水坝与堤防的复合效应重塑长江洪水动力学，并揭示忽视堤防会导致的重大风险估计偏差

为什么河流防御与日常生活息息相关

随着气候变化带来更强烈的暴雨，越来越多的人面临灾难性河流洪水的威胁。在中国长江沿线，超过4亿居民依赖水库和土质堤防（堤坝）来阻挡上升的河水。然而，大多数全球性的洪水风险研究只考虑了水坝，往往把堤坝当作次要因素。本文表明，忽视堤坝会严重扭曲关于谁与什么真正处于风险之中的估计，并提出了一种新方法，展示这两类防御措施如何在世界上最大河流之一的不同河段中协同工作——有时甚至彼此相互抵触。

一条被人塑造的巨河

长江流域自雪峰源头伸展约6300公里，直至面向东海的低洼三角洲。它提供了中国约40%的水资源和超过三分之一的粮食，但也以毁灭性洪水著称，如1998年和2021年的灾害。为驯服这条河流，工程师建造了数百座大型水库（包括三峡大坝），以及沿中下游岸线延绵的长堤。水坝在上游形成巨大的蓄水库，而堤防则构成抬高的堤墙，防止洪水漫溢到城镇和农田。直到现在，大多数大尺度洪水风险模型都表示了水坝，但未纳入堤防，主要因为堤防更难以绘制并用简单方程描述。

既有水坝又有堤墙的数字化河流

作者使用一种名为CaMa-Flood的专用计算模型，重建1980年至2019年间水在长江河道与泛滥平原中的流动方式。他们向模型输入每日径流估算、河流网络的详细地图，以及描述327座主要水库和堤防位置与高度的新数据集。然后他们运行四种替代历史情景：没有主要构筑物的“自然”河流；仅有水坝的河流；仅有堤防的河流；以及两者并存的河流。通过比较这些情景，他们可以分辨每类基础设施对洪峰、枯水流量和淹没面积的不同影响，并将模拟结果与流域内32个监测站的实测水位与流量进行校核。

不同防御，各有分工

分析显示，水坝与堤防在流量谱的不同区间表现各擅胜场。水坝主要充当巨大的缓冲器：在湿润期蓄水，随后缓慢释放，使枯水与中等流量更为稳定，并提高模型在干旱与常态条件下的精度。相比之下，堤防对下游水量影响不大，但强烈改变水流去向。通过把洪水限制在河道内而非扩散到泛滥平原，堤防使模拟的洪峰更尖锐，从而使高流量行为更贴近观测值。当两类构筑物同时存在时，整体表现最为均衡并在流域范围内更为一致，尽管单一指标可能并非最佳。换言之，水坝有助于把握体量（流量），而堤防有助于把握洪峰的形状与时序。

在人为控制下，洪水如何缩小并发生位移

当视角从河道断面扩展到周边土地时，模型显示水坝与堤防共同显著减少重大事件中被淹没的流域面积。与未加调控的自然河流相比，仅水坝可将年最大淹没面积约减少一半，而仅堤防则可大约减少三分之二。当两者并存时，平均减幅约为65%，且在季风高峰期出现深水的天数和地点明显减少。然而，情形并非单方面的绝对安全。在大型水库上游，蓄水可提升局部洪水水位；而在堤防下游被严密围住的河道可携带快速且更高的流量，一旦防御失效则构成风险。研究还发现，在许多地点，一旦建成坚固的堤防，新增上游蓄水对淹没面积的进一步缩减仅有限，这暗示了新增上游设施的边际效益递减。

这对洪水风险与规划意味着什么

对非专业读者而言，关键结论是：计算洪水风险时只算水坝而不计堤防会给出误导性的危险图景。忽视堤防的模型平均会高估约15%的淹没面积，在像1998年那样的极端年份则可能高估超过30%，因为这些模型允许水在现实中已被围堤并常被高度开发的泛滥平原上铺散。同时，堤防制造的表面安全可能掩盖新的脆弱点，例如河道内更高的水位以及一旦堤防被漫顶或决口时更严重的后果。通过构建水坝与堤防如何共同重塑长江洪情的统一视角，这项工作为未来防护规划、优化水库运行以及决定在哪里真正需要额外防护或更多基于自然的解决方案提供了更现实的基线，尤其在气候持续变暖的背景下。

引用: Xu, S., Sun, H., Zhang, L. et al. Compound effects of dams and levees reshape Yangtze flood dynamics and reveal substantial risk misestimations from ignoring levees. Sci Rep 16, 13298 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41694-x

关键词: 长江洪水, 水坝与堤防, 洪水建模, 基础设施风险, 气候驱动的洪涝