海洋國家實驗室研究人員在大壩調控下游極端洪水行為研究方面取得重要進展

海洋國家實驗室海洋地質過程與環境功能實驗室戴志軍教授課題組在大壩調控下游極端洪水方面取得新進展。研究成果以「Modulation of extreme flood levels by impoundment significantly offset by floodplain loss downstream of the Three Gorges Dam」（三峽大壩蓄水對極端洪水位的調控作用被下遊河漫灘的損失有效削弱）為題，於2018年4月16日在Geophysical Research Letters（《地球物理研究快報》）雜誌發表。戴志軍教授為論文的通訊作者，梅雪菲為第一作者。

人類發展史是一部抵禦洪水災害與保護社會文明相互耦合的歷史。洪水作為世界最普遍的自然災害之一，在全球氣候變化情境下日益增加。構建大壩是全球諸多大河抵禦洪水的主要手段，但這些蓄水結構對極端洪水的緩衝程度究竟有多大一直以來持有不確定性。基於此，發生在中國長江的2016年災難性洪水被第一次用來評估長江上游鏈珠式水庫，包括世界最大的水利樞紐工程三峽大壩，對下游洪水流量及水位的調控效應。研究表明，自1870年以來最強的ENSO事件在長江流域產生了最嚴重的降雨，然而，相應的洪水事件在長江河口潮區界大通的洪水流量記錄中僅位居第7。成果揭示，長江上游鏈珠式水庫在2016年7月25日蓄水超過30000m3/s，從而阻止了歷史第二大洪水在下遊河段的出現，其中三峽水庫蓄水貢獻約50%，有效降低大通洪水位1.47m。但是，三峽水庫大規模攔截上游泥沙導致下遊河漫灘發生普遍侵蝕。下遊河漫灘的損失削弱了其對洪水的阻滯作用，進而導致洪水上升0.22m。可見，三峽大壩蓄水對極端洪水位的調控作用被下遊河漫灘的損失有效削弱。研究還發現，儘管大壩在一定程度上削弱了洪峰，但其導致的下游侵蝕誘發洪水流量-水位特性由逆時針向順時針方向改變，使水位迅速上升而加劇下游漫堤風險。

該團隊進一步指出，如果上游水庫繼續攔截泥沙，下遊河漫灘將持續侵蝕，意味著地貌變化對洪水的負面影響將加劇。與此同時，三峽水庫攔截泥沙引發的蓄水庫容減小，則意味著其對洪峰流量的調控能力將減弱。因此，隨著全球變暖導致的極端洪水事件持續增多，在未來的一段時間內，長江下遊河段類似2016年的洪水事件可能將不斷發生，甚至有可能成為常態現象。

圖1. 長江上游水庫對下游洪水的調控作用 （A. 2016年特大洪水與沒有三峽調控及沒有所有上游水庫調控情境的比較； B. 三峽蓄水及三峽引起下遊河漫灘侵蝕對2016年特大洪水水位的定量分析）

圖2. 長江上游水庫對下遊河漫灘的侵蝕作用（A. 2008年長江河口潮區界大通段地貌特徵； B. 三峽建壩前後大通站流速對比；C. 2013年長江河口潮區界大通段地貌特徵; D. 三峽建壩前後大通站水位對比）

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