水利工程災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制研究

張文君

周至縣防汛抗旱應(yīng)急中心 陜西 西安 710400

災(zāi)害風(fēng)險是指因水利工程的建設(shè)和運(yùn)行可能導(dǎo)致的不利后果的可能性，這些后果可能是突然決堤導(dǎo)致的洪水，也可能是過度開發(fā)導(dǎo)致的地下水位下降，無論其性質(zhì)如何，這些風(fēng)險都需要得到充分的認(rèn)識和管理。為了有效地管理這些風(fēng)險，預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)顯得尤為重要。預(yù)警是指對于可能的災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行早期的監(jiān)測和預(yù)測，從而為應(yīng)急響應(yīng)提供了寶貴的時間和信息，而應(yīng)急響應(yīng)則是指在災(zāi)害發(fā)生后迅速、有序地進(jìn)行救援、恢復(fù)和重建，以減少災(zāi)害的損失和影響。這兩者共同構(gòu)成了現(xiàn)代水利工程風(fēng)險管理的核心內(nèi)容。

1 水利工程災(zāi)害風(fēng)險的分類及特點(diǎn)

1.1 災(zāi)害類型及其影響

水利工程災(zāi)害包括了一系列由于自然原因或人為因素導(dǎo)致的對水利設(shè)施或其周邊環(huán)境帶來損害的事件。洪水災(zāi)害是最為常見的，由于降雨過量、雪融或河流決口造成，這種災(zāi)害可能導(dǎo)致低洼地區(qū)淹沒、農(nóng)作物受損，甚至可能造成人員傷亡，對基礎(chǔ)設(shè)施也會造成巨大的破壞[1]。干旱災(zāi)害則是由于降水量過少或者水源供應(yīng)不足造成的，它會影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、減少飲用水供應(yīng)，并可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)受到不可逆的損傷。水庫潰壩是另一個嚴(yán)重的災(zāi)害類型，通常由于工程設(shè)計(jì)、施工或維護(hù)不當(dāng)引起，可能導(dǎo)致大量水突然釋放，造成下游地區(qū)的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。還有水土流失，這通常是由于過度開發(fā)、土地裸露或不恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致，可能會破壞土地、河流和水庫的質(zhì)量與功能。此外，水生態(tài)破壞風(fēng)險則涉及因?yàn)槿祟惢顒踊蚱渌蛩貙?dǎo)致的河流、湖泊、濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化，這種災(zāi)害會影響到水生物、植被和其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，從而對人類社會帶來間接的風(fēng)險。

1.2 主要風(fēng)險來源

水利工程災(zāi)害的風(fēng)險來源是多種多樣的，從自然因素來看，氣候變化是一個重要的風(fēng)險來源。隨著全球氣溫的上升，極端氣候事件的頻率和強(qiáng)度都有所增加，如暴雨、干旱、暴風(fēng)等，這些都可能對水利工程產(chǎn)生直接或間接的影響，地質(zhì)活動，如地震、滑坡和土壤侵蝕，也可能對水利設(shè)施造成損害或威脅其穩(wěn)定性[2]。工程設(shè)計(jì)與施工不當(dāng)也是風(fēng)險的重要來源，如果水利工程在設(shè)計(jì)時未考慮到所有潛在的風(fēng)險因素，或施工中出現(xiàn)疏忽和錯誤，都可能導(dǎo)致工程本身存在缺陷，進(jìn)而增加災(zāi)害風(fēng)險。運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)也會導(dǎo)致工程的早期老化、性能降低，從而增加發(fā)生災(zāi)害的可能性。另一方面，人類的經(jīng)濟(jì)活動也對水利工程帶來了風(fēng)險，如上游的工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)藥的過度使用等，可能導(dǎo)致水源污染，對水利工程的運(yùn)行造成影響。同時，不合理的土地利用和城市化進(jìn)程可能改變徑流模式，使得某些地區(qū)的洪水風(fēng)險增大。

1.3 影響因素及其特性

影響水利工程災(zāi)害的因素是多維度和復(fù)合性的，涉及自然、技術(shù)和社會等多個領(lǐng)域。從自然地理因素來看，地形地貌往往直接影響到水流的方向和速度，山區(qū)的陡峭地形可能導(dǎo)致水流快速聚集，增加山洪或滑坡的風(fēng)險，而平原地帶的低洼地方則容易出現(xiàn)積水或洪澇。土壤的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)也是關(guān)鍵因素，透水性強(qiáng)的沙土可能導(dǎo)致地下水位上升緩慢，而粘土則可能在大雨后導(dǎo)致地面積水[3]。土壤的侵蝕性也與其結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，這可能影響到水庫的淤積和河流的變遷。從技術(shù)和工程的角度看，材料的質(zhì)量和耐久性直接影響到工程的穩(wěn)定性和使用壽命，如使用劣質(zhì)的混凝土或鋼材可能使得工程在短時間內(nèi)出現(xiàn)裂縫或腐蝕，增加潰壩或倒塌的風(fēng)險。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程，許多地方為追求短期的經(jīng)濟(jì)利益而過度開發(fā)資源，忽視了對水資源和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，當(dāng)?shù)鼐用竦闹R和意識也會影響到災(zāi)害的發(fā)生和應(yīng)對。例如，如果居民不了解防洪知識，可能在大雨來臨時采取不當(dāng)行動，增加自身的風(fēng)險。

2 水利工程災(zāi)害的風(fēng)險預(yù)警技術(shù)與方法

2.1 遙感技術(shù)在災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用

遙感技術(shù)就是通過無人裝置（如衛(wèi)星或無人機(jī)）從遠(yuǎn)距離收集地表信息的技術(shù)，這種技術(shù)能夠?qū)崟r、大范圍地獲取數(shù)據(jù)，對于水利工程災(zāi)害的預(yù)警具有巨大的價值。遙感技術(shù)可以用于洪水的監(jiān)測與預(yù)測，通過衛(wèi)星圖像實(shí)時監(jiān)測河流水位的變化，并評估洪水可能涌入的區(qū)域，通過分析地表的植被和土壤濕度，遙感還可以幫助預(yù)測可能的滑坡和山洪地點(diǎn)。對于干旱的監(jiān)測，遙感技術(shù)可以幫助確定受影響的區(qū)域范圍，分析土壤濕度和植被健康狀況，預(yù)測干旱可能發(fā)展的趨勢和持續(xù)時間[4]。對于水庫安全監(jiān)測，遙感還可以實(shí)時監(jiān)控水庫的水位、水質(zhì)和周圍的地形變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險。以2019年在某地發(fā)生的洪水事件為例，在雨季來臨前，通過遙感技術(shù)發(fā)現(xiàn)了該地區(qū)的部分河流上游地區(qū)土壤濕度較高，同時這些地區(qū)的植被覆蓋較少，意味著雨水將很快匯入河流，增加下游洪水的風(fēng)險。遙感技術(shù)還顯示了下游某些地段的地勢較低，更容易受到洪水侵襲。基于這些數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)卣杆賳恿藨?yīng)急預(yù)案，進(jìn)行了河道疏通，同時進(jìn)行了群眾疏散，有效地減少了洪水帶來的損失。

2.2 氣象與氣候模型預(yù)測

氣象與氣候模型預(yù)測為水利工程災(zāi)害預(yù)警提供了一個科學(xué)、前瞻性的方法，這些模型利用大量的氣象數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)方程和高級算法，預(yù)測未來的天氣和氣候變化，從而為水利工程提供關(guān)鍵的信息。通過模擬降雨量、蒸發(fā)和徑流等水文過程，氣象模型可以提供河流的流量預(yù)測，為水庫調(diào)度和洪水控制提供決策依據(jù)，這樣即使在強(qiáng)降雨事件前，水利管理部門也能夠提前釋放水庫庫容，準(zhǔn)備迎接可能的洪峰，從而避免或減少潰壩和洪水災(zāi)害的風(fēng)險。對于干旱管理，它們可以預(yù)測數(shù)月乃至數(shù)年的降雨和蒸發(fā)趨勢，從而提供關(guān)于水源供應(yīng)的長期預(yù)測，基于這些預(yù)測，水利部門可以提前制定節(jié)水措施，如調(diào)整水價、限制用水或啟動備用水源，確保在干旱期間維持穩(wěn)定的供水[5]。再者，這些模型還有助于土壤濕度和植被狀況的預(yù)測，進(jìn)而預(yù)警滑坡、土壤侵蝕和其他與水關(guān)聯(lián)的災(zāi)害。例如，預(yù)測即將到來的大雨可能導(dǎo)致某個已經(jīng)飽和的斜坡滑動，當(dāng)?shù)卣梢圆扇☆A(yù)防措施，如搭建支撐或疏散居民。

2.3 地理信息系統(tǒng)與災(zāi)害風(fēng)險評估

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一個用于捕獲、存儲、分析和管理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它使得多種空間數(shù)據(jù)的綜合和交叉分析成為可能，從而更好地理解和評估與水利工程相關(guān)的災(zāi)害風(fēng)險。GIS可以用于識別和評估潛在的洪水風(fēng)險區(qū)，通過將河流、水庫、地形和土壤數(shù)據(jù)層疊加在一起，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，GIS可以預(yù)測在特定的降雨事件中可能被淹沒的區(qū)域，以及可能的淹水深度，這有助于城市規(guī)劃，確保關(guān)鍵設(shè)施和居住區(qū)不處于高風(fēng)險區(qū)。其次，結(jié)合土壤濕度、植被覆蓋和氣候數(shù)據(jù)，GIS可以創(chuàng)建干旱敏感性圖，幫助決策者確定哪些地區(qū)在干旱期間最容易受到影響，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃Y源管理和配給。此外，GIS可以對滑坡和土壤侵蝕風(fēng)險進(jìn)行評估，通過分析地形、土壤類型和降雨模式，它能夠識別那些在強(qiáng)降雨事件后可能導(dǎo)致滑坡的斜坡，或者識別那些容易受到土壤侵蝕影響的區(qū)域。更為重要的是，GIS允許決策者進(jìn)行“情景分析”。例如，模擬不同的水庫管理策略對洪水?dāng)U散的影響，或評估不同的土地利用策略對干旱敏感性的影響。

2.4 數(shù)學(xué)模型與模擬方法

數(shù)學(xué)模型和模擬方法為決策者提供了一個量化、可預(yù)測的框架，用于理解復(fù)雜的水文、水力和環(huán)境過程，從而更有效地預(yù)防和應(yīng)對可能的災(zāi)害。水文模型是評估洪水和干旱風(fēng)險的基礎(chǔ)，通過對降雨、徑流、蒸發(fā)和地下水流的模擬，這些模型可以預(yù)測河流和水庫的水位變化，為洪水控制和水資源分配提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。例如，SWAT（土壤水評估工具）和HEC-HMS是兩種廣泛使用的模型，它們可以模擬不同氣候和土地使用條件下的水文過程。對于水利工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和評估，水力模型是不可或缺的，這些模型模擬水流通過水壩、渠道和其他水利結(jié)構(gòu)的行為，幫助工程師確定結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和材料。

3 水利工程災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制

3.1 災(zāi)害響應(yīng)流程與決策

水利工程災(zāi)害響應(yīng)流程和決策是對潛在和已發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行及時、有效應(yīng)對的關(guān)鍵，這一流程通常從災(zāi)害的識別開始，然后經(jīng)過一系列的評估、決策、實(shí)施和后續(xù)評估步驟，確保最大限度地減少災(zāi)害的影響。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到可能的災(zāi)害跡象時，如水位上升或異常氣候變化，響應(yīng)流程啟動。接下來，評估團(tuán)隊(duì)會立即收集和分析所有相關(guān)信息，如預(yù)期的降雨量、河流或水庫的預(yù)測水位以及可能受影響的區(qū)域和人口。基于這些信息，決策者會制定一系列的應(yīng)急措施，如啟動水壩泄洪、加強(qiáng)堤壩巡查、預(yù)先疏散潛在受影響的居民或發(fā)布公共警告，這些決策需要在非常短的時間內(nèi)做出，并要考慮到所有可能的后果和不確定性。實(shí)施階段是行動的時候，這需要與各個相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)，確保所有措施得以有效執(zhí)行。災(zāi)害過后會進(jìn)行后續(xù)評估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化流程和策略。以四川汶川地震為例，由于地震導(dǎo)致的山體滑坡阻塞了許多河流，形成了數(shù)十個“堰塞湖”，堰塞湖的突發(fā)潰壩將對下游居民和設(shè)施造成巨大的水淹災(zāi)害。地震后相關(guān)部門立即啟動了應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，評估堰塞湖的風(fēng)險，部署軍隊(duì)和工程師對堰塞湖進(jìn)行治理，同時疏散可能受影響的下游居民，這一系列迅速、有組織的響應(yīng)措施成功避免了更大規(guī)模的次生災(zāi)害。

3.2 應(yīng)急資源調(diào)配與管理

水利工程災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制中，應(yīng)急資源包括物資、人力和設(shè)備，有效的資源調(diào)配能夠確保關(guān)鍵資源及時、正確地被送達(dá)最需要的地方，從而最大程度地減少災(zāi)害的損失。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，相關(guān)部門首先要進(jìn)行快速的現(xiàn)場評估，確定受影響的區(qū)域、人口以及所需的應(yīng)急資源。隨后資源管理中心會根據(jù)現(xiàn)有的資源庫存、預(yù)期的需求以及交通狀況等因素，制定資源調(diào)配計(jì)劃。在資源調(diào)配過程中，要確保優(yōu)先考慮到受災(zāi)最為嚴(yán)重、急需救援的地區(qū)，同時還要考慮到資源的持續(xù)供應(yīng)，確保長期應(yīng)對災(zāi)害。對于前線的應(yīng)急隊(duì)伍，他們需要與后方的資源管理中心保持密切溝通，及時上報實(shí)際需求，以及資源使用、分配的情況。這樣可以確保資源使用的高效性，避免資源浪費(fèi)。以湖北省的嚴(yán)重洪水為例，在洪水爆發(fā)后，大量的救援物資和人力需要迅速調(diào)度到受災(zāi)嚴(yán)重的地區(qū)，由于路面受損，許多地方的交通受到嚴(yán)重影響。此時，相關(guān)部門利用無人機(jī)對受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行空中偵察，了解真實(shí)的交通狀況，并為地面救援隊(duì)伍提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航。同時，后方的資源管理中心根據(jù)前線反饋的需求，通過多種方式，如陸路、航空和水路，將食物、飲用水、藥品、帳篷等救援物資快速送達(dá)受災(zāi)地區(qū)。

3.3 災(zāi)后恢復(fù)與重建策略

水利工程災(zāi)害的后果常常是長期的，并可能對受影響的社區(qū)造成深遠(yuǎn)的影響，災(zāi)后恢復(fù)與重建策略不僅要迅速地恢復(fù)基礎(chǔ)設(shè)施和提供基本服務(wù)，還要確保重建的工程能夠抵御未來的災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)更為持久和可持續(xù)的發(fā)展。在實(shí)施災(zāi)后恢復(fù)和重建時，需要進(jìn)行全面的損失評估，確定受損的水利設(shè)施的程度、影響的地區(qū)和居民，以及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)損失，基于這些數(shù)據(jù)制定出有優(yōu)先級的恢復(fù)和重建計(jì)劃，確保資源有效地用于最為關(guān)鍵的項(xiàng)目。除了物理設(shè)施的修復(fù)，災(zāi)后的社會經(jīng)濟(jì)恢復(fù)也非常關(guān)鍵，這包括為受影響的人口提供臨時住所、工作機(jī)會和心理健康支持。以2004年印度洋大海嘯為例，海嘯對印度、斯里蘭卡、泰國和印度尼西亞等國的沿海地區(qū)造成了巨大的破壞。在災(zāi)后的恢復(fù)和重建中，各國政府與國際組織合作，進(jìn)行了大規(guī)模的重建工作，重建受損的堤壩、漁港和其他水利設(shè)施時，新的設(shè)計(jì)采取了更高的標(biāo)準(zhǔn)，確保能夠抵御未來可能的災(zāi)害。此外，為了減少未來的風(fēng)險，部分低洼地區(qū)的居民被重新安置到較高的地方，各國還建立了早期預(yù)警系統(tǒng)，用于及時預(yù)警類似的海嘯事件。

3.4 跨部門與跨地區(qū)的協(xié)作與協(xié)調(diào)

在應(yīng)對水利工程災(zāi)害時，由于其廣泛的影響和復(fù)雜的因素，常常涉及到跨部門與跨地區(qū)的協(xié)作與協(xié)調(diào)。為了有效地管理和減少災(zāi)害風(fēng)險，各個相關(guān)的部門和地區(qū)需要共同努力，確保資源的有效配置、信息的及時共享和行動的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。跨部門與跨地區(qū)的協(xié)作與協(xié)調(diào)首先需要建立一個中央?yún)f(xié)調(diào)機(jī)制，負(fù)責(zé)組織、指導(dǎo)和監(jiān)督各個部門和地區(qū)的行動，還需要建立一個高效的信息共享系統(tǒng)，確保各方在第一時間獲取到準(zhǔn)確、及時的信息。為了確保資源的有效利用，各部門和地區(qū)需要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和程序，對于資源的調(diào)配、人員的培訓(xùn)和設(shè)備的采購進(jìn)行統(tǒng)一管理，并定期進(jìn)行聯(lián)合演練，檢驗(yàn)協(xié)作與協(xié)調(diào)的效果，發(fā)現(xiàn)并解決存在的問題。以2016年長江流域洪水為例，這次洪水涉及多個省份，對于多個城市和農(nóng)村地區(qū)造成了嚴(yán)重的影響。為了有效地應(yīng)對這次洪水，政府啟動了國家級的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，組織各個相關(guān)的部門和地區(qū)進(jìn)行協(xié)作與協(xié)調(diào)，通過這一中央?yún)f(xié)調(diào)機(jī)制，確保了物資的迅速調(diào)配、信息的及時共享和行動的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，各地區(qū)也與鄰近的省份進(jìn)行了緊密的合作，共同抵御洪水的威脅。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著人類社會的不斷進(jìn)步和技術(shù)的日益發(fā)展，水利工程已從簡單的滿足基本需求轉(zhuǎn)向更為復(fù)雜的多目標(biāo)管理和綜合利用。在此過程中，災(zāi)害風(fēng)險的識別、預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和管理顯得至關(guān)重要。正如本文所探討的，面對潛在的風(fēng)險不僅需要具備先進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的方法，還需要一個完善的制度框架，借助現(xiàn)代技術(shù)人們能夠更為精確地識別和評估風(fēng)險，及時做出決策。任何技術(shù)和策略都需要建立在持續(xù)地研究和實(shí)踐基礎(chǔ)上，只有這樣才能在應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)時更為從容和自信。