堤坝的问题

它们是管理洪水风险的非常有价值的工具,但我们一个世纪前就了解到,仅仅依靠它们是行不通的

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


在美国的各大河流沿岸,如密西西比河、密苏里河、俄亥俄河、伊利诺伊河等,历史与洪水的同步节奏紧密相连。1927年、1937年、1993年和2011年的大洪水年份仍然在历史课堂和许多社区的家庭餐桌上被人们铭记和讨论。同样,如果你深入研究美国的大多数堤坝,你会发现类似于树木年轮的痕迹,表明堤坝被多次扩大,每次都是在前一次洪水事件中失败之后。

2019年,随着多条河流出现创纪录和接近创纪录的洪水,我们需要仔细审视国家在今年洪水过后将制定什么议程。特别是,美国需要仔细审查并抵制单纯依赖堤坝保护的诱惑——这种“唯堤坝”的工程策略在上个世纪曾给国家带来了灾难性的失败。

我本人既是一位科学家,也是“忽视历史的人注定要重蹈覆辙”这句谚语的信奉者。让我们回顾一下1849年密西西比河下游的洪水,这场洪水摧毁了新奥尔良,引起了全国的关注,并启动了两项由国会资助的竞争性研究,研究我们这个新成立的国家应如何解决其西部边疆河流沿岸的破坏性洪水。


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著名土木工程师查尔斯·埃利特对密西西比河和俄亥俄河进行了全面的评估,并得出结论,美国需要多层次的防洪措施,包括堤坝、水坝和水库、旁路渠道和出口以及吸收雨水的湿地。美国陆军工程兵团的 A. A. 汉弗莱斯领导的第二项研究得出了相反的结论——国家的防洪工作应集中在堤坝上。在工程兵团的权威支持下,汉弗莱斯的“唯堤坝”教条盛行了几十年

“人们提出了许多关于预防密西西比河下游洪水的计划——出口、水库、截断、支流改道和堤坝。陆军工程兵团的工程师们对所有这些计划进行了彻底的调查,并认为所有这些计划都不适用,除了堤坝系统,该系统已被推荐为正确的方法。”摘自 B. G. 汉弗莱斯的《密西西比河的洪水和堤坝》。密西西比河堤坝协会:华盛顿特区,1914 年

在 19 世纪末和 20 世纪的前几十年里,工程兵团将其资源和投资投入到修建和扩大堤坝上,尽可能将其放置在靠近河道的地方,并避开其他方法。“唯堤坝”教条甚至包括封闭天然的河道和出口,认为堤坝的流量限制可以“训练”这些大河安全地输送最大的洪水。

人们对“唯堤坝”方法的全国性信任在 1927 年戛然而止。密西西比河部分地区的水位在 1 月份就已经高于洪水警戒线,随后是密苏里河流域的融雪以及整个春夏季的强降雨。在被工程兵团束缚了几十年后,密西西比河从孟菲斯到墨西哥湾突破了堤坝,淹没了数百万英亩的洪泛区,造成 1000 至 3000 人或更多人死亡。

1927 年洪水造成的社会和政治影响改变了美国(参见约翰·M·巴里的《涨潮:1927 年密西西比河大洪水及其如何改变美国》,西蒙与舒斯特,1998 年),并迫使国家对其防洪方法进行 180 度的转变。在完全拒绝水坝之后,工程兵团到 1965 年建造了 222 个大型水库(摩根,1971 年),并且如今在全国范围内运营着约 700 个水库。在密西西比河本身,工程兵团用贾德温计划取代了“唯堤坝”,该计划增加了支流上的水坝以及旁路渠道和其他措施,自 1927 年以来,这些措施在很大程度上保护了密西西比河下游河谷,包括在 2011 年和现在的 2019 年等极端事件期间。

从 1927 年快进到现在,并将视角从密西西比河下游扩大到整个美国。堤坝仍然是保护全国各地社区和洪泛区农业的主要工具。堤坝保护辅之以水坝和旁路以及非结构性措施,例如在国家洪水保险计划下限制和缓解洪水易发地区的开发。美国也开始了一些“为河流留出空间”的实验,即局部堤坝后退可以提高附近人口中心的防洪安全性,并提供广泛的环境和娱乐效益。但是……每次天空阴沉,河流上涨时,洪泛区居民及其政治代表所呼吁的是更多、更大的堤坝。

例如,在 2007 年发生大范围洪水之后,工程兵团制定了密西西比河上游综合计划,这是一项花费约 60 亿美元扩大伊利诺伊河和密西西比河上游沿线大部分农业堤坝以达到 500 年保护级别(约 0.2% 的年度洪水风险)的全面提案。尽管有这样的价格标签,并且官方的效益成本比为 0.05——每投资 1 美元的回报为 5 美分——该计划还是获得了工程兵团密西西比河流域委员会和三个州州长的认可。尽管国会从未为该计划拨款,但倡导者今天仍在继续为其游说。

2019 年的汛期开始较早,3 月份密苏里河及其支流的部分地区已经出现了创纪录的洪峰。此后,洪水灾害波及了美国中部和中南部地区的许多河流和广阔区域。维修费用和总洪水损失目前仍然未知,但仅在奥马哈和密西西比河交汇处的密苏里河上,修复 160 处堤坝缺口将耗资 19 亿美元(根据斯佩尔曼少将 2019 年 7 月 10 日在国会上的证词)。

此外,国会目前正在准备以 2020 年计划的《水资源开发法案》(WRDA) 的形式对基础设施进行大规模投资。在最近的听证会上——在以洪水为主的头条新闻中——委员会成员迅速将讨论的重点放在与洪水相关的基础设施和项目上。正如工程兵团民事和应急行动负责人迈克尔·沃尔什少将在《进步农民》杂志的一篇文章中所说的那样,“永远不要浪费一次良好的紧急情况。”

堤坝似乎是洪水过后本能的反应。居民和政治家们想象着坚不可摧的屏障,可以“一劳永逸”地解决洪水风险。联邦紧急事务管理局 (FEMA) 目前正是以这种方式绘制美国洪水地图——将至少达到 100 年洪水水平的堤坝后方的土地从洪泛区中移除,就像魔术棒一样。实际上,堤坝总是会在受保护区域留下所谓的洪水“残余风险”,而且没有洪泛区居民应该在晚上睡觉时认为他们的洪水风险已完全消失。

此外,通过将水排除在洪泛区的一个部分之外,堤坝会将洪水风险转移到对岸、上游以及一定程度上也包括下游的邻近土地。尽管如此,正如查尔斯·埃利特大约 170 年前所阐述的那样,堤坝在美国的洪水风险管理中发挥着作用。诀窍是将它们用作广泛的保护策略组合的一部分。

2019 年的洪水可能是一个十字路口,我们的国家应对措施要么是全力投资大规模的“唯堤坝”维修,要么我们可以采取一些谨慎的步骤,明智而有效地利用这笔投资。目前,管理洪水后堤坝维修的联邦法规(公法 84-99)“提供了工程兵团所有活动中最慷慨的成本分摊公式”(C. Berginnis,州洪泛区管理者协会,2019 年 7 月 10 日在国会上的证词)。“惯犯”堤坝在没有统计过去的维修次数或纳税人成本的情况下进行维修。据报道,工程兵团正在考虑放宽要求,以便那些未履行其在 PL 84-89 下义务的堤坝运营商仍然可以获得资金维修。

为了应对 2019 年和未来的洪水,工程兵团和国会可以借鉴联邦紧急事务管理局的经验。国家洪水保险计划从痛苦的经验中了解到,在美国洪泛区一再就地重建的“重复损失”财产需要政策触发因素,以鼓励缓解替代方案。反复获得堤坝维修资金的接受者也可能被要求考虑替代方案,例如堤坝后退(为河流留出空间)甚至财产收购,这些目前没有资格获得 PL 84-99 资金。更系统地说,地方管辖区和美国整个社会都需要认识到居住在堤坝后方的“残余风险”,并将新的开发引导到替代的和防洪安全的地点。

我曾经接受一位记者的采访,他以“平特教授,你为什么讨厌堤坝?”来打破僵局。我笑了,然后解释说堤坝是如何在用于管理洪水风险的多样化工具包中发挥有价值的作用。这并不是什么新知识。美国近一个世纪前就了解到,“唯堤坝”是一条失败的道路。今天在 2019 年,以及在未来不可避免的洪水之后,我们需要抵制政治权宜之计的诱惑,并应用如何最好地管理我们的洪水风险的来之不易的经验教训。

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