作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2020/7/15 10:17:41
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夏军院士:应对洪灾亟须改进治水思路

 

6月以来,我国南方地区暴雨集中,部分地区洪涝灾害严重。目前,长江干流监利以下河段及洞庭湖、鄱阳湖和太湖水位仍处于超警状态。

在大坝等水利设施建设成就斐然,遥感、AI等预报预防技术突飞猛进的今天,为何还是灾害频繁、损失惨重?为此,本报采访了中科院院士、武汉大学水安全研究院院长夏军。

《中国科学报》:时至今日,我们为什么还是洪灾不断、损失巨大?

夏军:防洪减灾一直是流域管理和水安全的一个重要方面。由于洪水发生的机理复杂且具有很大不确定性,迄今为止,人类只能抵御一定数量级的洪水。当前地球系统演变面临高强度人类活动和全球气候变化的剧烈影响,极端气候事件和水文事件频发、大洪水发生的概率越来越大。另一方面,随着人口和社会经济的发展,一旦发生大洪水,面临的洪灾损失也越来越大。

多年来,我国的治水方略一直是工程措施与非工程措施并举。1998年长江全流域特大洪水之后,开始了大江大河治理、病险水库除险加固、重点城市防洪工程建设、行蓄洪区安全建设等工作,修建了三峡水库等一批控制性水利工程,使大江大河的防洪能力得到很大提高。同时,应用先进的水文信息技术和水文模型,建设了一批洪水预报预警系统,在防洪调度等方面发挥了重要作用。

总体来看,我国每年中小河流还是洪水频繁、灾害不断。我们要提高警惕、进行系统性防御,同时也要面对不断变化的环境,及时总结经验教训,采取适应性应对措施与策略,尽可能减少大洪水造成的损失。

《中国科学报》:今年长江流域水情和往年相比有何不同?

夏军:最近我和长江科学研究院教授陈进研讨时,提出一个问题:今年长江中下游出现高水位,可能原因之一是长江岸线两侧的洲滩不行洪造成的,过去荆江安全泄洪量可以达到56700立方米每秒,现在汉口流量才55000立方米每秒,水位就达到28.66米, 圩堤、子堤不行洪,就会造成长江槽蓄能力下降。当然,这只是问题的一个方面,如何处理好发展和保护的关系,如何做到人水和谐,的确是长期以来摆在我们面前的一个难题,需要站在流域综合治理,系统治理角度认识。

今年长江中下游梅雨期较往年早,且梅雨量偏大,影响范围广,在长时间暴雨影响下,清江、乌江、洞庭湖水系和鄱阳湖水系全面涨水,长江干流多站超警戒水位。6月1日至7月7日,长江中下游地区出现了6次强降雨过程,长江流域平均降水量346.9毫米,为1961年以来同期第二位,超过1998年同期数据。目前梅雨期仍未结束,七月下旬到八月上旬将是长江中下游抗洪最关键的时期。

《中国科学报》:我们应从什么地方着手解决“城市看海”、农村受灾的问题?

夏军:长江流域无论上游重庆、还是中游的武汉等城市,今年都洪涝灾害严重。当前我国频发的城市洪涝、“城市看海”问题是由气候变化、下垫面改变、雨洪管理等多因素共同作用所造成。全球变暖导致极端降水事件明显增多,局部地区暴雨强度和频率明显增加;雨洪管理存在排水除涝标准总体偏低、管理能力薄弱、排水管网堵塞严重等问题;城市道路和建筑物密度增加,使不透水面积比例增加,导致汇流较快,这些也是导致洪涝灾害频发的另一个原因。此外,城市建设过程中侵占自然河湖及滩地,导致蓄滞洪等能力降低,也是引起“城市看海”的原因之一。

人口高度聚集、经济高度发达的城市化面对的洪水灾害和影响会更加严峻,风险也会更高。因此,确迫切需要改进治水思路,寻求基于自然的解决方法,探索将传统工程措施与“蓄—滞—渗”的绿色基础设施和科学的江湖调控结合起来的“灰—绿—蓝”统筹的系统治水新思路。

从水文学角度来看,解决城市内涝问题,要尽可能消除城市化建设带来的不利水文效应,将城市雨水土壤入渗量、塘堰雨水滞蓄量、河湖和湿地调蓄量尽可能恢复到自然状态。此外,还需要客观评估城市基础设施能够抗御洪涝灾害的能力,包括全方位监测与监控系统;雨污分流、河湖联通、修复湿地、恢复洼地、建设源头LID(低影响开发理念),建设分散性大型蓄水深隧、多用洼地等工程措施;暴雨内涝预警预报,科学调度与管理,建设后评估与跟踪系统等非工程措施;绿色城市的发展体制建设与制度创新等。

以武汉市为例,2016年发生严重内涝,其原因不仅与城区降大暴雨有关(7天降雨量占全年44%的雨量),也与长江和汉江的外江水位高、外排能力不够有关。此后,武汉市加大了排洪能力改造,其中心城区排涝能力大大提升。今年入梅以来,武汉市中心城区内涝情况明显改善。

在我国广大农村地区,仍面临水利基础设施建设薄弱的问题。水利病险工程多、排涝设施不达标等短板使洪灾风险加大。此外,多数农村地区是水利信息化建设的盲区,迫切需要提高洪水监测预警能力、水利工程河湖监控能力,通过智慧水利建设,全面提升农村地区的洪水监测预警、防洪调度管理的信息化水平。

《中国科学报》:您曾提出“城市水系统5.0版本”,我们应怎样理解这一水治理理念?

夏军:传统的城市水循环系统,更多关注以自来水厂—污水处理厂为核心的“供—用—耗—排”系统。目前担任住建部海绵城市建设技术指导专家委员会主任的任南琪院士,称其为“城市水循环系统2.0版本”。随后,任南琪院士提出“自来水厂—>污水处理厂—>城市水体与湿地”为核心的“绿色+灰色”海绵城市理念的“城市水循环系统3.0”,并发展提出了“城市水循环系统4.0版本”,极大发展了海绵城市建设的“LID+水循环”认识。

近年来,对水资源管理,越来越多的人从水系统角度出发,研究社会—水文—生态之间的联系,将自然科学与社会科学相融合以研究当前水问题是国际地球系统水科学发展前沿。随着我国海绵城市建设的实施,一些问题也逐渐显现。比如针对海绵城市的水循环调控研究,多为单一尺度的城市水循环管理研究,而较少对多尺度水循环过程进行统一调控研究。在此基础上,我和团队提出“城市水循环系统再认识与改进的5.0版本”(简称城市水系统5.0)框架,认为城市水循环应包括“降雨—蒸散发—调蓄—径流”城市自然水循环和“供—用—耗—排”联系城市人工侧支水循环。海绵体从传统的LID小海绵,城市管网给排水的中海绵,一直到城市江河湖库的大海绵形成相互联系的城市水系统。简单说,城市水系统5.0强调城市低环境影响开发(LID)的策略,要与城市给排水、治污和生态修复的城市绿色发展结合,要与城市联系的江河湖库的中等级别“海绵”以及城市互动的大江大河的“大海绵”功能相结合,采用系统思维、系统治理与城市经济社会可持续发展结合,增加城市应对全球变化和灾害影响的弹性,促进城市高质量的经济社会绿色发展。

《中国科学报》:像武汉、上海、北京这样的城市,预计什么时候能达到“城市水系统5.0”的目标。

夏军:针对当前我国城市化迅猛发展以及面临的突出水问题,我们正在不断研究和完善城市水系统5.0相关的框架,并逐步开始长江大保护城市群绿色发展的实践。针对城市内涝、黒臭水体治理、水生态修复及绿色发展需求等,我们研发了城市水循环时变增益非线性产汇流V1.0模型(TVGM-Urban V1.0)及纳入多尺度水循环耦合的城市水系统5.0模拟平台,我们称之为“城市模拟器”,即城市复杂系统的综合研究与系统治理。希望通过研发的城市模拟器平台,不仅能够模拟包括城市化的水循环以及洪涝过程、面源等污染物质迁移转化过程,而且能够模拟包括城市道路、管网建设、绿地建设、河湖生态保护和居民社区LID建设以及城市水系统管控多个方面,这也是未来城市建设亟待以及解决的关键技术和重要的科学管理的基础与国家重大需求。目前我们研发的城市模拟器V1.0模型已经在武汉、重庆、深圳等城市开展应用。

《中国科学报》:在城市水系统5.0建设方面,我们应做些什么?

夏军:城市水系统5.0涉及土木水利、环境、生态、经济、社会等多个领域,开展城市水系统5.0的建设需关注以下几个方面。

一是应用先进技术。通过利用RS等监控、大数据、人工智能等新的理论与方法,发展智慧城市水系统规划与管理新的技术,提升城市内涝防治、环境治理、生态修复和社会福利等生态服务价值和应对灾害灾难风险的预警与管理、决策功能。二是多学科的交叉合作,尤其城市社会学、经济学、监测监控联系的智慧管理的大数据、人工智能AI综合等。加强不同学科之间的交叉及协同攻关,开展自然科学与社会科学的综合集成研究。三是加强多部门的协同合作。建立跨部门的协同工作机制,共同推进城市水问题系统治理,提升水问题治理能力。

 
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