北方城市罕见暴雨:郑州的容灾能力

在极端天气渐显频繁之际,河南 7・20 前后的一系列大雨,已经很难让人用「洪」或「涝」来界定

2021 年 7 月 20 日的一场特大暴雨,让一个拥有 1200 万人口的省会城市几乎陷于瘫痪。地处中原的郑州,干旱缺水一直是常态,而郑州人民关于洪水的记忆和经验,很长一段时间都是来自黄河。但随着黄河治理系列工程的实施,黄河水很少再困扰郑州,人们才发现,水的灾害也可能来自城市内部。 在极端天气渐显频繁之际,河南 7・20 前后的一系列大雨,已经很难让人用「洪」(外来「客水」造成)或「涝」(本地雨水导致)来界定——它已经颠覆了人们对城市内涝问题的认知。郑州在某种程度上,是一座「被火车拉来的城市」,它几十年内的快速发展,得益于地处陇海线与京广线这两个铁路大动脉的交汇处。它像国内很多城市一样,城市的工程建设能力越来越强,只可惜防洪标准依然不高。 这座北方城市经历的罕见暴雨,实际上是向我们所有城市的容灾能力提出问题。城市容纳灾害的能力,在表面上看来虽然不创造经济价值,但处理不好却可能给一个城市带来巨大灾难。

暴雨袭城

一个搞了近 40 年防洪的人,头一回自己遭了灾。7 月 24 日中午,李勇去机场之前,还在忙着给保险公司的人打电话,问对方能不能派拖车把自己在小区地库里的车给拖出来。那是一辆泡了水的福特牌轿车,是李勇 6 年前买的。地库里的水现在已经退了,他想,兴许这台车还能再抢救一下。但保险公司的人在电话那头斩钉截铁地说道:「反正是已经报废了,你等着就行了。这两天车太多了,拖不过来。」

7 月 20 日,李勇的车在小区地库里被淹时,他正在北京参加黄河「十四五防洪工程可行性研究报告」审查会。他是黄河水利科学研究院(简称黄科院)的副总工程师。黄河水利科学研究院是黄委会(全称为水利部黄河水利委员会)下属的科研单位,创建于 1950 年 10 月,位于郑州城北的金水区。

1984 年被分配到黄科院后,李勇在郑州已经生活了 27 年,他们一家就住在金水区的一个小区内,那里离郑州以前的地标性建筑紫荆山百货大楼很近,旁边是人民广场和紫荆山公园,金水河从附近流过。那一带是政府机关的聚集地,离郑州火车站和这次出事的地铁五号线海滩寺站及京广路隧道都不算远。在这次郑州暴雨中,金水区可能是城内被淹最严重的辖区,李勇家所在的小区自然也难以幸免。所幸的是,他家只是地库里的车报废了,没有人员伤亡。

在北京被困了 4 天后,李勇 24 号终于买到了回去的航班,为了保险起见,他还订了一张高铁票。他回忆说,7 月 20 日从郑州来北京的时候,郑州已经断断续续下了几天的雨,但他没有想到,这场大雨竟然最后会演变成一场如此可怕的灾难。20 号傍晚,从手机里看到郑州的受灾情况后,李勇就开始想办法回去。在接下来的几天里,他订了 4 次高铁票,最后都被退票,航班也进不去,然后是断水、断电、断网——郑州仿佛一夜之间变成一座孤岛。

雨到底是怎么下起来的,亲历者事后的回忆大都有些模糊不清。有人说这场雨是从 16 号开始下的,有人记得是 17 号,还有人说是 19 号才下起来,而具体到 20 号当天,雨势是如何变化的,在什么时间增大,大到了什么程度,普通人也很难说清楚。因为即使在被认为缺水的郑州,下雨也实在是一种太平常的事情了。有人喜欢雨天,有人讨厌它——每个人对大雨的记忆都有主观差异。

但一场暴雨造成这么大的灾难后,对这场雨的记忆不应该再是一笔糊涂账了。我们梳理了郑州市气象部门的公开记录,发现从 7 月 14 日开始,郑州市内和下辖的区县就开始出现雷电和局地降雨天气,而且降雨时间大多集中在下午到夜间时分。

此后,气象部门每天都针对一些特定区域发布过较低级别的预警信号。这场暴雨的真面目显现大概是在 18 号,从这天白天到 19 号,郑州市区的累计降雨量先突破 50 毫米,再到 100 毫米,气象部门开始密集发布暴雨黄色预警信号,到了 19 日晚上 9 点 59 分,暴雨预警信号升级为最高等级——红色预警。

19 号这天,陈真的行程就因为下雨被取消了。她在郑东新区的一个政府部门工作,原本单位组织 19 号这天去郑州市西边的巩义市参加一个红色主题的实践活动。「景区和租赁公司都联系好了,结果 18 日下午 5 点多给景区打电话的时候,对方说还在开会,快 6 点的时候回复说,因为第二天可能下大雨,存在安全隐患,需要临时闭馆,所以我们的行程被临时取消。」陈真应该庆幸,如果那天的计划没有被取消,她很有可能也会被困在巩义。在这一轮暴雨中,巩义也是重灾区之一。

陈真是 2015 年到郑州上学的,毕业后留在郑州工作。「我对郑州的感觉就是缺水,特别干,但前段时间断断续续一直下雨,经常是到了下午五六点就开始刮风下雨,我还跟朋友调侃,郑州感觉像到了南方的梅雨季节。」

郑州东区位于郑州市区的东边,是一片新开发区,规划齐整,有很多企业和机构入驻。陈真就住在郑东新区龙湖中环路附近,离自己上班的地方很近。7 月 20 日这天上午 8 点 20 分左右,她像往常一样骑着电动车出门。从前一天开始,郑州一直在下雨,雨势还不小,所以她早上出发的时候,拿了一把伞。这一天当中,雨几乎没停过。到下午 4 点 30,陈真因临时有任务,从单位大院出来,她记得,那时候外面的雨特别大,雨点砸在地面上,一砸一个坑的感觉,密密麻麻的,风也特别大,她手里的伞都被吹弯了。

陈真和绝大部分郑州市民不知道,在 19 号夜间到 20 号凌晨,郑州市区的一些路段就开始出现积水了。根据河南省消防救援总队的消息,7 月 20 日凌晨 1 点 42 分,在郑州的二七区马寨镇申河村一处桥下低洼处出现了积水,一辆警车和一辆面包车共计 8 人被困车顶,包含一名 1 岁半孩童,康佳路消防救援站用橡皮艇将被困人员护送至安全地带。到 20 号早上 8 点 11 分,郑州经开区 310 国道与机场高速交叉口涵洞桥下出现了深达 2 米的积水,一辆货车车头部分被积水淹没,两人被困车内,是附近消防救援站的救援人员利用安全绳、借助工程车将被困人员救出。

根据气象部门的统计,从 17 日 20 时到 20 日 20 时,郑州 3 天的累计降雨量达 617.1 毫米,而郑州常年平均全年降雨量为 640.8 毫米,这就相当于这 3 天下了以往一年的量。最恐怖的一个小时就发生在陈真下午从单位外出的期间——20 日 16 时–17 时。

在这一个小时内,郑州的小时降雨量达到了 201.9 毫米,这是一个什么概念呢?简单来讲,就是整个郑州的地界落下了约 20 厘米高的水量,还有人做过粗略的计算,这一个小时郑州下的雨接近北京半年的雨量,同时相当于 150 个西湖的水倒在了郑州的土地上。这样的计算不一定完全科学,但说明这场雨的确有极端的一面。

降雨最凶的这一个小时,正是整个城市晚高峰到来前的一个小时。无数的人从自己工作的地方出来,开始踏上回家的路。灾难就发生在他们的归途中。据河南省官方的初步统计,从 7 月 16 日以来,截至 26 日 12 时,此轮强降雨造成河南全省 139 个县(市、区)1464 个乡镇 1144.78 万人受灾,因灾死亡 69 人。另据《郑州日报》的报道,截至 23 日 12 时,郑州市紧急转移安置 395989 人,直接经济损失 655 亿元,暴雨引发的洪涝和次生灾害已导致 51 人遇难,加上 26 日在京广隧道最新发现的 6 名遇难者,这一数字已经上升到了 57 人。

为什么是郑州

这场暴雨让很多人都联想到了 46 年前,同样发生在河南大地的那场特大暴雨。

1975 年 8 月,台风「尼娜」从太平洋上形成后,一路西进,登陆中国大陆后转而北上,直入中原腹地,到了驻马店一带,受到桐柏山、伏牛山组成的喇叭口地形的抬升,在此盘旋,从而造成了历史罕见的强降雨天气。

根据后来的记录,在 1975 年 8 月 4 日至 8 日期间,台风「尼娜」滞留地带共 19410 平方公里的地区内,降雨量超过 400 毫米,京广铁路以西的板桥水库、石漫滩水库到方城一带降雨量大于 1000 毫米。而在暴雨中心河南泌阳林庄,8 月 7 日一天的降雨量即达到 1005.4 毫米,最大 6 小时降雨量更达到 830.1 毫米,超过当时美国宾夕法尼亚州密士港 782 毫米的世界最高纪录。

这场暴雨引发了驻马店境内包括板桥、石漫滩、田岗、竹沟、薄山等大中型水库垮坝,58 座小型水库在短短数小时间相继垮坝溃决,造成河南、安徽省等 29 个县市、1100 多万人受灾,遇难人数至少在 2.6 万以上。

今年河南的降雨强度总体上虽然还没有超过 1975 年,但郑州的小时降雨量(7 月 20 日 16 时–17 时)已经突破了中国大陆小时降雨量的历史极值(1975 年,河南林庄,198.5 毫米)。

从 1975 年的驻马店,到这次的郑州、新乡,还有 2012 年的北京「7・21」大雨,为什么这些极端的降雨天气会发生在这些城市?李勇向我做了一番解释,他说,这些城市基本都处于我国地形的第二级阶梯向第三级阶梯的交接过渡地带,而且在西侧都有弧形山脉环绕。北京是燕山和西山,郑州、新乡一带则是太行山、伏牛山等,当来自海洋的水汽推进至此,受地形阻挡抬升,就会形成降雨,一旦天气系统在此停滞不前,就有可能造成连续的强降雨。

而这种极端暴雨天气的预测并不容易。在「75・8」特大洪水发生后,人们对灾难发生的原因进行了分析,除了当时水库建设规划的不合理,运营不善,管理者防灾意识薄弱以外,还有一个原因被认为是当时的气象预报不准确,从而使人们措手不及。所以「75・8」特大洪水事件发生后,全国的气象专家组织了一场「大会战」,分析了此次暴雨的成因,也由此推动了国内气象学界对我国境内暴雨形成机制、暴雨预报和防御对策的系统研究。

那么,从 1975 年到现在,我们对暴雨——这种听起来习以为常的天气现象已经足够了解了吗?

南京信息工程大学气候与应用前沿研究院院长罗京佳教授向本刊介绍说,暴雨的预报在全世界都是一个难题,目前国内的预报水平相比过去有了很大的提高,但还是远远不够。「从 1975 年到现在为止,河南就发生了两次这样极端的暴雨事件。『75・8』特大暴雨,是因为热带气旋,也就是我们俗称的台风一直从太平洋上深入到河南,并且盘旋在当地,从而造成了那一轮强降雨天气。这次的暴雨,根据网上公开的资料和天气图来看,简单来说,它也是跟西太平洋强气旋有关,在西太平洋上空的两个台风『烟花』和『查帕卡』,使得太平洋上的水汽可以一直源源不断地输送到内陆地区,造成暴雨天气。」

「对比这两次的暴雨天气事件,你能发现,它的形成原因是不太一样的。前者是台风直接登陆形成降雨,后者更为复杂,既有季风的作用,也有海上台风系统的辅助影响。而正是因为这种极端暴雨事件的案例少,每次形成的原因不太一样,这就使得我们从机理上去研究它,然后去准确地预报它,变成一件很困难的事情。」罗京佳说,河南发生暴雨事件的频率其实相对长江流域和华南地区要低不少,在不同的地方、不同的时间,暴雨的形成机制不一样,比如会受到地形、台风、梅雨锋面不稳定、夏天的雷暴等等不同因素的影响,而且还有一些微小的物理过程,加之各种小尺度、中尺度、大尺度系统之间的相互作用,非常复杂。

「现在的预报一般都是利用数值预报模式,使用超级计算机加上人工智能辅助的预报方法。这一数值预报系统是基于离散化的格点来计算,但因为计算机资源的限制,格点的分辨率现在还很有限。因此,我们现在的气候模式连日降水 50 毫米的暴雨预报起来都有难度,虽然天气预报模式分辨率较高,但是也很难预报出这种一小时几百毫米降水量的极端暴雨事件。」罗京佳说道。

「黄河」的角色

李勇是河南省濮阳市台前县人,台前县在黄河北岸,与山东接壤,所以他说自己有 60% 的山东口音和 40% 的河南口音。生在黄河边的李勇,长大后把黄河作为了自己一生的研究对象,所以他这大半辈子的人生轨迹,都围绕着黄河。从台前县沿着黄河向上游走,大概 300 公里就到郑州的花园口,从花园口往南走 20 公里左右,就是李勇现在在紫荆山公园附近的家,黄河委和黄科院的办公地点也都在那里。关于黄河的故事,花园口是一个重要的节点,在其治河史上,它代表的是一段十分惨烈的记忆。

1938 年 6 月 9 日,当时的国民党政府在花园口的黄河大堤上埋下炸药,炸开了一道口子,试图用黄河水阻挡南下的侵华日军,但仓促的毁堤行动中,下游成千上万的老百姓来不及撤离,汹涌而出的黄河水一路肆虐,造成河南、山东、安徽一带上千万人受灾,直接或间接死亡人数有近百万人。

在见面之前,李勇先在微信上问了我一个问题,「广大受众,对黄河有哪些惧怕?」我回答他:「相比惧怕,可能现在更多的人是不了解。」

其实在这次的暴雨中,黄河似乎置身事外,并没有受到强降雨太大的影响。但为什么还是要先从黄河说起呢?因为中原地区的人民关于洪水的记忆和经验,在很长一段时间内都是来自黄河的。所以谈论这次的暴雨前,我们仍然有必要弄清楚,曾经「三年两决口、百年一改道」的黄河,到底给这片土地的人民留下了什么样的防洪经验,而这些经验在后来人们防洪的过程中又发挥了什么作用?

和黄河打了大半辈子交道的李勇在这方面有发言权。他回忆自己上世纪 80 年代刚参加工作那会儿,每年到了汛期,大家心里都高度紧张,紧绷防汛这根弦,和南方长江流域的城市一样,郑州各个单位也要组织人手上堤值守。那时候的黄河主河道,游荡摆动频繁,一个汛期能「跑」偏十里地,像拔河绳一样,在两岸大堤之间摆来摆去。「1983 年北围堤抢险、1985 年化工下游黄庄险工抢险的时候,当时多可怕,黄河的主河道直冲堤防,大家连续抢险了几十天,吃住都在堤上。」

作为一个「治黄人」,初出茅庐的李勇当时心中充满了困惑,围绕到底该怎么束缚住这条母亲河,那时候提出的方案和思路特别多,学界争论不休。黄河那个年代对华北平原和下游沿线城市都是一个巨大的威胁,「河道游荡得厉害,不可控,你心里没底」。

黄河给郑州人带来的不止是汛期防洪的经验,它也渗透到了当地居民的生活中。李勇说,当时在郑州生活的人都有一个观察——三天不擦桌子,你就可以在桌上用手指写字了。「因为黄河大堤里面的滩地全部是裸露的,河道在堤之间横冲直撞,滩区长不出植被,只有泥沙,天一干,风一吹,郑州市挨家挨户就要饱受风沙和扬尘的影响。」

不过到今天,李勇告诉我,经过 70 多年的治理,黄河流域对洪水的管控能力已经得到了一个很大的提高,尤其是 2000 年小浪底水库建成后,黄河下游的防洪标准已经接近千年一遇。他进一步介绍道:「黄河的洪水分为两种,小浪底以上的叫『上大洪水』,小浪底以下叫『下大洪水』。『上大洪水』的洪源主要是黄河中游地区,从河口镇到三门峡区间,『下大洪水』的来源主要是小浪底到花园口区间,以伊河、洛河、沁河等支流为主,目前洪水还没有得到有效控制,百年一遇洪水仍高达 15700 m3/s,不过这次郑州、新乡强降雨没有落在这个区间,若雨区西移,黄河下游的防洪形势也可能变得十分紧张。」但总体而言,加上之前修建的三门峡等水库,在这些工程的帮助下,黄河的防洪形势早已发生了历史性扭转。

黄河洪水还有一个特点,李勇总结为「洪峰高、洪量小」,这背后的原因就是黄河的河床高。去年本刊采访南方大水期间,长江委的一个专家也拿黄河做过比较:长江一年的径流量在 1 万亿立方米,黄河是 600 亿立方米左右,黄河一年的来水量和长江的支流汉江相当。正因为洪量小,李勇说:「三峡水库削减 6 万个流量(立方米/秒),还剩 12 万个流量往下泄,而小浪底水库一削峰,下来的可能只剩 300 个流量。但因为黄河下游经过上千年以来的泥沙淤积,河床已经比两岸的平原地区高出很多,郑州段是平均高 5 米,开封是 13 米,新乡接近 20 米。因为河床越来越高,所以即使较小的洪量也能造成很高的洪峰水位。1958 年,黄河发生特大洪水时,最大洪峰流量 22300 立方米/秒,1996 年,黄河也发生了洪水,洪峰流量为 7860 立方米/秒,但这一年花园口的最高洪水位比 1958 年高了将 0.91 米。」李勇说,这是因为在中间将近 50 年的时间里,黄河河床平均抬升了 2.6-4.2 米,相当于每年抬升 8 厘米。

黄河成为地上悬河的历史少说也有上千年了,这不仅给郑州防外洪带来压力,也给城内的雨涝排泄造成了不小的影响。

很多人以为郑州市整个地处于平原上,实际上并非如此。郑州的地形是山地、丘陵和平原各占 1/3,西部是秦岭的余脉,南部还有秦岭东段余脉伏牛山脉,地势整体呈西南高东北低。中国水利水电科学研究院减灾中心洪水管理与影响评价研究部主任李娜还提醒我,郑州境内从山地丘陵到平原的过渡很快,所以山区出来的洪水很容易影响郑州市区。李勇说,从这次郑州市内被淹的程度也能看到这种地形的影响:以郑州站为界线,郑州站以东的受灾情况就明显比郑州站以西要严重。

仔细看看郑州市的水系地图还能发现,流经城区的河流也间接受到了黄河的影响。郑州市内目前主要的排洪河道有五条:金水河、熊耳河、贾鲁河、东风渠、七里河,其中金水河、熊耳河横贯市区,贾鲁河绕老城而过,这几条河流都发源于西南山区,在地势作用下,一路向东北方向奔去,但快接近黄河时来了个急转弯,转向东南方流去,最终汇入了淮河。所以,河南是全国唯一一个涵盖了海河、黄河、淮河、长江四大水系的省份,但和我们固有的印象不同,是淮河而不是黄河占据了河南一半以上的流域面积,郑州就几乎整个属于淮河水系的范围。问题在于,这些河流从城区穿过,到了郑州东部后,地势已经趋于平坦,落差较小,这就导致河道的泄洪速度减缓,城内的排洪排涝能力下降。

通过这些年的治理,黄河在防洪方面已不可同日而语。李勇说,到 2000 年以后,大家就很少再去上堤巡防了。去年的时候,黄河下游也经历了近年来最大的洪峰过境,郑州市防汛指挥部也做了相关部署,但最后也没有上堤。

干旱缺水——作为一种思维方式

7 月 20 日的暴雨中,很多亲历者在接受采访时都有这样的困惑:郑州不是一直干旱缺水吗?谁能想到下场雨会淹死这么多人呢?

这次暴雨中造成重大人员伤亡的除了地铁五号线,还有一处就是京广隧道。几乎所有幸存者在后来的采访中都会提到,隧道里面从开始进水到被灌满,速度特别快,很多人只是犹豫了十几分钟,就差点出不来。吴强被媒体报道是京广隧道最后一名逃生者,他是江苏人,打小就会游泳,在郑州生活了 20 多年。他说自己给车子上了玻璃险、划痕险,就是没有买涉水险。如果以前有人说他会在郑州的大马路上被淹死,他会觉得这是一件非常「搞笑」的事情——但这种事情差点就发生在他身上。

缺水,的确是郑州这种北方城市发展中的主要矛盾。华中科技大学建筑与城市规划学院教授万艳华告诉我:「我国南北方是以秦岭和淮河为分界线的,主要的依据就是气候的差异,简单来说,就是北方水少,南方水多。南方的城市和居民与水斗争的经验比较丰富,所以防范意识相对强一些,而北方作为干旱和半干旱地区,相比防汛工作,老百姓和政府对抗旱要更加重视。」所以,受到地理环境的影响,人们对水的态度和经验自然有很强的地域性。

其实从黄河近些年治理焦点的转变过程也可以看到缺水对北方地区的影响——防洪的优先级,至少是在实践中已经退居或者并列到水资源利用与保护之后了。李勇告诉我,黄河治理现在主要有 4 个任务:大堤不决口、河道不断流、污染不超标、河床不抬高。大堤决口的压力现在比以前小很多,而保证河道不断流要解决的正是缺水的问题。「南水北调一年才调来 90 亿立方米的水,而黄河每年贡献给流域内的用水量是 370 亿立方米。以前大家都说黄河是洪水猛兽,现在是大家都在争水抢水。」

万艳华说,南北方的这种水的特点也投射到了城市建设规划上,表现就是南方的城市喜欢「填湖造陆」,而北方城市喜欢「挖湖挖沟」,甚至北方一些城市还流行一个说法,「要想富先挖湖」。郑州本地人前几年有句顺口溜就广为流传,叫「郑州,郑州,天天挖沟」。而这些年,挖湖成了新的潮流,如意湖、龙湖、龙子湖,象湖、蝶湖、云湖……围绕人工湖打造的商业、居住区在缺水的郑州十分抢手。

在城市规划领域,有一个重要的原则就是尽可能为水保留出路。万艳华告诉我,平原地区的地势平坦,坡降小,水不容易排走,所以挖沟挖湖是有利于排洪排涝的,但它也会带来一些弊端。一方面是,城市的泄洪能力提高后,下游的农村或小城镇跟不上,就容易被淹得更厉害;另一个问题则是,城市建设中如果形成惯性思维,容易过度依赖这些人为挖建的大沟大渠,甚至去破坏原有的自然水系。可是大沟大渠如果建得不合理,非但起不到排洪的作用,反而会加重内涝的情况。「我们现在做规划的时候,最难的就是,在一些城市几乎完全没有自然水系,排水工程都没法做。」

郑州虽然历史悠久,但现代城市的建设时间并不长,从一个人口几万的小县城发展为一个千万人口的省会城市,郑州只用了 60 多年的时间。其城市建设在很大程度上是得益铁路网的规划——陇海线和京广线这两条南北纵横的铁路大动脉在此交汇,直接拉动了郑州的城市建设。所以大家也戏称,郑州是一座「被火车拉来的城市」。郑州老城在建设之初还缺少规划的思维,城内少有排水设施,城内的河道年久失修,经常洪水泛滥。

在 1997 年出版的《郑州市志》里曾记载了郑州在近现代历史上出现的几次大的城市洪灾。「1905 年,郑州西南山洪暴发,刚修建的芦汉铁路被冲断,大同路、德化街、铭功路(当时未建房屋和郑州东站以东一片汪洋……」「1912 年 1 月 24 日,铁路被洪水冲断,火车站附近房屋倒塌,街上洪水深可没人,历时 24 小时。是年 6 月,火车站至汉川街为洪水淹没。1939 年,连续降雨,山洪暴发,金水河满溢……」从民国时期开始,郑州市民自发组织起来疏浚沟渠,修整河道,但一直到新中国以后,郑州才逐渐具备了大修土木、兴建水利的能力。1958 年,郑州市先后在金水河上建成了郭家咀、金海水库,在七里河上游建成常庄水库,这几大水库蓄水之后,大大减轻了西南山区出来的洪水对郑州市区的威胁。这一年 4 月,郑州市在河南省委的支持下开始开挖东风渠,第二年 9 月完工。东风渠原本的一个功能是引黄河水入渠灌溉,但因为黄河水太浑浊,容易堵塞渠道,人们就废弃了与黄河连接的渠道,东风渠如今是作为郑州市区主要的排洪渠而存在。

改革开放后,郑州的城市发展进一步加速,工程建设能力也越来越强,虽然每隔几年也要进行河道的整治,但城市在防洪方面的标准依然不高。郑州大学水利科学与工程学院副教授王慧亮告诉本刊:「郑州市目前的管网建设很多都是一年一遇甚至更低,部分新规划区域可以达到三年或者五年一遇。但根据统计,这次郑州 72 小时降雨量达到了千年一遇,甚至有暴雨中心达到五千年一遇。在极端暴雨情景下,城市内涝与中小河流洪水叠加作用,导致它已经不仅仅是城市自身问题,而是流域性问题;也不仅仅是市政或者水利一方面的问题,还是一个城市综合管理问题。」

水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心工程技术研究室主任孙东亚也是河南人,他曾告诉本刊,洪水其实有双重属性,一是自然因素,二是人为因素。「自然因素就是降雨、下垫面的变化;人为因素就是社会变化,包括人口、产业、资产的分布。洪水在自然界中只是一种自然现象,但作用到人口和经济密集的城市之中,就会造成很大的灾害。」孙东亚说,这几年全球气候变化的影响,极端天气事件增多,原来五年一遇的洪水现在可能是三年一遇,这也给城市防洪带来了更多挑战。

城市的脆弱性

从灾害的承受能力来讲,城市相比农村其实更怕洪水。在这次暴雨期间,来自河南许昌的网约车司机徐华和我聊起他老家发洪水的情况,用一段朴素的话揭示了这个道路。许昌市在郑州的南边,相隔不远,但这次受暴雨的影响较小。可徐华的老家这次却被洪水淹了。原来他们村子外边有一条河经过,前段时间因为修桥把河堤挖开了,汛期到来后,施工队用土把堤口临时堵上,结果被上游的洪峰一下子就冲开了,周边的几个村子都泡在了水里。徐华说,自己的父亲今年 85 岁了,也没见过这种阵仗。他们说,以前发大水的时候,村里的人都不太恐慌,他们觉得并不可怕,因为上游的水头到了哪里,都是能够监测的,上游的人发个短信给下游的人,大家及时撤离就行,虽然要损失一些庄稼和财物,但很少有淹死人的。

虽然极端暴雨的预测准确度不高,但河道的洪峰洪量都是可以精确测量的,而且我们国家现在在很多中小河流也设立了水文站,这些水文站会记录下,什么时间、什么地点通过了多高的洪峰。以目前的监测技术,整个流域就能实时掌握洪水的变化情况,再针对性地进行防御,只要不出现突然的溃坝决口,情况就可控。

可在城市里发生的洪涝,情况不一样,因为城市地面硬化率高,地表径流汇聚的速度快,而且有各种明沟暗渠和低洼路段,尤其是在平原地区,地表的高程差小,人行走在路上,其实比我们想象的更难察觉哪里地势高,哪里地势低,更别说在一个城市的尺度上。很多人就是在不知不觉中走入了积水地带,然后被围困。

更重要的是,城市各个子系统日益庞杂,彼此牵连,互相依赖,一个系统的崩溃很可能引起整个城市的连锁反应。

工信部数据显示,在洪灾发生后的第三天,截至 7 月 23 日 8 时,郑州因洪灾停电或退服(中断服务)基站 3.52 万个,占基站总数的 45%,虽已恢复部分基站,但退服基站仍占总数的 10.5%,导致部分地区无网或信号微弱。全省受影响的移动网用户数 97.7 万户,其中郑州 38.2 万户。而网络基站故障的一个主要原因是供电出了问题。根据郑州供电公司的数据,此次暴雨导致郑州市大面积断电,停运配电线路 473 条,736 台变压器受损,77.5 万户用电因而受到影响。供电、通信的中断,又影响到了交通、行政、教育、医院以及生活服务系统的正常运转,导致很多餐厅、酒店、超市关门,影响了市民生活,也对后续的救灾指挥造成了很大的干扰。这次灾后救援中,很多地方就因为信息沟通不畅延缓了救援的开展,也使得恐慌情绪更容易蔓延。

「供电、供水、通信,燃气、供热,包括粮食储备、救灾物资,甚至环卫等等,有一个专门的定义,叫生命线工程。在城市防灾规划当中,这些生命线工程是要重点保卫的对象。」万艳华继续说道,「比如供电,最薄弱的环节就是变电站,因为现在城市的电缆一般都埋在地下,水淹不到,而按照一般城市的规划要求,110 千伏的变电站一定要选在高的地方,能设防百年一遇的洪水。另一个原则就是提高备用率,要考虑建设备用的、冗余的系统,在危急关头可以替代受影响的系统。」李娜告诉我,现在城市开发都是立体化的,地下空间的利用越来越普遍,地铁、隧道、广场、商场和车库等,这些空间在洪水来临的时候就变得很脆弱,更容易被淹,所以在城市防洪规划中需要特别的注意。

李娜这些年的一个研究项目是洪水风险图的编制。洪水风险图,简单来说,就是把一个城市中的历史气象、水文、地形等数据综合到一起,来分析这个城市什么时间,有可能发生什么规模的洪水,会淹到哪些地方,淹多深,影响范围有多大,可能持续多长时间,以此来扫描整个城市面临的洪水风险,最后将其绘制成一张完整的风险图,供城市管理者决策使用。这是一项庞大的工程。2013 年–2015 年间,国家拿出了 13 亿元,做了一张覆盖了 50 万平方公里国土面积的洪水风险图,其中包括一些重要的防洪保护区、蓄滞洪区,还有几十座重点城市,200 多条中小河流。但李娜说,原来的规划是要做 110 万平方公里,最后只完成了不到一半,这项工作就搁置下来。而在现实中,这些做了洪水风险分析图的城市是不是会运用它?李娜的估计是不太乐观。

「首先在思想认识上,我们一定要认清城市洪涝风险的复杂性和严重性,不要觉得我是北方城市,洪涝风险就跟我没关系。」李娜认为,每个城市都应该开展洪涝风险的分析和评估工作,在掌握了城市洪涝风险的分布特征后,再去做城市规划,编制应急预案。

城市防洪形势的另一重复杂性在于,仅仅管好自己面前那一块还不够,因为水是没有地界之分的,上游可以威胁下游,下游也会影响上游——比如下游的河道收窄,洪水就会发生顶托作用,让上游的排洪不畅,洪水溢出,淹没城区。让人担忧的是,在华北平原地区,一些中小河流的治理状况并不好。而且北方和南方不一样,北方的很多中小河流在旱季的时候容易断流,所以这些年来,工农业生产活动和城镇建设活动大量地侵占到了河道里,修桥盖房,甚至建工厂,对河道造成了很大的破坏,淤塞严重,当雨季来临时,就会影响到河道的行洪能力。李娜告诉我,从 2008 年开始,水利部把目光也放到了中小河流的身上,开始在全国开展「清四乱」(乱占、乱采、乱堆、乱建)行动,目前这项工作仍在推进当中。

中国工程院院士、水文学与水资源学家王浩院士给本刊介绍过一组数据:近十年间,全国 62% 城市发生过内涝,内涝灾害一年超过 3 次以上的城市有 137 个;城市内涝基本覆盖所有 31 个省份,全国城乡年均受灾人口在 1 亿人左右。他认为,在快速城市化背景下,城市内涝是气候变化、城市扩展、地面硬化、排涝标准偏低、管理不善等多种因素共同作用的结果。我们过去常常把「洪涝」给拆开来讲——「洪」是外来「客水」造成的,「涝」则主要是本地雨水导致。但这次郑州的情况却让人很难单独用「洪」或者「涝」去界定,它在某种程度上已经颠覆了人们对城市内涝问题的认识。

一个城市的防灾学

40 多岁的侯文超是河南周口人,他也是京广隧道被淹的亲历者。7 月 20 号傍晚,他驾驶的车辆被堵在了隧道出口的上坡处,那时候路面开始有水急速流过,他随后就察觉到了危险,果断弃车并沿途拍车窗喊人弃车。侯文超在接受本刊采访时提到,自己之所以对危险有预判,是因为 2012 年北京发生「7・21」特大暴雨时,他就在北京工作。北京的那场特大暴雨最终导致 79 人死亡,在广渠门桥洞下也发生了和这次京广隧道相同的恐怖一幕。

当天下午 5 点 40 分左右,侯文超接了一个电话,大概讲了三五分钟左右,「突然我就发现水位在快速上涨,可能也就 10 分钟时间,水已经漫到车轮的 2/3 了。」侯文超告诉本刊,当时他脑海里立刻回想起来北京「7・21」特大暴雨的事情,「我知道如果继续坐在车里不下来的话,水涨上来就出不来了,那是灭顶之灾。」于是,他马上下车,并且沿路一辆辆拍其他司机的车窗,让他们赶紧逃。侯文超这一举动救出了几十个人,成为媒体报道的「英雄」。

人类的防灾减灾知识并不是先天具备的,大部分经验都来自于自己或者他人受灾的过程。万艳华告诉我,当年北京「7・21」事件也给中国的城市规划界带来了变化:一个变化是国家提高了《室外排水设计标准》,比如北京以前的排水标准是防范一到三年一遇或三到五年一遇的洪涝,修改后提升到了 20 年一遇;另一个变化则是,「海绵城市」概念被正式纳入官方政策框架,于 2013 年开始在全国各大城市试点推广。

2012 年「7・21」大雨之后,北京市不仅提高了排水设施的防洪标准,也对整个预警和应急体系进行了重新编制。比如,加强市区道路应急管制,交管部门规定全市凡积水超过 30 厘米时,将迅速采取交通管制措施;对全市易积水的下凹式立交桥、公路、铁路立交桥等点段施划积水水位警示、警戒标线,为雨天出行的司机涉水行车提供参考。司机可以通过水位警示、警戒标线一目了然地及时了解积水情况,评估自己的车辆涉水能力。今年夏天,北京也遭遇了几轮强降雨,到一定级别时,各个单位就要准备防汛工作,学校和企事业单位宣布居家办公。一旦雨下得足够大了,当年亲历过「7・21」的人就不由得回想起那时的情景。

在面对洪水,尤其是极端天气下的超标洪水时,我们不能仅仅依靠河道、沟渠、堤坝等工程设施,预警、应急和救援体系等非工程措施也很重要。而我们国家从 2004 年才开始建设应急体制,在防灾建设上虽然取得了很大进步,但还是欠账仍不少。

万艳华介绍说,现在每个城市都有防汛抗旱指挥部,很多部门都是其成员单位,在国家层面有国家防汛抗旱指挥部,叫国家防总。这套体系通常是这样运转的:气象部门预报什么时候可能下暴雨,然后把信息传递给当地的防汛抗旱指挥部,到一定级别后,指挥部就会跟分管市长汇报,然后组织专家研判,有需要的话就发预警,并启动相应的应急预案,各个部门要联动起来,比如供水、供电、通信等,各个部门该做什么事情,什么点做什么,第一步做什么,第二步做什么,都会有相应的规章。问题在于,整个体系的运转还是有很多人治色彩,有些人,有些部门出于自身的利益,可能就是不动,或者只是在表面应付一下。

万艳华认为,要摆脱这种局面,只能通过制定更加详细的、可操作性的法规。现在有个问题是,决策者和执行者在执行应急规定时存在「投鼠忌器」的心态,害怕影响到自己或其他部门、行业的利益。「所以立法的过程中,首先要达成社会共识,我们到底要不要把安全放在第一位,如果能达成共识,在立法中,既要规定决策者的责任义务,也要规定其免责的情形,让各个部门的决策者做决策和执行的时候不至于畏手畏脚,也不至于反应过度,听风就是雨。」

这次郑州暴雨,人们关注的焦点之一就是预警和应急体系为什么没有发挥作用。人们会感到疑惑,既然暴雨已经下了好几天,为什么他们没有提前收到预警信息?学校、医院、工厂和企业的生产生活秩序为什么没有受到影响,仍旧照常进行?

我们再回头去翻看,其实气象部门从 7 月 17 日以来的确陆续发出了一些预警信号,其中包括最高级别的红色预警信号。以郑州市为例,7 月 19 日夜间 21 时 59 分,7 月 20 日上午 6 点 2 分和 9 点 8 分,中午 11 点 50 分和下午 4 点 1 分,郑州市气象局相继发布了至少五道暴雨红色预警信号。如果根据中国气象局发布的《突发气象灾害预警信号及防御指南》,红色预警发布后,政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急和抢险工作;停止集会、停课、停业(除特殊行业外);做好山洪、滑坡、泥石流等灾害的防御和抢险工作。

但对于预警信号的发布和执行,各个地方都制定了地方性的条例,有的预警信号带有一定的强制约束力,有的则是指南性质。广东 2015 年实施的《广东省气象灾害防御条例》首次在法律条文中确立了以气象灾害预警信号为先导的停课停工机制,将台风黄色以上和暴雨红色预警信号的防御指引中的「建议停课」改为「应当停课」,预警信号正式具有强制效力。人们也经常拿香港的案例来对比:在台风来临时,香港的气象部门只要挂上「几号风球」,全区各个部门、机构,包括市民就知道应该如何行动,要不要停工、停课、哪些行业要停业,哪些部门要进入应急状态。这些经验应该如何借鉴,也是一个值得思考的问题。

气象预警信息到底应该如何触发社会层面的应急行动,由于牵涉太广,要平衡的利益太多,操作起来并不是一件简单的事情,而且要考虑到暴雨预报在目前的科学条件下并不是每次都准确。比如这次气象部门一开始预测的强降雨中心就是在郑州以北的焦作市,当地防汛办也下发了紧急通知,说当地 18 日至 19 日的累计降雨量有可能达到 500 毫米,形成百年不遇的灾害,要求各家各户做好应急准备。但事实上,最后的强降雨中心落到了郑州。所以,建立在气象预报基础上的预警和应急体系到底应该何时启动,以什么样的级别启动,就成了一个考验各个地方治理智慧的难题。

大灾之后,需要反思,然后行动。但万艳华也担心,城市管理和决策者有可能走向另一个极端,就是过度提高排水标准,继续新一轮的大挖大建。「大家想一点积水也看不到,是不太现实的。你无限地去提供排水工程的防洪标准,从几年一遇提到五十年一遇、百年一遇,甚至千年一遇,会造成很大的资源浪费。」万艳华说,「一个城市,必须要有自己的容灾能力和容灾机制,有的地方你让它淹一下也没问题,有的地方就绝对不能被淹到;有的地方的积水 24 小时内排出去就行,有的地方要 12 小时排干,有的地方则要 6 小时内排干。所以在不同的区域,都应该有不同的标准和规划。但另一个问题是,很多时候,我们的规划做得好,但在具体落实的层面就和规划的不一样了。不仅是防洪方面,比如城市的消防站配置,在很多城市都是不足的状态。这些对一个城市来说虽然不创造产值,但它却可能给一个城市带来巨大灾难。」

为何河南成为此次暴雨中心?

7 月初,黄河利用夏汛之前的窗口期调水调沙,黄河上最后一个水库小浪底打开排沙的闸门,数条黄龙从大坝上喷涌而出。大坝下激起一片水雾,仿佛水上的一场沙尘暴。排沙的壮观场面吸引游人前来观看,我也在网上看了直播。但小浪底在洛阳,离郑州还有一段距离。

正如长江三峡大坝和葛洲坝大坝,大坝一定建在河流的出山口,上游是山、下游是平原。这样看,郑州城是建在了广阔的中原大平原上,可为什么暴雨会下在这里?后来我坐高铁去西安,路过郑州的时候才发现自己的判断是错误的。高铁过了黄河,紧接着过郑州,然后向南折向西行,很快就开始钻山,不过都是些比较短的隧道,穿过的也都是比较低矮的小山和丘陵。这使我联想到曾经去嵩山的经历,原来郑州就建在了山脚下。郑州西南方向是西北—东南走向的伏牛山,北面则是太行山,郑州是被两座山夹在一个大喇叭口里,只不过小浪底水库在喇叭口的口底,郑州坐落在喇叭口的外下沿,新乡则处在外上沿,鹤壁在喇叭口外侧了。

不过伏牛山只能算是秦岭伸向中原腹地的余脉,山不高,海拔在 1000–2000 米。火车前行,巩义一带已经可以看到黄土高原的雏形,水流在黄土地上切削出纵横的沟壑,时断时续地与丘陵和矮山穿插着。有了这个大喇叭口,如果水汽从太平洋输送过来,其实可以直接吹到八百里秦川,也就是渭河平原了。

可这次来自太平洋的云层太低了,翻不过伏牛山。我们知道,并不是所有的云层都能下雨,云层越低,含水量越足,越可能形成降雨。雨层云的降雨强度视云层的厚度而定,一般距离地面 1500 米,云层越厚,离地面的高度就越低,降雨量就越大。能够产生降雨的还有波状云,也大多距离地面 1500–2000 米。故而,能够产生降雨的云层距离地面通常在 1500–2000 米以下,高度越低,降雨强度就越大。

这次太平洋的水汽输送,来自强台风「烟花」与西太平洋上副热带高压的共同作用。台风是低压系统,是向着风暴眼吸引水汽的,可吸引的水汽势必要升空,到了高空水汽势必向两边散去。另一方面,夏秋之际,西太平洋上常有一个独立的高气压——副热带高气压,而影响我国的台风也大多生成于西北太平洋,且大多产生于副高的南缘,并沿着副高的外围移动。在台风和高压之间就形成了一个水汽输送槽,这次的水槽正对着河南。

水汽越多,云层越低。我国的地形地貌大致分为三大块,也可称作逐级升高的三大阶梯。东部是以华北平原、黄河中下游平原和长江中下游平原组成的平原,在南方也有大面积的丘陵地,这一部分海拔多在 500 米以下。第一阶梯以西,大兴安岭—太行山—巫山—云贵高原及其西部的高原山地,构成我国地形上的第二阶梯,海拔在 1000–2000 米。再向西,就是青藏高原,海拔在 4000 米以上。

郑州、新乡和鹤壁的喇叭口正好处于第一阶梯和第二阶梯过渡的边缘。大气的温度是随着高度递减的,每升高 1000 米,温度就会降低 6 摄氏度。空气中所能容纳的饱和水蒸气的量是随着温度降低而下降的,饱和点被称为露点,如果将温度稍微降到露点温度以下,饱和空气中的水蒸气会立即凝结为水珠,也就是结露,这就是降雨的原理。郑州、新乡和鹤壁这些处在山脚的城市,当浓云涌来,「雨云踩塔」,就成了大雨倾盆的所在。

实际上,1975 年的河南大暴雨,驻马店水库溃坝造成 2 万多人丧生的极端天气事件,也是在类似机制下发生的。

如果离山远一点,水灾或许能避免,可如果可能,城市似乎都是要找「靠山」的。比起洪涝灾害,北方城市经常被缺水袭扰,有山泉水饮用,那是求之不得的事。过去,河南的经济中心本来是古都开封,可铁路大开发,京广线和陇海线在郑州交会之后,这里顺理成章就成了河南的政治经济中心。至于铁路为什么要沿着山脚修建,其实不难理解。建造铁路,经济和交通安全最重要,走直线最经济省钱,而铁路修在浅山地带,往往比修在河流中下游水流密集地区更安全,也可以更少修建必须抵御洪水冲刷的桥梁。

据说当时修平汉线,也就是京广线的前身,因为开封是沙土地,且黄河是地上悬河,河面比开封城内的铁塔还高,按当时的技术条件只能作罢。即使修在郑州,郑州大桥在开工后险些夭折而改在洛阳修桥过河。郑州的荥泽口铁桥,修建期间由于流沙问题停工数次,硬着头皮才勉强修成,这座黄河上的第一座铁路桥,后来因为地基不稳在上世纪 50 年代停用。铁路建在山脚,至少有基岩可以支撑,这是当时的基建水平所决定的,如今的施工能力,青藏铁路直接打穿冻土层,把铁路的基础建在基岩上。东部平原上的高铁也多修在高架桥上,不再借助山体了。

7 月初,黄河调水调沙,多个水库联动,人为制造洪水,把沙子裹挟而下排入海中。我看到在郑州段,黄河水奔涌,水面已经淹没了大堤内的树木,市民们举家观潮,好不热闹。事实上黄河水利委员会就设在郑州,可郑州发了大水,黄河却帮不上任何忙,甚至阻挡住了水流,不能不说是一个两千多年的遗憾。黄河出了山,正好是在郑州段开始成为悬河,到了开封水面比城中地面高出十余米,两座紧邻黄河的大城市不得不借用淮河水系排水,而处于淮河水系的最上游,排水能力想必是相当弱的。

春秋战国时期,我们的祖先就开始在黄河两岸筑堤防水,一步步加高黄河堤防,两千多年过去了,黄河一点点长高。新中国成立后三门峡等一系列大坝筑起来,黄河水患得到了控制,可黄河下游的水患,仍是一筹莫展。

全球变暖气候异常,我在兰州采访了中科院西北生态环境资源研究院的专家,提到西北正在经历暖湿化,似乎是好事,但极端气象越来越频繁了。几十年来气候变化的规律脱离了原有的变化轨迹,气象灾害频发,真让人担忧

Laminar flow


Climate

我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。

Project Che

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时代的水流漫过了每一只筏子,浸湿了我们的脚,而大雨迟早要来。

开门见山,明知山有虎

所有火中取栗、蹈火赴汤和洞若观火的报道,都是易燃品。