损耗越来越大,沿河两岸线状辐射是就近入地,损耗极小。水库蓄水是把大量的水源集中存放,因高度聚集必形成巨大势能,一旦决口危害难料。分散蓄水则没有此类风险。水库修建时往往要淹没大片良田,套堤蓄洪利用常年荒芜的裸露河道,无须占用一分良田,稍加修缮还能成为可亲水近水的观赏风景线或绿化带。总之,若水库不具有发电功能,其综合效益远比不上套堤蓄洪河道更大,更具有可持续发展性。

与南水北调之水相比,套堤蓄洪拥有的优势更加明显。第一是成本低,第二是水质优。千里奔流的长江水不可避免地会遭遇众多污染源,管理、治污的成本非常之高。第三是套堤蓄洪的河道是当地修,当地用,平时的管理、维护简便易行。所谓一方水土养一方人,要想山美、人美、生态美,还是当地人用(管)当地水更为适宜。

现在回头看南水北调工程,定性为应急工程还比较符合客观事实。是京津冀地区过量超采地下水造成的大面积生态危机,才使得南水北调工程不得不上马。长远来看,风尘仆仆的长江水千里奔波救京师,既带来生态扰乱、破坏,又造成沉重的财政负担,不具有长期存续的理由,不具备科学性、合理性,与中华民族的生存、生活传统及价值理念完全相悖。

六、套堤蓄洪是山东探索两山理论的最佳切入点

从被迫治污到狠抓环保,到绿水青山就是就是金山银山指导方针,再到两山理论的正式提出,可以看出习近平新时代中国特色社会主义的思想内容,都是在实践中不断检验,不断精炼逐步形成的。经过十几年的理论实践对照检验,两山理论不仅是关乎山,关乎水,关乎空气质量的环保指导理论,也是关乎经济,关乎社会,关乎一省一地发展平台、发展空间的总体指导理论。

山东之所以近几年被江苏迅速超越,在见水、识水、用水的胆识与魄力差距,应是重要原因之一。

空口无凭,数据为证。

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粤、苏、鲁用电量/用水量/GDP 对比图

图表数据经计算表明:广东、江苏、山东的用电量都是六千多(6323/6128/6083)亿度,但产生的经济效益却相差甚远。广东每度电创造了17.02元的GDP,江苏是16.26元,山东消耗一度电所创造的GDP只有11.68元。近三分之一的电能跑哪儿去了呢? 再看看2019年公布的31省市的空气优良天数;广洲是282天,南京是190天,济南只有90。其递减率是不是与三省的GDP级差十分相似?这说明山东的产能存在严重的干烧现象,即1/3的电能白白耗散到大气中去了。所以,山东做不好水文章,空气污染指数也是难以下降的。

在短缺经济阶段,大家只顾发展GDP,少有人关注污染问题。代表性企业鲁能的发展过程可以说是山东的一个缩影。随着污染问题的日益严峻,环保形势逐渐趋紧,山东水资源观念的陈旧、开发利用手段落后的局限开始显露,腾挪空间越来越小,发展阻力越来越大。正是在此期间,广东与山东的距离越拉越大,江苏则实现了对山东的弯道超车。

再看看山东、江苏两省各自的水资源存量与实际用水量的巨大差别,或许隐藏着更深层次的原因。

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粤、苏、鲁水资源存量及用水总量对比图

此图显示;江苏水资源存量虽少于山东,用水却十分放得开,达到460亿立方/年,是山东220亿立方/年的两倍还多。这或许能解释江苏为什么能迅速赶超山东,且空气质量依然优于山东的部分原因。因为在环保经济的大前提下,会找水用水,筑有足够的水功经济平台,意味着更好的发展前景,更大的腾挪空间。

山东与江苏相比,不会用水不敢用水的原因或许是对水的错误认知所致,其中坚持人均水资源论是陷阱之一。人均水资源论看似一种数据科学,实则是一种自欺欺人的错误理论。它把水资源雷同于饮水资源,觉得人均水资源不足,就一定口渴受穷。其实只要查一查中国人均水资源排第一的是西藏,排最后的是上海,就知道人均水资源论是多么的不靠谱。它掩盖了水必须通过土地,必须经过一系列的工业技术应用,才能产生经济效益的本来资源属性。

其实资源两个字的含义就已经明白无误地告诉人们;会用敢用才叫资源,不会用不敢用只能是摆设,与资源二字无涉。所以,山东(包括华北地区)的问题在水,解决问题的对策在改变对水的认知,尽快找到找水、聚水、用水的方式、渠道。套堤蓄洪法为洪水资源化利用提供了一种路径,希望有关领导能尽快改变思路,做好水功经济文章,把水作为新旧动能转换的重要媒介,早日走出困境。

如果依据对水的认知和应用进行划分,山东正成为南北阵营(以黄河为界)的分水岭,南方发展多得益于水,北方发展多受困于水。山东如果做好了水文章,北方(主要是华北)就有了新方向。山东如果做不好水文章,北方也失去了新希望。正像大运河到了山东(黄河)南通北不通一样,山东正处于十分关键的咽喉位置;山东通则南北动脉通,山东不通则南北动脉堵。

两山理论必将成为高质量发展的长期指导理论,而水则是实践这一理论的核心物质,山东又处于锁钥性的关键位置,所以希望有关领导能充分重视套堤蓄洪的创新性意义,敢于第一个吃螃蟹,为两山理论的创新实践探索出一条新途径。

 

注释:

[1]庞双芹.《套堤汲清 黄、运互通(航)》《运河研究》2020第一期p17

[2]根据网络公开数据

 

庞双芹    《山东运河经济文化研究中心》

手机15853108830(微信号)   邮箱  pangsq@sina.com

 

个人简介:

庞双芹(男 )1953年9月----  

《山东运河经济文化研究中心》     15853108830(微信号)

地址   山东济南市山大路207号 7号楼 0806室

 

个人经历:

 高中毕业—民办教师(1年)—当兵(4年)—大学(山大内燃机专业4年)—教师(山东警官学校9年)—出国(日本)进修(1年)—回国从教(警官学院)直到退休   

 

主要成果:  

论文类:

《监狱管矫工程学初论》   山东法学 1995年第一期

《试论囚犯的权利边界及其他》   中国监狱学刊  2006-5期

《论“公正、公平、公开在监狱执法中的理解与应用”》

《犯罪与改造研究》(中文核心期刊)2006-2期

教材类:

《金属焊接与切割》    主编     高等教育出版社2004年7月

《计算机绘图应用教程》(参编)中国水利水电出版社2004年8月

《企业保安》副主编  高等教育出版社 2001年6月

书籍类:   

《9.11掘密报告》  长篇小说   2011年9月   山东大学出版社

专利类:   

《实用新型》专利  共9项(名称略)

《发明》专利1项  名称《一种便于船舶在梯级落差水域即时通行的方法及柔性坝》