荷兰沿海及莱茵河三角洲区域洪水风险管理的近期发展

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1、1荷兰沿海及莱茵河三角洲区域洪水风险管理的近期发展荷兰沿海及莱茵河三角洲区域洪水风险管理的近期发展黄波1 马广州21山东黄河勘测设计研究院2黄河水利出版社摘要摘要: 在 1953 年由海洋风暴引发的灾难性洪水和 1995 年发生的莱茵河洪水之后，荷兰在沿海及 沿莱茵河区域均实施了大规模的堤防建设和堤防加固工程。洪水安全防御标准目前已经达到从东 部的 1/1250 到沿海的 1/4000 和 1/10000。然而随着将来天气变化的不确定性，着眼未来，荷兰对 于洪水风险管理策略的争论变得更加广泛和激烈。近期对莱茵河未来洪水流量的估测显示，设计 流量预计将从 20 世纪 90 年代的 15,000

2、m3/s 增大到 2100 年的 16,800（最小）或 18,000m3/s（最 大） 。另外，在下游三角洲区域，海平面上升可能对洪水下泄产生阻碍，预计到 2100 年海平面将 上升 0.2 到 1.1m，而且在三角洲及冲积平原由于泥炭土层的压缩和氧化将最终导致大面积的地面 沉降。 传统的大堤加高及加固措施在防洪方面是非常有效的，但是随着将来的社会发展，相对于洪水 安全，人们对空间功能的需求可能越来越多，例如景观、环境、生态、居住、工业等等。鉴于这 些因素，传统的大堤加固方式将引起社会越来越多的反对，这就要求在洪水风险管理方面需要策 略上的转变，即采取综合性的河流管理和海岸区域空间规划。关键

3、词关键词：近期发展 洪水风险管理 莱茵河三角洲 荷兰沿海1.背景介绍背景介绍 1953 年的海暴潮是荷兰历史上最大的自然灾害之一，死亡人数 1853 人，是荷兰历史上一个史 无前例的数字，令人警醒、牢记。在此次海暴潮中发生在 Hoek van Holland 的洪水水位是目前三 角洲北部的标准防洪水位，高于平均海平面 3.85m 是曾经出现过的最高水位，比历史记载中 1894 年的最高水位 3.28m 还高出 0.57m。 灾难发生之后，荷兰开始了大规模的堤防建设，其中的三角洲工程将沿海所有的出海口进行封 闭，而且沿着海岸及河流下游区域所有防洪工程均进行了史无前例的加固，使得该区域的防洪水 平

4、第一次达到了设计标准。在荷兰地中心区防洪工程达到了抵御 10,000 年一遇风暴的防御标准。 随后在 1993 和 1995 年，莱茵河水位暴涨，荷兰经历了一段惊魂未定的时期，河水流量在 Lobith 达到了 12,000m3/s，在记载中只有在 1926 年（12,600m3/s）莱茵河水超过了此流量。在洪 水期间，由于大堤稳定无法得到保障，超过 240,000 人被迫从多个迂田进行撤离，幸运的是大堤 没有决口。 此后，从 1995 年开始实施工程性措施，一项被称作“三角洲大河计划”的紧急法案获得议会 通过，该法案要求所有沿河大堤的加固必须在 2000 年前完成。基于此，所有沿河大堤很快按照

5、 1250 年一遇的防洪标准进行了加固。目前，沿河地区可以在河水流量在 Lobith 达到 15,000m3/s 时 得到有效保护。 1995 年的莱茵河洪水之后，联系到将来天气变化的因素，在荷兰关于洪水控制策略的讨论愈 加广泛和激烈。近期对莱茵河未来洪水流量的估测显示，设计流量预计将从 20 世纪 90 年代的 15,000 m3/s 增大到 2100 年的 16,800（最小）到 18,000m3/s（最大） 。另外，在下游三角洲区域， 海平面上升可能对洪水下泄产生阻碍，预计到 2100 年海平面将上升 0.2 到 1.1m；另外在三角洲及 冲积平原由于泥炭土层的压缩和氧化将最终导致大面积

6、的地面沉降，在荷兰过去 1000 年的排水过 程中地面沉降过程一直保持持续和加快。2总之，由于洪峰流量的增大和海平面的上升河流设计水位可能会升高，然而在被保护区域由于 人口增加和经济发展其脆弱性也在增大，而且土地下沉会使形势更加恶化。这就要求在洪水风险 管理方面需要策略上的转变，即采取综合性河流管理和海岸区域空间规划。本文首先对当前莱茵 河沿岸及海岸的情况进行简单介绍，然后对当前在洪水风险管理方面存在的问题进行分析，最后 提出相应的解决措施。2.洪水风险问题洪水风险问题2.1 莱茵河水流量增大莱茵河水流量增大 由于全球气候变暖，莱茵河流域的降水方式也将会发生改变。预计莱茵河将从目前的以雨水和

7、冰雪融水为水源逐渐转变为以雨水为主的河流，冬季流量大而夏季流量小。由于冬季降雨量的增 加将导致莱茵河冬季流量的增大，而夏季流量则由于冰雪融水量的减少和蒸发量的显著增加而减 小，在夏季水蒸发量的增加会超过平均降雨量的微弱增长对河流流量的影响。月平均流量月平均流量（m3/s） 月平均流量月平均流量（m3/s）马斯河 2100 年预期流量 莱茵河 2100 年预期流量 四种预测天气变化的河流预期流量上表显示在所有天气变化预测方案中（低、中、高降水、干旱） ，相对于目前的流量，预期冬 季河水流量将增加，而夏季流量将减小。2050年设计流量预测值（左：莱茵河 右：马斯河）在荷兰防洪法中设计流量被作为法定

8、安全标准的基础，代表所能防御的最大流量。在莱茵 河/马斯河地区，设计流量是基于一个流量值，其平均每 1250 年出现一次。在法律条款中，它是 在不发生洪水的情况下河流所必须能排泄的最大流量值，大堤、滩区、主河槽以及相关因素均由3该流量确定。随着在 1993 和 1995 年莱茵河/马斯河出现的高水位，莱茵河的设计流量从 15,000m3/s 调整到 16,000m3/s。这次调整的直接原因就是当前的形势无法满足法定的安全标准。 根据气候变化的预测方案，在 2050 年莱茵河和马斯河的设计流量都将增大：莱茵河约增长 3- 10%，马斯河约增长 5-20%。这就意味着如果要确保达到法定的安全标准，

9、采取一些其它辅助措 施是很有必要的。2.2 海平面上升海平面上升 预期到 2100 年，在荷兰沿海因气候变化将导致海平面相对于目前地面高程上升 20-110cm。该 预测是基于地面沉降值为每百年 10cm，并且同时考虑上个冰川纪对地面沉降的后续影响（NAP 荷兰标准海平面高程也受其影响）以及由于泥炭和粘土层沉积造成的地面下沉平均值。然而，在 不同地区可能发生明显不同的地面沉降。要知道在海水温度变暖和气温升高之间有一个相当大的 时间滞后期，这就意味着如果由于废气排放的减少导致大气平均温度的升高受到限制，则海平面 的上升只能是几个世纪以后的结果。 预期海平面上升的后果之一就是需要向海岸滩地增加大量

10、的沙以补充目前正在发生的沙的流失， 以保持当前的安全标准。对海岸系统来说，沙的补充可以确保海岸、河口及 Wadden 海与海平面 上升保持同步。在将来，需要更宽、更坚固的大堤来抵消因海平面上升造成的海水压力的增加。 在将来的 50 年，海岸管理的附加成本预计不超过 GDP 的 0.13%，但随着 2050 年之后海平面 的进一步上升，海岸管理的成本可能会远远超过当前的费用水平。除了海平面上升的影响，洪水 水位还很大程度上取决于发生于北海的风暴，然而，风暴的频率和强度在将来如何变化依然未知。2.3 地面沉降加快地面沉降加快 除了气候变化和地壳运动引起的地面沉降，荷兰还面临泥炭土层地区的沉降问题，

11、从中世纪起 在泥炭土层区域的沉降已达 2-3m。该沉降与泥炭的随水外排密切相关，同时其自身萎缩以及氧化 并以 CO2进入大气，沉降值最大可达每年 1cm，这依赖于水位的变化。如果按照这样的速度，到 2050 年沉降值将达到 0.5m。如果地面沉降持续下去，对于含有深厚泥炭土层的地区，尤其是荷兰 西部含有厚达 12m 的泥炭土层，从长期来看，洪水影响、地表水盐化问题会加剧，水管理的难度 也会加大。在其他几个地区（如在荷兰东北部 Slochteren 附近）油气开采也会引起地面沉降，预 计在此地区会产生额外 60cm 的沉降。温度的上升、夏季变长、干湿状况的巨大差别很可能会导 致泥炭土层氧化的加快

12、，反过来会加速地面的沉降。 由于泥炭土层的变化和水管理的差异地面沉降的速率在各地是一样的。例如，农业区需要相对 深的排水水位而在属于泥炭土层的市区则需要相对高的地下水位以防止木桩基础的腐化。因此， 在属于泥炭土层的地区，水管里系统变得愈加难以统一，土壤盐份的渗出加剧（对农业有害） ，而 且道路及建筑物的下沉也造成诸多破坏。因此，各个省份（尤其在荷兰西部）采取了一些相应的 措施，然而，这些地区只占泥炭土总面积的 4。2.4 海暴潮危害海暴潮危害 从 1962 年起海洋风暴的数量在逐渐减小，下图显示了荷兰在过去 41 年 700 次大型风暴的分布 情况。这些风暴的风速取决于在荷兰所处的位置，一般超

13、过 11-16m/s，按蒲福氏风级这相当于 6-7 级的风力。另外，即使只考虑 300 或 500 次巨型风暴，分布图也没有变化：风暴的数量依然在减 少。至于数量的减少与温度上升之间在多大程度上存在关联依然无法确定。 在荷兰天气变化对风暴形式影响的不确定性意味着对风暴型洪水的可能性变化还没有足够的认 识。当前，通过大型的模型研究显示“超级风暴”发生的概率依然存在，其可能的风速会远远超 过荷兰在 20 世纪所经历的风暴。因此，为了认识其潜在的过程，有必要通过更精确的模型进行进4一步研究。风暴次数风暴次数/年年荷兰 700 次大型风暴分布图（19622002）3.洪水风险管理措施洪水风险管理措施3

14、.1 还河流更大空间还河流更大空间 沿莱茵河分支河流采取滞洪措施沿莱茵河分支河流采取滞洪措施 滞洪就是削减一段洪峰并将削减的水量暂时储存于一片被大堤围成的区域，一旦险情过去就将 蓄存的水量再次排除，这样，滞洪区就限制了排向莱茵河下游分支（一个或多个）河流的洪峰流 量。这也就意味着如果要充分发挥滞洪区的功能，滞洪区就应该尽可能位于上游区域，对荷兰来 说就是应该尽可能在 Lobith（莱茵河流入荷兰的第一个小镇）附近。 滞洪区的概念也可以这样理解：目前的设计流量 15,000 m3/s 与预期设计流量 16,000 m3/s 之间 的差值为 1000 m3/s，如果通过滞洪的方法来避免进一步加高大

15、堤，那么这 1000m3/s 的水量就必须 引入滞洪区，所需要的总蓄水量由洪峰水位与设计水位之间的差值来确定（特别是洪峰的持续时 间） 。通过这种方法就可以计算究竟有多少水量需要暂时蓄存于一个还是多个被大堤围成的区域。对于上面所提及的 1,000m3/s 的流量，如果洪峰以均值持续几天，那么需要蓄存 1.7 至 2 亿立 方米的水量。如果以平均 5 m 的水深，则需要 3,500 至 4,000 公顷的土地面积，这样的水深在 Boven-Rijn 和 Waal 河段是可以达到的，但是沿着 Neder-Rijn 和 Ijseel 河段实际水深要相对更浅。 滞洪区域所处位置愈高，则蓄水深度就愈浅，

16、所需的蓄水面积也就愈大。增大莱茵河分支河流泄洪流量增大莱茵河分支河流泄洪流量5相比于滞洪措施，两者最大的不同在于滞洪是减少泄水量，而增大河流泄洪容量则是在保持同 样流量的情况下降低洪水水位。如果蓄水能够保持尽可能长的时间，对滞洪区下游地区或在上游 较短的区域是有益的，而增大泄洪容量则对实施河段的上游地区有益，原因就是由河道缩窄、河 道障碍或较大河道糙率造成的壅水效应被大大减小或河道断面被增大。增大河流泄水容量的措施 必须首先在下游进行实施，随后在上游方向采取相应的措施。 在增大泄水流量方面有很多措施，我们可以将它们主要分成三类： 针对主河槽（小流量河槽）采取的措施； 针对滩区采取的措施； 在大堤以外采取的措施（如大堤后移） 在每类措施当中都有如下一些具体的方法和措施。降低主槽河床 通过计算显示采用疏浚降低河床可以在 50km 范围内降低 20 到 30cm 的水位。降低丁坝 通过降低丁坝高度可以使更大水流通过丁坝而使主槽流量减小，这样能减少或推迟水流对主 槽的侵蚀。丁坝降低对减少一些对主槽