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新的大禹治水时代到来了

已有 6008 次阅读 2020-7-23 13:52 |个人分类:下一次革命|系统分类:科研笔记| 气候变化, 防洪

自从人类进入工业化时代以来,全球变暖一直都在稳步发展,近年来越演越烈。作为全球变暖的必然结果,海平面上升,降水大幅增加,都将导致洪水泛滥。以后每年汛期的洪水,还会继续加剧。史诗级的洪水可能每年都会发生。

这种大规模气候变化在地球历史上发生过多次,对生态环境的改变也是巨大的,也是物种进化的驱动力之一。我们自己的这一个文明时代就开始于上一次冰川时代的结束,农业的诞生最终导致人类社会大规模发展,社会化,组织化,文化科技发展。

当时海平面上升了一百多米,古人类同样遇到了巨大的挑战。陆地上,因为大量冰川消融,水患极大,所以发生了中国历史传说中的大禹治水和西方的诺亚方舟事件。

大禹.jpeg

大禹的时代,也是水患频发的时代

现在世界人口已经远不能与一万年前相比,无论是人口,还是基础设施,都难以承受大量低洼地区被淹,或者遭受每年一次的洪水。

拙著《下一次革命》中,提出了发展三维城市,高原高效农业,海洋牧场等概念,这些概念完全可以应对全球气候大规模变化,无论变化方向如何。但是这些概念的发展需要时间。几十年内,需要有办法解决中国经济发达地区的长期性洪水问题。

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南方洪水肆虐,以后每年都难免

中国的长江中下游,珠三角,华北平原,等经济发达地区,地势低洼,水量充沛,根本没有足够的蓄洪能力,唯一的解决方案是增大泄洪能力,快速排涝。

水患主要发生在平原地区,地势平坦,江河自然水流速度很低。比如长江,宜昌至武汉段,枯水期水流流速一般为1.0~1.7m/s,洪水期流速一般为2.0~3.0m/s;江苏段,枯水期水流流速一般为0.8~1.2m/s,洪水期流速一般为1.6~1.9m/s。太低了,如果提高50%,排洪能力就能增加50%。如果长江的排洪能力增加了50%,很长时间之内,不需要担心长江的洪涝问题。上游水库也可以更从容地蓄积水资源,从容应对汛情。

江河的排洪能力取决于河道行洪条件和两端水位差。洪水期间,武汉到长江口一千多公里距离上,水位差只有二十多米,而三峡水库到武汉有120米以上。如果有办法把这里的水头落差利用起来,可以大幅提高长江流速,加快排涝。

泄洪.jpg

泄洪水能都浪费了

疏浚河道,加宽加深河床,是常规增大河流泄洪能力的方式,但是工程量巨大,也会对沿岸堤坝建筑等造成不良影响。

另一种非常规方式是加快河道流速,提高行洪能力。

具体的技术方案包括:

第一、河道断面流速监测诊断,找到关键阻水瓶颈,并进行工程消除。

第二、流体力学控制,减少湍流漩涡形成,提高河道流速。

第三、改变水坝泄洪消能方式。一般水坝泄洪消能,为了保护坝基,是将水往上冲,分散后落入消能池。巨大的势能绝大部分都转化为雾化、蒸发、和发热的能量了,而不是变成增加河水的流速的机械能。泄洪水头很高,能量巨大,既不能发电,也不能促进排洪,太浪费了。把这部分水能利用起来,相当于提升了河流两端的水位差,由于三峡加葛洲坝的水头高度比武汉的水位高得多,利用起来可以大幅提高长江流速。

把泄洪水能利用起来,提高河流排洪能力有如下三种办法:

1、接多根粗长的管道直接在下游冲刷疏浚河道,提高流速。水坝,主要是三峡和葛洲坝,泄洪水头不到100米,压强不超过10个大气压,完全可以直接接长达100公里的粗长管道,在一百公里范围内大幅提高河流流速,并疏浚淤积地段。

2、将上冲消能改变为平射提速(对三峡没有用,因为三峡的水只泄到葛洲坝)。

3、加装发电机,泄洪用水发电,直接驱动河道内加装的提速泵。

第四、直接在河道上安装设备,以外来动力提高河流流速。由于洪水期水能丰富,把泄洪部分水能利用起来,理论上基本满足河流提速要求。直接安装河流提速设备可以主动应对洪水。洪峰到来以前,就可以利用上游丰沛的水能发电,驱动河道提速泵,提前降低河流水位。

具体实施的时候,可以结合四种方案,在瓶颈处或者疏浚,或者动力加速。水流阻力主要来自岸边,在岸边超出枯水位位置安装加速泵,消除水流障碍,可以事半功倍。

江河大坝只是解决了蓄水用水的问题,河道提速才能彻底解决排洪,洪涝的问题。洪水危害巨大,如果能够彻底解决,意义巨大。

工程若在主要洪涝江河实施,其功效超过将远超都江堰,历史意义只有大禹治水可以比较。



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