10月19日，秋雨落金陵，中国工程院工程科技学术研讨会——第五届水安全与可持续发展国际会议在南京开幕。

在特邀报告《城市水安全：需要重新认识城市和感知城市》中，中国工程院院士、北京科技大学城镇化与城市安全研究院院长岳清瑞谈到，城市水安全并非单一指标，而是自然、工程与社会要素共同作用形成的系统性能力。因此，对城市水安全的研究与监测思路不能停留在传统供排水工程，应当把城市视作一个复杂巨系统，从完整的城市水安全全局出发开展研究，并实现精准监测。

岳清瑞作特邀报告。主办方供图

城市水安全挑战重重

“水既是生命的保障，也是经济的支撑，更是生态调节的重要方面。但水同时会给城市带来安全风险。”在报告中，岳清瑞开门见山地指出。

近年来，城市水安全的多重挑战让他十分关切。他指出，城市供排水系统是城市“巨系统”中关键的子系统之一，“水安全出问题，会使城市功能受到巨大影响，甚至导致城市瘫痪。”

岳清瑞介绍，第一重挑战是气候变化。他用一组数据阐释气候变化对城市水安全的效应：就极端降水频次而言，中等温室气体排放情景下，极端降水概率约提高32%，高排放情景下约提升55%。“当下，我们已经接近高排放场景，可以说，目前所遇到的城市洪涝、城市干旱，都与气候变化密切相关。”

其次，全球水循环波动加剧，洪旱风险并存。统计表明，城市中三个月尺度的干湿急转，与20世纪中叶相比增加了30%至60%。

“与此同时，快速城市化放大了暴雨的城市效应。”岳清瑞解释说，从自然和低开发场景变为高密度城市，会使不透水面增多，使洪涝风险由过去单纯的气候外部驱动，转变为与城市下垫面、排水网络的内部变化共同促成。“上游来水、局地暴雨、下游顶托和排水能力四类因素同步作用，加大了城市极端洪涝等水安全风险。”

在岳清瑞看来，研究并攻克这些城市水安全挑战，需从城市巨系统的角度来入手，从载体层、主体层和支撑层出发，考量物质流、能量流、信息流、价值流和风险流。例如，城市水存在两种循环：自然水循环与人工水循环。“对于二者之间的交互耦合机制，现有研究仍存在不足，有待进一步加强。”

此外，以城市洪涝为例，他强调，认识城市洪涝的关键，不只在于极端气象带来的水越来越多，更要关注城市系统整体状况可能发生的临界转变。

“从认识城市出发，以水为切入走向风险感知和协同预警，是我们做城市水安全韧性研究的主要思路。”岳清瑞总结说。

高精度“慧眼”监测

岳清瑞认为，从城市系统整体视角出发，过去面向城市水风险，针对水流以及构筑物应力、应变、形变加速度等要素的常规监测手段还很不足。

此外，城市面积往往有上百平方公里，甚至上万平方公里以上。他提出，唯有广域监测手段才能精准感知并预警城市水风险。

“卫星正具备这样的广域能力。”他介绍，可综合运用卫星遥感、干涉雷达（InSAR）开展精准监测，构建天?空?地协同的监测预警体系，使能力达到“1+1+1=3n”水平。

岳清瑞形容，高精度的感知监测能力，犹如城市水安全的“慧眼”。他同时对“慧眼”的精度提出了高要求：用于建筑和基础设施的安全监测，总体精度不应低于2毫米、重点部位达到1毫米以内；单幅影像不小于1000平方公里；卫星重轨周期达到小时级。

他以近年多起典型灾害事故作了回溯分析：对于房屋倒塌、体育馆垮塌事件来说，如果具备上述精度，可以提前数天观测到至少是毫米级的变形，从而做到提前预警；对于高速塌方、山体滑坡等重大事故，基于天-空-地协同监测方案，可以做到提前10小时以上乃至两天以上的监测。

他介绍，InSAR作为解决这些问题的强有力技术，虽已应用多年，但过去大多止于信号解算理论，数据未经验证或无法验证。因此，岳清瑞团队将攻关重点放在精度标定、数据融合与数据的可验证性上，先后开发自主解译软件，构建雷达信号特征与房屋结构先验知识紧耦合的架构，研发面向天地协同精度提升的地面增强材料和装备。

在标定验证场，岳清瑞团队已实现天-地协同验证：多层建筑精度可达0.4毫米，超高层建筑可达1.7毫米。

谈及监测效率，岳清瑞介绍，相关技术过去主要依赖欧洲卫星，近年国内商业航天发展迅速，有望在3至5年内拥有百颗以上小卫星。但他同时提示，必须提升卫星质量、开展多元跨数据融合。“我们有望建立全球首个小时级的城市安全监测星座体系，可覆盖全国99%以上的国土面积，也可以向其他国家开展服务。”

目前，团队已针对房屋、桥梁、道路、堤坝等六类建筑建立表征关系并编制标准；在广州完成约7000平方公里的房屋筛查，并从单一场景拓展到多重外部风险源监测，在北京、深圳等地开展应用。

报告最后，岳清瑞总结道，城市有了风险感知的“慧眼”，还需研判预警的“大脑”与应急处置的“巧手”。三者协同配合，才能推动我国城市水安全保障能力走向成熟。