氣候變化對我國水利基礎(chǔ)設(shè)施安全影響及應(yīng)對建議

氣候變化對我國水利基礎(chǔ)設(shè)施安全影響及應(yīng)對建議

Impact of climate change on safety of water infrastructures and response measures

高長勝，胡江

（1.水利部大壩安全管理中心，210029，南京；2.南京水利科學(xué)研究院，210029，南京）

摘要：全球氣候變化影響下極端天氣事件頻繁發(fā)生，對水利工程基礎(chǔ)設(shè)施安全與運行管理帶來深遠影響。簡述了全球氣候變化主要發(fā)展趨勢，探討了氣候變化給水利基礎(chǔ)設(shè)施安全帶來的深刻影響，包括工程設(shè)計標準不再滿足安全運行要求、極端天氣事件誘發(fā)災(zāi)害鏈事件、海堤和河口水閘失事風(fēng)險增加、極端溫度影響材料性能與結(jié)構(gòu)安全性、海水侵蝕縮短河口和沿海水利基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命、白蟻北移引發(fā)北方堤壩滲流安全隱患、極端天氣事件增加水利設(shè)施破損頻率、水利基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度難度增大等。系統(tǒng)分析了氣候變化影響下國內(nèi)外水利基礎(chǔ)設(shè)施失事、應(yīng)急調(diào)度、嚴重受損等典型案例，在此基礎(chǔ)上提出了制定適應(yīng)氣候變化的政策與制度、強化水利工程管理體系和管理能力現(xiàn)代化建設(shè)、采取適應(yīng)性的工程措施、強化基于風(fēng)險理念的工程安全評估和運行管理、夯實水利工程安全保障科技支撐、加快相關(guān)技術(shù)標準的制修訂等應(yīng)對策略，以期為提升水利基礎(chǔ)設(shè)施對氣候變化的適應(yīng)性應(yīng)對能力，以及提升應(yīng)對極端天氣事件的災(zāi)前適應(yīng)力、災(zāi)中抵御力和災(zāi)后恢復(fù)力提供參考。

關(guān)鍵詞：氣候變化；水利基礎(chǔ)設(shè)施；工程安全；應(yīng)對措施；極端天氣事件

作者簡介：高長勝，副主任，二級正高級工程師，博士生導(dǎo)師，主要從事巖土工程、大壩安全與管理等方面研究。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（U2443229）；中央級公益性科研院所基本業(yè)務(wù)費項目（Y724004）。

我國水資源短缺且時空分布不均，水旱災(zāi)害一直是“心腹之患”，建設(shè)完善的水利基礎(chǔ)設(shè)施體系對解決我國新老水問題至關(guān)重要。新中國成立以來，我國建成了世界上規(guī)模最大、范圍最廣、受益人口最多的水利基礎(chǔ)設(shè)施體系，成功戰(zhàn)勝了數(shù)次特大洪水和嚴重干旱，水庫大壩、堤防、引調(diào)水工程等規(guī)模和數(shù)量位居世界前列，為保障人民群眾生命財產(chǎn)安全、促進經(jīng)濟社會平穩(wěn)健康發(fā)展提供了重要支撐。近年，通過加強管理、開展除險加固等措施，我國水利工程安全狀況得到大幅度提升，2000年以來年均水庫潰壩率降至0.05‰以下（0.039‰），進入世界低潰壩率國家行列。當前我國經(jīng)濟已轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，需要堅實的水安全支撐和保障，要求在更高水平上保障水利基礎(chǔ)設(shè)施安全。

世界經(jīng)濟論壇發(fā)布的全球風(fēng)險報告中，氣候變化、極端天氣已連續(xù)10年被列入全球性重大風(fēng)險事件的前三位。近年來顛覆傳統(tǒng)認知的極端天氣事件頻繁發(fā)生，且反常性、復(fù)雜性、不確定性顯著增強，帶來了嚴重沖擊和挑戰(zhàn)，現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施安全性、適應(yīng)性承受了較大壓力。例如，過去40年地中海平均氣溫上升了2℃，氣候變暖使得地中海熱帶氣旋更容易形成颶風(fēng)進而南下影響北非地區(qū)，2023年9月10日，颶風(fēng)“丹尼爾”襲擊了利比亞東北部地區(qū)，實測24h最大降雨量達到414.1mm，引發(fā)了嚴重洪水災(zāi)害，導(dǎo)致瓦迪德納河流兩座水庫大壩潰決，形成了毀滅性潰壩洪水，造成2萬多人死亡、失蹤。我國是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū)，區(qū)域性極端天氣事件及復(fù)合型氣象災(zāi)害趨多趨強。近年來先后發(fā)生了2021年河南鄭州“7·20”特大暴雨和2023年海河“23·7”流域性特大洪水等極端天氣事件。其中鄭州“7·20”特大暴雨單日最大降雨量624.1mm，1h最大降雨量201.9mm，突破了我國大陸氣象觀測記錄歷史極值，84座水庫出現(xiàn)不同程度險情，常莊水庫、郭家嘴水庫出現(xiàn)重大險情，嚴重威脅下游區(qū)域安全。統(tǒng)計近年來全球嚴重的潰壩事件也發(fā)現(xiàn)，除戰(zhàn)爭和工程質(zhì)量外，潰壩事件多由極端暴雨洪水誘發(fā)。

隨著全球氣候變化影響加劇，極端天氣事件對水利工程基礎(chǔ)設(shè)施安全的影響受到高度關(guān)注。本文簡述了全球氣候變化主要發(fā)展趨勢，探討了其對水利基礎(chǔ)設(shè)施安全的影響，分析了氣候變化影響水利基礎(chǔ)設(shè)施安全的典型案例，在此基礎(chǔ)上提出了適應(yīng)氣候變化的應(yīng)對策略。

全球氣候變化主要發(fā)展趨勢

對氣候系統(tǒng)的綜合觀測結(jié)果和多項關(guān)鍵指標均表明，全球氣候變暖趨勢仍在持續(xù)，加劇了氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，高溫、干旱、暴雨等極端天氣事件呈現(xiàn)趨多、趨頻、趨強勢態(tài)。根據(jù)《中國氣候變化藍皮書（2024）》，2023年全球平均溫度為1850年有氣象觀測記錄以來的最高值，2014—2023年全球平均溫度較工業(yè)化前的1850—1900年高出1.2℃；2023年中國地表年平均氣溫較常年值偏高0.84℃，為1901年以來的最暖年份。1985年以來全球冰川消融加速，處于物質(zhì)高虧損狀態(tài)，中國西部山地冰川呈現(xiàn)加速消融趨勢。

變暖導(dǎo)致氣候波動性變大，造成水循環(huán)加速，水的再分配過程偏向極端化，干（濕）季更干（濕），時空差異均有增大趨勢，全國降雨帶北移。中國氣候極端化發(fā)展明顯，極端高溫和極端強降水事件趨多趨重。20世紀90年代后期以來，登陸中國的臺風(fēng)平均強度波動增強。中國年累計暴雨站日數(shù)平均每10年增加4.1%。預(yù)計未來30年，連續(xù)5天最大降水量的增加在全國范圍內(nèi)將呈現(xiàn)一致性，尤其是西北地區(qū)東部及黃淮流域，增加幅度將超過10%。極端暴雨特別是短歷時強降雨呈現(xiàn)增多趨強的態(tài)勢，例如2023年臺風(fēng)“杜蘇芮”造成華北、黃淮地區(qū)出現(xiàn)歷史極端強降水，過程累積雨量大，海河流域發(fā)生流域性特大洪水。

海洋變暖在20世紀90年代后顯著加速，2023年海表溫度和海洋熱含量再創(chuàng)新高。全球平均海平面持續(xù)上升，2023年全球平均海平面達到有衛(wèi)星觀測記錄以來的最高位。中國沿海海平面總體呈加速上升趨勢，1993—2023年，中國沿海海平面平均上升速率為4mm/a，高于同時段全球平均水平的3.4mm/a；2023年，中國沿海海平面較1993—2011年平均值偏高72mm

氣候變化對水利基礎(chǔ)設(shè)施安全的影響

全球有超過半數(shù)的河流受到工程設(shè)施的調(diào)控。然而，由于氣候變化導(dǎo)致全球水循環(huán)的改變，引起河川徑流總量的變化以及在時空上的重新分配，水利基礎(chǔ)設(shè)施安全正受到氣候變化的深刻影響。

1.氣候變化影響水利基礎(chǔ)設(shè)施安全運行

（1）工程設(shè)計標準不再滿足安全運行要求

現(xiàn)行洪水設(shè)計規(guī)范基于“一致性”條件進行工程水文計算，即假設(shè)氣候、下墊面穩(wěn)定，徑流或降水序列統(tǒng)計規(guī)律不變，利用序列外延推求設(shè)計洪水/徑流。氣候變化對降水、洪水形成的物理基礎(chǔ)影響顯著，疊加土地利用變化等強人類活動導(dǎo)致的流域下墊面變化，改變了流域蒸發(fā)、下滲等參數(shù)和流域產(chǎn)匯流規(guī)律，北方河流的徑流系數(shù)明顯減少，降雨-徑流關(guān)系發(fā)生顯著變化；堤壩、水閘等水利基礎(chǔ)設(shè)施的阻隔和調(diào)節(jié)作用，影響了水文資料序列的一致性以及模型參數(shù)的代表性，流域水文分析與過程模擬復(fù)雜性和不確定性增加。在氣候變化與人類活動影響下，過去氣候情景下的設(shè)計、施工、運維標準無法滿足現(xiàn)在和未來氣候變化情景，需復(fù)核相應(yīng)計算方法并更新技術(shù)標準。

洪水災(zāi)害是天氣與氣候系統(tǒng)、下墊面陸表和人類社會系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。氣候變化破壞了水文資料系列代表性，導(dǎo)致水利基礎(chǔ)設(shè)施防洪、興利設(shè)計水位的可靠性降低，百年一遇或千年一遇的設(shè)計洪水可能在幾十年內(nèi)反復(fù)發(fā)生，使得部分已建工程防洪標準和泄洪設(shè)施不滿足氣候變化要求，威脅工程運行安全。據(jù)統(tǒng)計，2000年以后，中國超標準洪水導(dǎo)致的水庫大壩漫頂潰壩比例大幅度升高，達到45%，尤其是2018—2021年的11座潰壩事故中，有8座因超標準洪水所致，占73%。為此，世界銀行集團和亞洲開發(fā)銀行等融資機構(gòu)越來越多地要求將氣候變化情景納入大型水利基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計中。

（2）極端天氣事件容易誘發(fā)災(zāi)害鏈事件

氣候變化加劇疊加強人類活動影響，部分水利基礎(chǔ)設(shè)施運行環(huán)境發(fā)生巨大變化，增大了工程安全風(fēng)險事件發(fā)生的可能性和危害性。區(qū)域或者流域尺度對氣候變化的響應(yīng)具有較大的不確定性，導(dǎo)致衍生災(zāi)害鏈事件。暴雨容易引發(fā)堰塞湖和中小流域水庫大壩潰決，形成暴雨堰塞湖、堤壩潰決災(zāi)害鏈。比如2023年利比亞瓦迪德納河兩座水庫因極端暴雨影響導(dǎo)致連潰，類似條件下上下游潰壩事件還有2021年美國的伊登維爾大壩和桑福德大壩。部分調(diào)水工程的交叉河道上游存在梯級水庫群，一旦遭遇極端天氣事件導(dǎo)致超標準洪水潰壩或超標準泄洪，形成暴雨洪水風(fēng)險傳導(dǎo)，易形成水庫大壩—交叉河道—調(diào)水工程災(zāi)害鏈事件，危及調(diào)水工程安全，例如全球氣候變化背景下特大暴雨洪水出現(xiàn)頻率增強，人類活動影響導(dǎo)致水庫匯流面積和下墊面發(fā)生變化，多重因素疊加使得水庫發(fā)生超標準洪水，超標準洪水泄洪或潰壩洪水在水庫下游河勢變化下呈現(xiàn)放大效應(yīng)，增加了下游調(diào)水工程交叉建筑物出現(xiàn)漫堤或沖刷破壞風(fēng)險，出現(xiàn)災(zāi)害鏈效應(yīng)。

庫壩系統(tǒng)災(zāi)害鏈傳導(dǎo)和演化機制

（3）海堤和河口水閘失事風(fēng)險增加

根據(jù)《2023年中國海平面公報》，2023年中國沿海海平面較常年平均值高72mm，為有觀測記錄以來的最高位，研究預(yù)測未來30年沿海海平面將上升70~176mm，使得海堤等防洪標準降低。海平面上升引起風(fēng)暴潮水位抬升，近岸風(fēng)浪波高增大，局部水深增加還將導(dǎo)致堤前破碎極限波高增大，河口水閘和江（海）堤等防洪（潮）工程失事風(fēng)險增加。2021年臺風(fēng)“煙花”影響期間，恰逢暴雨、大潮，黃浦江堤防有3處共12km堤段出現(xiàn)漫溢，443m堤段出現(xiàn)堤頂越浪險情。受風(fēng)暴強浪影響，已建海堤部分岸段如浦東機場東側(cè)等堤前灘勢持續(xù)沖刷，堤防工程潛在失穩(wěn)風(fēng)險問題突出。假設(shè)到2050年，福建沿海海平面再上升150mm，按照目前100年一遇標準設(shè)計海堤，屆時將無法抵御2013年出現(xiàn)的最高潮位；按照200年一遇標準設(shè)計海堤，屆時防潮能力將只略高于現(xiàn)在100年一遇防潮能力。

2.水利基礎(chǔ)設(shè)施損毀或出現(xiàn)隱患概率增加

（1）極端溫度影響材料性能與結(jié)構(gòu)安全性

氣候變化加劇大背景下，出現(xiàn)極端溫度的可能性增加。1961—2023年，中國極端低溫事件顯著減少，極端高溫事件自21世紀初以來明顯增多，將會導(dǎo)致更多不利工況出現(xiàn)。極端溫度直接影響水工材料的性能。作為常用的水工材料，水工混凝土對極端溫度較為敏感，遭遇持續(xù)高溫干旱時，混凝土干縮率變大，干裂風(fēng)險增加。持續(xù)性溫度變化還會導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)的應(yīng)力條件不斷惡化，可能使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)趨勢性變形，如長期高溫干旱導(dǎo)致拱壩下游壩面、堤壩上游黏土防滲體產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)滲流安全和穩(wěn)定狀態(tài)。氣候變化導(dǎo)致旱澇急轉(zhuǎn)時常發(fā)生，對土石堤壩的影響巨大，使得防滲黏土受旱開裂，快速增長的水位帶來的外部荷載導(dǎo)致工程隱患集中暴露，誘發(fā)工程失事甚至形成災(zāi)害鏈放大效應(yīng)，如美國斯托克頓壩和威斯特壩因土體干縮龜裂，暴雨誘發(fā)管涌導(dǎo)致垮塌。極端低溫寒潮使得水利工程混凝土表面溫度迅速降低，而混凝土內(nèi)部保持較高溫度，內(nèi)外溫度差形成拉應(yīng)力導(dǎo)致裂縫，如中國華北地區(qū)某渡槽2006年春季遭受寒潮襲擊，2天內(nèi)降溫幅度為12~20℃，致使槽身梁體和側(cè)壁出現(xiàn)較多裂縫。

（2）海水侵蝕縮短河口和沿海水利基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命

氣候變化使得海平面上升，海水侵蝕加重，沿海涵閘等水工建筑物在海水腐蝕環(huán)境的長期作用下，水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷、鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不能滿足安全運行要求，服役壽命縮短。海水侵蝕加速金屬結(jié)構(gòu)腐蝕，造成有效斷面減少，嚴重時局部穿孔，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)安全度下降，設(shè)備過早老化，嚴重影響閘門啟閉控制和安全運行。

（3）白蟻北移引發(fā)北方堤壩滲流安全隱患

中國害堤動物造成的堤壩安全隱患點中白蟻引起的占較大比重。堤壩內(nèi)部蟻巢間蟻道相通，四通八達，當水位升高時，極易產(chǎn)生滲漏、管涌、跌窩等險情，甚至引發(fā)堤壩潰決。新中國成立以來，中國有500余座水庫潰壩與蟻害直接相關(guān)，造成重大人員和財產(chǎn)損失。隨著氣候變暖、雨帶北移等氣候變化，白蟻活動范圍已跨越黃河向北向西擴展，黃河流域洛陽、鄭州、濟源、三門峽等地出現(xiàn)白蟻，小浪底水庫、西霞院水庫、黃河大堤等水利工程出現(xiàn)大面積蟻害，帶來工程滲流安全隱患。

（4）極端天氣事件增加水利設(shè)施破損頻率

極端天氣事件導(dǎo)致水利基礎(chǔ)設(shè)施破損頻率增加，運行維護成本增高。極端溫度導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)混凝土凍融破壞，冰拔冰推導(dǎo)致土石堤壩護坡大面積破損甚至塌陷。2021年11月6日—11日，河南省平頂山市遭受持續(xù)強風(fēng)、低溫襲擊，水庫部分壩段出現(xiàn)護坡坍塌險情，須通過應(yīng)急處置和維修養(yǎng)護進行處理。極端強降水事件導(dǎo)致水毀現(xiàn)象普遍，南水北調(diào)中線工程2014年通水運行以來，先后遭受了2016年“7·9”、2021年“21·7”等暴雨洪水以及海河“23·7”流域性特大洪水，造成部分工程段發(fā)生水毀情況，增加了維修養(yǎng)護資金支出。

3.水利基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度難度增大

傳統(tǒng)水利基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度基于歷史水文統(tǒng)計信息和調(diào)度需求，通過經(jīng)驗、模擬或優(yōu)化的方法確定調(diào)度規(guī)則，指導(dǎo)調(diào)度實踐。在氣候變化影響下，流域的來水和用水條件與原設(shè)計條件相比可能已發(fā)生明顯變化，傳統(tǒng)調(diào)度策略難以滿足工程實踐的需求。已建工程的調(diào)度規(guī)程需要作相應(yīng)的必要調(diào)整，以保障水利基礎(chǔ)設(shè)施安全和洪水資源化利用。氣候變化使長江上游地區(qū)年來水量增加，將可能導(dǎo)致洪澇干旱發(fā)生頻率增加。強降水使得庫區(qū)突發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害概率增大；枯水期干旱影響水庫的蓄水、發(fā)電、航運等功能發(fā)揮，給三峽水利樞紐的調(diào)度運行帶來嚴峻考驗。氣候變化對水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響，進一步影響調(diào)水工程生態(tài)供水分配，迫使調(diào)水工程調(diào)度也需要相應(yīng)調(diào)整。

氣候變化影響水利基礎(chǔ)設(shè)施安全的典型案例

1.極端強降水事件誘發(fā)的漫頂與潰壩

受氣候變化影響，近年來全球范圍內(nèi)的漫壩（堤）和潰壩（堤）事故仍時有發(fā)生，極端強降水事件已成為各國面臨的共同挑戰(zhàn)。

（1）近5年國外潰壩事故

2019年以來，影響較大的國外潰壩事故統(tǒng)計列于下表?？梢园l(fā)現(xiàn)，近年來潰壩呈現(xiàn)以下特點：暴雨洪水是漫頂潰決的主因，工程質(zhì)量導(dǎo)致的潰壩問題突出，維修養(yǎng)護和調(diào)度運行不當是重要誘因

在氣候變暖的驅(qū)動下，冰湖潰決風(fēng)險不斷加劇。近年來，喜馬拉雅山冰川迅速消融，南洛納克冰川在1962—2008年期間退縮了1.9～2km，在接下來的11年里又退縮了400m。南洛納克冰川的融化以及鄰近的北洛納克和主洛納克冰川的額外融水，使得南洛納克冰川湖的水量迅速增加。2023年10月3日，印度錫金邦強降水，4日，南洛納克冰川湖潰決，引發(fā)山洪泥石流沖入提斯塔河，導(dǎo)致下游提斯塔Ⅲ級水電站垮壩、Ⅴ級水電站漫頂潰決。事件造成18人死亡、逾150人失蹤，15座橋梁被沖垮，2.2萬人受災(zāi)，生命財產(chǎn)損失嚴重。類似的，2021年2月，印度北阿坎德邦查莫利地區(qū)在建的里希甘加水電站，因附近冰川滑落，造成漫頂潰決，導(dǎo)致18人死亡、超過200人失蹤。

近5年國外16起嚴重潰壩事故

（2）近年來中國潰壩事故

2021年內(nèi)蒙古永安水庫、新發(fā)水庫和2018年新疆射月溝水庫因極端暴雨事件導(dǎo)致漫頂潰壩事故。

永安水庫、新發(fā)水庫位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市，多年平均年降雨量398mm。2021年7月17日8時至18日14時，當?shù)卦庥霰┯甑酱蟊┯辏塾嬅嫫骄炅?7mm，最大點雨量223mm，暴雨形成超標準洪水，超出上游永安水庫、下游新發(fā)水庫兩座水庫的泄洪能力，18日13時、15時兩座水庫大壩相繼漫頂潰決，險情發(fā)生前下游群眾已全部轉(zhuǎn)移，無人員傷亡。永安水庫為?。?）型，總庫容800萬m3，設(shè)計、校核洪水標準分別為50年一遇、500年一遇，大壩為混合土質(zhì)壩，溢洪道最大泄量295m/s；500年一遇校核洪水標準洪峰流量為362m3/s，遭受極端暴雨反推的入庫洪峰流量為1060m3/s，重現(xiàn)期約為1000年一遇，遠大于最大泄流能力578.70m3/s；洪水漫頂時在溢洪道與土壩接觸部位形成潰口，潰口逐漸擴大、下切最終導(dǎo)致壩體潰決。新發(fā)水庫為中型水庫，總庫容3808萬m3，設(shè)計、校核洪水標準分別為50年一遇、300年一遇，大壩為黏土均質(zhì)壩，溢洪道最大泄量474m3/s；300年一遇校核洪水標準洪峰流量722m3/s，遭受極端暴雨反推入庫洪峰流量為2710m3/s，重現(xiàn)期約為2000年一遇，實際入庫洪峰流量比校核工況下洪峰流量大3倍，洪水漫頂沖刷下游壩坡導(dǎo)致大壩潰決。

新疆射月溝水庫總庫容680萬m3，為瀝青心墻砂礫石壩，高41m，校核洪水標準為300年一遇。2018年7月31日1時至13時，射月溝流域發(fā)生特大暴雨，小堡、射月溝、秦城3個氣象站12h的降水強度分別為116mm、105mm、79mm，均打破了當?shù)氐臉O值紀錄，入庫洪峰流量達到1848m3/s，實際入庫流量超1000年一遇，導(dǎo)致洪水漫頂水庫潰壩。

2.氣候變化導(dǎo)致水利基礎(chǔ)設(shè)施嚴重受損

氣候變化誘發(fā)的極端天氣事件導(dǎo)致水利基礎(chǔ)設(shè)施嚴重受損。2014年，河南遭遇63年來最嚴重夏旱，白龜山水庫黏土鋪蓋、昭平臺水庫黏土斜墻產(chǎn)生大量干縮裂縫。以白龜山水庫為例，2014年5月底，白龜山水庫庫水位接近死水位，6月底動用死庫容應(yīng)急供水，7月底黏土鋪蓋裸露，出現(xiàn)大范圍干縮裂縫，裂縫寬度達3cm，深度超過1m。為保障大壩安全，采取了灌漿、開挖回填、土工膜覆蓋與保濕等處置措施，防止黏土鋪蓋防滲體系在旱澇急轉(zhuǎn)工況下發(fā)生破壞。

3.水利基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度運行受到影響

氣候變化還影響著水利基礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)度運行。長江流域2022年6月入汛后，出現(xiàn)了自1961年有完整氣象水文觀測記錄以來最嚴重的氣象水文干旱。7—10月，降水極少同時伴有高溫，流域上中下游同枯，長江流域累計面雨量只有291mm，僅為30年同期均值的61%，為1961年以來歷史同期最少，尤其是處于主汛期的8月，流域降水量僅61.2mm，較30年同期均值偏少五成多。同時，多站平均氣溫及高溫日數(shù)均為1961年以來歷史同期之最，其中重慶北碚出現(xiàn)45℃高溫，日最高氣溫達40℃以上的高溫日數(shù)達29天。長江中下游干流主要水文站及洞庭湖、鄱陽湖兩湖出口控制站8月最低水位較歷史同期最小值偏低0.9～2.1m。極端干旱不僅影響了城鄉(xiāng)供水和作物灌溉，還影響到水力發(fā)電、航運等，對流域工程調(diào)度提出了更高要求。通過優(yōu)化調(diào)度三峽水庫和支流雅礱江、嘉陵江、烏江控制性梯級水庫等多種手段，一定程度上緩解了用水壓力。

水利基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)氣候變化的應(yīng)對策略

氣候變化給全球不同地區(qū)帶來了極端降雨、低溫凍害、極端高溫和干旱等極端天氣事件，“減緩氣候變化”和“提升工程適應(yīng)性應(yīng)對”是保障水利工程基礎(chǔ)設(shè)施兩個主要的應(yīng)對策略前者是長期而艱巨的任務(wù)，后者是目前更為現(xiàn)實和直接的重要手段，主要是加強氣候適應(yīng)性和工程韌性能力建設(shè)，提升應(yīng)對極端天氣事件的災(zāi)前適應(yīng)力、災(zāi)中抵御力和災(zāi)后恢復(fù)力。

1.制定適應(yīng)氣候變化的政策與制度

考慮未來氣候變化背景下水利工程安全與運行管理，開展氣候變化風(fēng)險評估，建立氣候變化情景分析和影響評價模型，加強影響分析和適應(yīng)性政策與對策研究，科學(xué)防范氣候變化帶來的風(fēng)險，提高適應(yīng)和應(yīng)對氣候變化的能力。如英國和日本基于預(yù)估數(shù)據(jù)，分析了未來氣候變化帶來的降雨變化以及引起的洪水變化，制定了基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)性政策。

面對氣候變化長期性、復(fù)雜性等特點，需充分考慮氣候變化引發(fā)極端天氣事件和防洪形勢變化對水利工程安全帶來的影響，科學(xué)提高洪水防御工程標準，提高風(fēng)險防控能力，有效應(yīng)對超標準洪水威脅，編制水利基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)氣候變化行動方案，加快制定相關(guān)政策、制度和技術(shù)體系，進一步提升水利基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對氣候變化的韌性和能力。

2.強化水利工程管理體系和管理能力現(xiàn)代化建設(shè)

加快構(gòu)建現(xiàn)代化水庫運行管理矩陣，結(jié)合數(shù)字孿生水利工程建設(shè)、智能大壩建設(shè)等發(fā)展新要求，著力提升工程全生命周期管理精準化、信息化、現(xiàn)代化水平。加快構(gòu)建“天空地水工”一體化水利基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測體系，提高病險監(jiān)測、監(jiān)控診斷、風(fēng)險預(yù)警能力，加快建成國家水庫大壩安全監(jiān)測監(jiān)督平臺，提升水利基礎(chǔ)設(shè)施安全智能監(jiān)控能力。加強水網(wǎng)工程與流域、城市防洪排澇調(diào)控結(jié)合，優(yōu)化各級水網(wǎng)及大型控制性水庫群多目標聯(lián)合調(diào)度。

針對氣候變化對水利工程帶來的不利影響，提升工程全生命周期適應(yīng)能力與應(yīng)急管理能力，提高工程應(yīng)急預(yù)案的科學(xué)性和可操作性，并根據(jù)運行環(huán)境變化適時進行更新，確保應(yīng)急預(yù)案能科學(xué)指導(dǎo)突發(fā)事件應(yīng)急處置。完善水庫大壩風(fēng)險區(qū)規(guī)劃與相關(guān)標準，提升突發(fā)事件應(yīng)急管理能力和水平。開展水利工程應(yīng)急能力建設(shè)和實戰(zhàn)演練，加強裝備配置，健全多部門協(xié)同聯(lián)動機制，增強公眾風(fēng)險意識與應(yīng)急自救互救能力，提升應(yīng)對突發(fā)氣象事件對工程安全影響的應(yīng)急處置能力。

3.采取適應(yīng)性的工程措施

針對氣候變化影響下水利工程安全運行新形勢新要求，應(yīng)充分評估極端天氣事件和海平面上升等影響，采取適應(yīng)性的工程安全管理措施，提高工程韌性。如復(fù)核變化環(huán)境下的設(shè)計洪水，合理提高水庫防洪保障能力和工程標準，加高加固現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施，在此基礎(chǔ)上相應(yīng)動態(tài)設(shè)定起調(diào)水位，利用漫頂防護技術(shù)等提高自身防御能力，提升工程防洪能力和設(shè)計標準。

遵循水利工程病險發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，將除險加固作為安全管理的經(jīng)常性工作，健全水利工程運行維護與除險加固長效機制，完善工程病險標準和安全管理標準。根據(jù)水利工程運行環(huán)境和功能變化，調(diào)整管理模式和安全管理標準，全面提升水利工程規(guī)范化、標準化和現(xiàn)代化水平。針對病險水利工程、中小河流暴雨洪水、山洪災(zāi)害等突出風(fēng)險點，及時消除風(fēng)險隱患，提高工程應(yīng)對洪澇災(zāi)害能力。針對已建在建工程，提出不同場景下的水庫放空能力要求，加強應(yīng)對水庫大壩突發(fā)事件的應(yīng)急避險設(shè)施建設(shè)，特別是合理設(shè)置高壩大庫安全高效的應(yīng)急放空設(shè)施，適應(yīng)緊急情況下放空需求。

4.強化基于風(fēng)險理念的工程安全評估和運行管理

統(tǒng)籌考慮工程安全、公共安全、生態(tài)安全，科學(xué)制定與系統(tǒng)安全理念相適應(yīng)的水利工程風(fēng)險確定方法和運行管理制度，加快構(gòu)建基于風(fēng)險理念的工程安全技術(shù)標準體系，分類推進重大工程風(fēng)險評估和風(fēng)險等級劃分，加強風(fēng)險動態(tài)管控。借鑒國際經(jīng)驗，按照工程風(fēng)險等級確定安全運行管理模式，實現(xiàn)工程差別化管理。研究多風(fēng)險計算的理論方法，收集與分析極端天氣事件災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)，提出極端天氣事件的定量分析方法，構(gòu)建易損性模型，實施重大基礎(chǔ)設(shè)施與氣候變化風(fēng)險區(qū)劃，因地制宜，分類施策，形成“實時監(jiān)測—信息傳遞—風(fēng)險評估—動態(tài)調(diào)度—效果分析”全鏈條風(fēng)險管理體系。

科學(xué)編制并根據(jù)氣候變化影響優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案，通過智能仿生算法等優(yōu)化避洪轉(zhuǎn)移路線，提升水利工程超標準洪水防御預(yù)案和防洪搶險應(yīng)急預(yù)案的可操作性和有效性，實現(xiàn)預(yù)報精準化、預(yù)警提前化、預(yù)演數(shù)字化、預(yù)案科學(xué)化。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術(shù)，加強重大基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測與氣候變化影響風(fēng)險預(yù)警，有效監(jiān)控薄弱環(huán)節(jié)和各類風(fēng)險點，動態(tài)評估風(fēng)險等級與強度。

5.夯實水利工程安全保障科技支撐

加強氣候變化對水利基礎(chǔ)設(shè)施安全影響的基礎(chǔ)理論研究。開展變化環(huán)境下工程水文計算理論研究，全面復(fù)核水庫大壩等重要水利工程設(shè)計洪水，提高設(shè)計洪水的可靠性，降低發(fā)生超標準洪水的風(fēng)險。研究揭示高溫、極端暴雨、旱澇急轉(zhuǎn)等各類極端天氣事件對水利基礎(chǔ)設(shè)施安全的影響機制。明晰氣候變化背景下災(zāi)害鏈生機理，識別極端天氣事件引發(fā)的鏈生災(zāi)害路徑。針對極端災(zāi)害事件信息高度缺失、時滯和失真特點，研究判斷極端災(zāi)害狀態(tài)、演化趨勢等風(fēng)險預(yù)測理論方法。

加強應(yīng)對氣候變化工程安全關(guān)鍵技術(shù)研究。強化精準預(yù)報、提前預(yù)警、數(shù)字預(yù)演、科學(xué)預(yù)案“四預(yù)”能力研究。研究高壩大庫潰決、梯級水庫群潰壩洪水演進和預(yù)測預(yù)報等關(guān)鍵技術(shù)，以及冰磧堰塞湖、滑坡、泥石流、山洪等鏈式災(zāi)害形成過程，多災(zāi)害綜合風(fēng)險因子識別和監(jiān)測預(yù)報預(yù)警等成套技術(shù)，構(gòu)建綜合防治減災(zāi)技術(shù)體系。加強水網(wǎng)工程群的聯(lián)合調(diào)度研究，發(fā)揮水網(wǎng)工程體系整體優(yōu)勢，提升工程防洪安全保障能力。根據(jù)目標性能標準和關(guān)鍵節(jié)點來提升工程韌性，增強抗災(zāi)能力和災(zāi)后恢復(fù)力，為應(yīng)對氣候變化決策提供技術(shù)支撐。

研發(fā)應(yīng)對氣候變化的工程新材料新裝備。研發(fā)適應(yīng)氣候變化的高強度、抗裂性和耐久性等高性能混凝土，提高水工結(jié)構(gòu)耐受風(fēng)暴潮、高溫、冰凍等極端天氣事件能力。研發(fā)水利工程位移形變、滲流滲壓、應(yīng)力應(yīng)變等智能監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備，以及工程智能巡檢系統(tǒng)，提升工程安全風(fēng)險監(jiān)測時效和精度。研發(fā)深水、深埋等復(fù)雜條件下工程隱患精準探測新技術(shù)及裝備，研發(fā)隱蔽工程、接觸滲漏、深水缺陷等復(fù)雜險情應(yīng)急處置技術(shù)、材料、裝備和施工工藝，提升隱患早期精準識別與工程安全保障能力。研發(fā)土石堤壩抵御洪水漫頂?shù)男滦筒牧虾脱b備，提高洪水漫頂保壩能力。

6.加快相關(guān)技術(shù)標準的制修訂

面向氣候變化條件下水利工程安全保障的重大需求，圍繞水利工程高質(zhì)量發(fā)展和高水平安全新形勢新要求，統(tǒng)籌物理工程與數(shù)字孿生工程，系統(tǒng)梳理相關(guān)技術(shù)標準需求，完善水利技術(shù)標準體系。根據(jù)氣候變化可能的影響，加快標準迭代更新，推進標準研制與科技創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展，健全與氣候變化背景下水利工程安全韌性目標要求相適應(yīng)的技術(shù)標準體系，充分發(fā)揮標準在水利工程應(yīng)對氣候變化影響中的引領(lǐng)支撐作用。

結(jié)語與展望

全球變暖、極端天氣事件增多增強、海平面上升在科學(xué)界取得了普遍性的共識。氣候變化對水利基礎(chǔ)設(shè)施安全影響顯著，包括影響工程設(shè)計標準、工程材料耐久性能和結(jié)構(gòu)安全、運行安全等。

面對不斷變化的氣候條件，制定適應(yīng)性政策、制度和技術(shù)體系，建立氣候變化情景分析模型，提升水利工程防洪能力，提升工程應(yīng)急支撐與保障能力，健全工程維修養(yǎng)護長效機制，通過工程和非工程措施提高工程冗余度、可靠性和快速恢復(fù)能力，提升工程安全韌性和適應(yīng)能力。

強化數(shù)智賦能，推進現(xiàn)代化水庫運行管理矩陣、智能大壩建設(shè)，加快構(gòu)建雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”和“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系，實現(xiàn)精準預(yù)報、提前預(yù)警、數(shù)字預(yù)演、科學(xué)預(yù)案，有效提升水利工程應(yīng)對氣候變化不利影響的運行管理精細化、信息化、現(xiàn)代化水平。

分類推進基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、儀器設(shè)備等科技攻關(guān)，研究氣候變化背景下工程災(zāi)害鏈生機理，研發(fā)工程智能監(jiān)測、隱患探測儀器設(shè)備，強化水網(wǎng)工程洪澇災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警能力，提升水利工程基礎(chǔ)設(shè)施安全科技支撐保障能力。

面向水利工程安全保障重大需求，考慮氣候變化情景，推進標準研制與科技創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展，加快標準迭代更新，進一步突出技術(shù)標準對規(guī)劃設(shè)計、智能監(jiān)測、雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”等工程安全的牽引和支撐作用。

加強全球氣候治理合作，共同應(yīng)對挑戰(zhàn)，積極借鑒和分享國際間水利基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對氣候變化的有效實踐經(jīng)驗。開展水利基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)急預(yù)案的宣傳教育，提高公眾對氣候變化及其對工程安全影響的認識。

Abstract: Under the influence of global climate change, extreme weather events occur frequently, which have great impact on the safety and operational management of water projects and infrastructures. The trend of global climate change and its impact on the safety of water infrastructures are briefly introduced. For example, design standards may no longer meet the requirements of safe operation, leading to a series of disasters, and risks of failure of seawall or estuarine sluice, extreme temperature that affects material performance and structural safety, seawater erosion that shortens the service life of estuarine and coastal water infrastructures, northward migration of termites that results in seepage of embankments in the north, increases frequency of damage of water facilities, and difficulties for water structure regulation and scheduling. Typical cases home and abroad were examined including accidents and failure, emergency response, and severe damage under the impact of climate change. Based on the above, response measures were proposed, such as formulating policies and systems to adapt to climate change, modernization of water project management system and capabilities, talking adaptive engineering measures, strengthening safety assessment and operation management based on risk concept, scientific and technological support and formulation and revision of relevant technical standards. These measures may provide experiences for building adaptability of water infrastructures to climate change, and enhancing pre-disaster adaptability, resilience, and post-disaster recovery to extreme weather events.

Keywords: climate change; water infrastructures; project safety; response measures; extreme weather events

本文引用格式：

高長勝，胡江.氣候變化對我國水利基礎(chǔ)設(shè)施安全影響及應(yīng)對建議[J].中國水利，2024（24）：60-67.

封面攝影｜段萬卿

責(zé)編李盧祎

校對李博遠

審核王慧

監(jiān)制軒瑋

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