出品：科普中国
作者：孙莉英（中国科学院地理科学与资源研究所副研究员）
监制：中国科普博览
进入盛夏，随着夏天一起到来的除了高温还有其他各种极端天气，比如强降水。降雨量增多导致全国部分地区出现了洪涝灾害，严重危害人们的生命财产安全。
那关于洪水灾害你知道多少呢？这个夏天不得不学习的知识点又增加一个，下面一起学起来吧，为防范洪涝灾害做好准备～
什么程度才能被称为洪水灾害？
洪水是一种高度复杂的自然现象，当“水流从河道或其他水体的正常范围溢漫出来，或者水流在正常情况下不受淹地区的累积”均可视为洪水[1]。也就是说，当江、河、湖、海等容纳的水体总量迅速增加导致不断上涨的水位远超过正常水位时就会产生洪水[2]。
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洪水从起涨至封顶再到回退的整个过程曲线，被称为洪水过程线。作为自然现象的洪水与我们平时所认同的洪水灾害并不相同，只有洪水波及到人类生活区域，对人类生命财产带来威胁、对社会及生活环境带来破坏时，才形成洪水灾害[2]。
也就是说，当洪水发生在荒无人烟之地时，无论洪水发生程度有多高，没有对人类社会造成危害，这种洪水现象就并不称作洪水灾害。而当洪水对人类社会及生活环境带来损失，无论其发生程度有多轻微，都可认定为洪水灾害[2,3]。
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受气候地理条件和社会经济因素的影响，中国洪水灾害具有范围广（大于2/3地区）、发生频繁、突发性强、损失大的特点。
不同类型的洪水
暴雨、急骤融冰化雪、风暴潮等多种自然因素均有可能会引发洪水。
根据引发洪水的原因、洪水发生的地点及洪水特征，可划分为不同类型的洪水，通常包括山洪、暴雨（河流）洪水、单事件洪水、多事件洪水、季节性洪水、沿海地区洪水、河口洪水、城市洪水、融雪洪水、冰塞洪水和堰塞洪水等[4]。
山洪主要发生在地势陡峭地区，常由小区域短历时性暴雨引起。中国山区面积占比接近70%，山洪频发。据统计我国1949-2015年间山洪灾害发生53,000多次，累计死亡6万人，近20年来由山洪灾害导致死亡人数占洪水灾害死亡人数的70%以上[5]。
暴雨洪水通常发生在区域广阔的流域，主要是由于暴雨而导致流量超过河道过流能力并漫过天然或人造堤坝。中国松花江流域、长江流域是暴雨洪水频发区域。
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单事件洪水则是由某一流域大范围强降雨延续几小时甚至几天所导致的洪水，通常与气旋扰动、中纬度低气压和风暴相关。
多事件洪水则指由持续天气扰动引发强降雨造成的洪水，影响区域范围广。例如，受孟加拉低压影响，印度恒河平原及中印度地区形成强降雨而引发的多事件洪水。
季风性洪水通常由季节性降雨活动引发而成，常发生于季风气候地区。我国长江流域中下游常发生季节性洪水。
沿海地区洪水多由风暴潮和大风引起，在近海区域等特殊的地理条件下，海床变浅和汇流迟滞的双重作用导致海水成倍涌高。我国东部海域会发生此类洪水事件。
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此外，沿海潮水与集中流向大海的河川在海岸线相遇，两者彼此作用而形成壅水或伸向内陆的涌潮，被称为河口洪水。我国珠江流域干流河口特殊的地理气候条件，导致该区域可能会遭遇河口洪水。
在城镇地区，当强降雨超过排水系统的承受能力时会引发城市洪涝。随着城市不透水层面积的急剧增加，城市洪水愈发频繁发生。
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在高海拔和高纬度地区冰雪融化而形成融雪径流可能导致融雪洪水。在中国青藏高原季节性融雪洪水常有发生。
由于冰川融化导致河道中迅速堆砌浮冰，形成堰塞和壅冰流，导致河道上游水位迅速上升，若“冰塞”一旦突然打开，便形成冰塞洪水。
同样，陡峭山区泥石流和滑坡在河道堆积，亦可在河道上游形成堰塞湖，一旦堰塞湖溃决，便形成堰塞洪水。
由于特殊的地理地质条件，受冰川分布、泥石流、滑坡和气候变暖的影响，在西藏拉萨、林芝地区冰塞洪水和堰塞洪水发生概率相对较高。
如何科学监测洪水
为了防范洪水灾害，通常会设置水情站进行洪水监测。
相关部门会对河流、湖泊、水库或其他水体的水情、雨情等与洪水发生相关的水文和气象要素进行实时测量，并在规定的时间内按照一定的标准向国家有关部门提供实时水情信息，为防洪抢险决策提供数据支持。
根据洪水类型和监测要素的类型，溃口洪水监测和分洪洪水监测是洪水监测中较为特殊的类型。
顾名思义，溃口洪水监测主要针对河流、水库、堰塞湖的溃口进行相关水文要素监测，而分洪洪水监测则对洪口上、下游的流量进行分析，从而为分洪方案确定奠定基础。
传统基于人工为主的信息采集手段已经很难满足日益增长的防洪需求，因而遥感技术、无人机技术及雷达技术等先进技术方法不断应用于洪水监测，促进洪水监测体系不断完善。
通过遥感技术不仅可以准确进行天气因子信息监测，还可以监测洪水汇水面积和洪水淹没面积。
在中国，遥感技术应用于洪水监测始于80年代初期，先后在永定河下游、黄河下游、长江流域及淮河段开展大规模的防洪遥感应用试验。
最初洪水监测的性能受限于卫星和航空图像，但随着雷达遥感技术的发展，在恶劣天气条件下也可进行洪水监测，形成了全天候实时航空遥感系统并应用于洪水监测[6]。
雷达回波图
图片来源：中国气象局
目前，利用重力恢复与气候实验卫星（GRACE）数据可实现流域大尺度的洪水监测[7]，利用北斗卫星可实现特殊恶劣自然环境情况下超标准洪水监测[8]。
随着无人机技术的发展，利用卫星、无人机等可实现天空地一体化洪水监测，具有快速高效、大范围动态与局部精细并重且不受地面灾情影响的突出优势，在2021年黄河秋汛洪水监测中得到广泛应用[9]。
而随着人工智能和大数据的技术发展，洪水智慧监测体系业也已兴起并发展[10]。
减少洪水灾害带来的生命和财产损失的措施体系包括工程措施和非工程措施[11-12]。
其中工程措施一般有修筑水库、防洪堤坝、排涝管网建设等工程来减少洪水影响，需投入巨额资金和较高的工程技术来完成。
图片来源：中国水事
洪水预警系统则是减少洪水带来的生命和财产损害最有效的非工程措施之一，旨在向有关防洪部门提供准确而及时的洪水信息及预警，从而实施正确而有效的备灾和减灾计划[12]。
洪水预报是洪水预警的重要基础，基于洪水监测信息及水文学、水力学和河流动力学等相关理论和方法，建立洪水预报模型，通过模型模拟的方法可实现对洪峰流量、行洪过程等洪水要素的实时预报，从而形成洪水预报系统，为各级防汛指挥部门决策提供科学依据[13]。
而洪水预警则在洪水监测和洪水预报的基础上，利用现代通信技术向社会发出警报，通过措施体系减少人类社会受到的洪水影响。成熟的洪水预报预警系统是有效防控洪水灾害的关键[4]。
随着信息技术的发展，遥感技术、大数据和人工智能的方法越来越多用于洪水预报模型和智慧预警系统，可大大提高洪水预报精度和洪水灾害防控措施的有效性[14]。
我们相信，在科研人员的不断努力下，人类可以更加精准的掌握和洪水相关的规律，保护人类的生命财产安全。
编辑｜王婷婷
参考文献：
[1]方建，杜鹃，徐伟等. 气候变化对洪水灾害的影响研究进展[J]. 地球科学进展, 2014，29:1085-1093.
[2]沈哲冲. 洪水灾害下城市街区空间韧性指标体系构建[J].价值工程，2022，41(16): 30-32.
[3]史培军. 五论灾害系统研究的理论与实践[J].自然灾害学报, 2009，18(5):1-9.
[4]世界气象组织. 洪水预报预警手册[M]. 刘志雨等译. 2016，中国水力水电出版社，北京.
[5] 魏永强，盛东，董林垚等.山洪灾害防治研究现状及发展趋势[J].中国防汛抗旱，2022，32（7）：30-35.
[6]路京选. 水利遥感应用技术研究进展回顾与展望[J].中国水利水电科学研究院学报, 2008，6(3):224-230.
[7]熊景华, 王兆礼. 基于GRACE 重力卫星的珠江流域大尺度洪水监测[J]. 水力发电学报, 2021, 40(5): 68-78.
[8] 江澜宏，崔金鹏，毕增锋. 北斗卫星通信在超标准洪水监测中的应用分析[J]. 水利信息化, 2021，(04)，68-71.
[9] 陈亮，杨阳，申源等. 2021 年黄河秋汛洪水遥感监测应用[J]. 中国水利，2022，(04): 11-12, 38.
[10] 郝垭珑，赵通华，郝政珑等. 城市洪涝智慧监测与预警预报探讨[C]. 2021首届城市水利与洪涝防治研讨会论文集（线上会议）， 2022.
[11] 张建云, 王银堂，刘翠善等. 中国城市洪涝及防治标准讨论[J]. 水力发电学报，2017， 36(1): 1-6.
[12] 程文聪，史小康，张文军等． 基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法[J]．热带气象学报，2020，36（03）：307-316.
[13] 赵鹏. 基于降尺度降雨的洪水预报预警体系的创建[J]. 地下水，2022，44（03）：203-205.
[14] 陈鑫，刘艳丽，张建云等. 基于历史数据挖掘的洪水预报实时校正方法[J]. 水力发电学报， https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2241.TV.20220415.0828.002.html.
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