文 |《中国科学报》记者 王昊昊 通讯员 王振亚
暴雨山洪来临，别人都避之不及，杨波却是特殊的逆行者。
“我们都是追着暴雨洪水跑。”他不是救援人员，而是一位科研人员。作为河流防洪等领域的研究者，杨波需要在第一时间知道，暴雨洪水来临后究竟发生了什么，以便寻找
极端天气情境下提高河流防洪能力的更优策略。
杨波向《中国科学报》记者展示了诸多他“逆行”的照片。今年7月在甘肃、青海等地的经历，让这个“追雨人”灵感突现，提出一种新的生态防洪体系。随后，他仅用4个多月时间就成功在Science的同期Letters封面发表文章，长沙学院为第一署名单位，华中科技大学和武汉大学为共同合作单位。
Science的Letters封面文章
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通常，Letters文章篇幅较短，主要围绕一个特定的主题进行讨论，便于读者快速了解研究的主要发现和意义。并且，该栏目文章同样需要经过严格的同行评审过程，确保其科学性和可靠性。
“我们忽略了小型湿地在河流防洪中的重要作用。”该文章中，杨波等提出应系统地规划和构建覆盖全流域、基于小型湿地群落的生态防洪体系，为全球气候变化条件下可持续的河流防洪管理提供了创新方案。
“研究电的怎么去搞洪水了？”
在长沙学院官网搜索杨波，关于他的介绍是该校电气学科带头人，长期从事大电网安全稳定问题的理论研究和工程应用工作。
今年9月，杨波团队还在Nature上发表文章，揭示过度储能对电力系统安全带来的潜在威胁，颠覆了人们对储能技术的传统认知。
值得一提的是，Nature文章和此次Science文章均打破了长沙学院在这两本顶刊上发表研究成果的校史。
关于洪水的Science文章发表后， 不少朋友都疑惑，一直研究电气的杨波，怎么“转战”洪水了？
“其实我们一直在跟水打交道，水电站发电调度、流域水风光储一体化开发等都必须掌握水的规律。”杨波表示，水电工程的运行与气象服务密不可分，水电要发挥其最大潜能，首要的就是关注气象，解决防洪问题。
三峡水电站是世界上规模最大的水电站。杨波以该水电站为例解释说，三峡水电站有发电、航运、灌溉等十多种功能，但其最重要的功能之一是防洪。研究者要根据气象信息预测水电站的入库洪水量做好防洪调控，同时测定其发电量等。
近年来，极端天气事件频繁发生，暴雨洪涝干旱等灾害的突发性、极端性、反常性越来越明显，突破历史纪录、颠覆传统认知的水旱灾害事件频繁出现。
我国是世界上河流最多的国家之一，其中流域面积100平方公里以上的有5万多条。“这警示我们，任何一个流域、一条河流，都有可能发生极端洪涝灾害。”持续关注洪水的过程中，杨波开始思考为什么洪水难防、有没有更好的防洪模式。
2023年，水利部印发《中小河流治理建设管理办法》，明确了对我国流域面积200平方公里至3000平方公里的11169条中小河流治理目标、治理标准等，包括堤防加固、护岸、渠化工程、疏浚等提升流域整体防洪减灾能力的措施。
这些年里，杨波的足迹遍布湖北、河南、青海、甘肃等地，先后实地考察了黄河、长江等我国的大小河流以及三峡、葛洲坝等水电站和当地的大小湿地。他还曾赴南美洲考察亚马孙河、巴拉那河、伊瓜苏河、伊泰普水电站和当地防洪管理方法。直到今年7月，探索研究防洪新思路多年的他，在一次考察中豁然开朗。
没等到洪水却获得了灵感
今年7月22日至24日，甘肃省出现1961年以来最强区域性暴雨。在此期间，青海省也迎来今年入汛以来最强降水。
杨波此前到过几个西北地区的城市，但没系统地对当地的河流等进行考察。关注到未来一周甘肃、青海等地将出现大暴雨，他决定和团队用一周时间实地考察，观察暴雨后的洪水演变过程。“我们当然不希望暴雨、洪灾发生，但大暴雨导致洪灾的试验和测试环境是可遇不可求的。”
“西北地区大部分处于干旱、半干旱地区，土质松软，生态环境脆弱，一旦有强降雨，引发山洪的可能性更大，山洪暴发速度也更快。”7月15日，杨波带着两位团队成员赶到兰州。
出发前，杨波就查询到未来几天甘肃会有大暴雨。然而，他们在兰州等待了两天，天气预报预测的大暴雨依然没有出现。
“兰州没有下雨，我们便沿着黄河沿线进行了考察。”考虑到原计划的考察时间不多，后续还有其他科研安排，杨波便放弃等待，和团队成员北上。当时天气预报显示兰州周边多地有暴雨，他们便决定到武威和张掖试试。
杨波和团队成员在兰州考察当地水文情况
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武威冰沟河是祁连山脉独特的地理奇迹，因祁连山冰川融化形成的河流而得名。这是一处以雪山、天池、瀑布、森林、草原、河流等自然风光为主的生态旅游区。7月18日抵达武威后，杨波带队赶往冰沟河。
当前我国的防洪手段主要采取护岸固堤等技术手段，杨波一直在思考如何将技术手段和河流的周边生态结合起来，做到技术防洪和生态防洪的有机结合。
眼前的冰沟河，让杨波灵感突现，“那就是我苦寻的技术和生态防洪样板。”杨波说，沿着冰沟河绕过几道弯，一片开阔的湿地突然映入眼帘。“河两岸是小山，两山之间形成一片湿地。我当时就构想，下暴雨时湿地应该会被淹没变成小湖，而雨退后又会变回湿地，这里也几乎不用修水库和防洪设施来调节河流水量。”
冰沟河两岸的湿地
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“如果每条河流都有多个这样的湿地，那洪水来之后，这些湿地可以成为理想的泄洪区，技术防洪的压力就会小很多。”杨波想在冰沟河验证他的想法，观察暴雨后河流走势和水量等，可那几天没有下暴雨。
杨波在冰沟河考察调研
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除了考察冰沟河，杨波团队还到附近的村庄考察。在这里，他们对小湿地规模大小、流域合理布局、农村湿地形态及河流走势等和防洪管理之间的有机衔接有了更新的认识。
随后，杨波和团队成员又“追雨”来到张掖，考察了流经当地的黑河，却依然没有遇上天气预报中的暴雨。7月21日，青海发布地质灾害红色预警，提示该省的门源县、大通县等地将有大雨、局地暴雨，他们又决定赶往西宁市。
其实，预警发布后当地已不建议民众前往预警区域了，但杨波一心想验证自己在冰沟河的想法。
杨波团队从张掖赶往西宁途中道路抢修现场
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“从张掖到西宁约340公里，一般开车4个多小时即可抵达。我们一早出发，一路上雨时下时停，一些路被冲毁正紧急抢修，加上车多路窄，用了足足十个多小时，天黑才赶到。”杨波说，这趟行程中，他见到了更多类似冰沟河的河流-湿地布局，对生态防洪的构想更有信心了。
既要“技术派”又打好“生态牌”
7月25日，杨波正式结束他的西北考察，原计划一周的考察花了整整十天。
“没有暴雨、洪水是好事。”虽然一路上他们与天气预报中的暴雨一次次擦肩而过，但杨波因冰沟河的考察而灵感突现。回长沙后，他立即整理思绪，完成了此次Science文章的写作。8月4日正式投稿，不到4个月就正式发表。
“科研中的灵感确实很重要，但这也离不开此前多年的研究积累。”文章中，杨波针对河流防洪管理难题，提出系统地规划和构建覆盖全流域的、基于小型湿地群落的生态防洪体系，并与河流的堤防加固、导流工程、水库群调度等技术干预措施协同，有效提升极端情境下河流防御洪水的能力。
生态防洪体系如何发挥作用？杨波解释说，湿地能够涵养水源，就像一块巨大的海绵，只有将这些“海绵”和河流形成连通的水系，遇到暴雨洪水时它们才能真正发挥作用，缓冲突如其来的洪水冲击。
在全球环境问题日益严峻背景下，生态文明建设已成为中国乃至世界发展的重要议题。杨波在此前的调研中发现，多数国家的防洪策略主要是采取一些技术手段进行干预，却没有把生态因素考虑进去。美国、英国等国有专门的湿地保护方案，但没有将小湿地纳入到国家防洪体系中去。
今年10月，西班牙东南部地区遭遇强降水，引发严重洪灾，多地基础设施受损，陆路和航空运输受到影响。其中巴伦西亚自治区奇瓦镇的8小时内降水达491毫米，超过此前20个月降雨总量。
巴伦西亚有“阳光之城”美誉，年降雨量少。“西欧国家更趋向于自然防洪，没有过多的防洪设施和应对措施，比如巴伦西亚这样的城市连水坝都很少，当极端天气来临引起洪灾时，会在短时间内造成巨大的破坏。”杨波表示。
“从原理上说，合理规划小湿地规模与布局可以改变强降雨后水量的时空分布。若与传统的技术干预措施协同工作，将会形成一个流域的综合防洪体系，提升洪水应对能力，达到‘1+1>2’的效果。”杨波说，湿地在调节水资源、保护生物多样性方面起着不可或缺的作用，该防洪方案在保证防洪安全的同时，也为湿地的可持续发展提供了推动力。
未来，该如何利用生态防洪体系有效防洪？对此，杨波表示，洪水防控的国际标准和国家标准应认识到小湿地的关键作用。以前防洪是“技术派”，未来则要在此基础上打好“生态牌”，既要做好技术防洪措施、建好防洪基础设施，又要把生态防洪和技术防洪深度结合起来。
湿地是城市可持续发展的重要生态基础设施，农村则有池塘、沟渠、运河、水坝、小溪流等湿地资源。杨波建议，农村应借助这些资源创造小湿地与农村河流无缝衔接的闭环。城市规划人工湿地时，地方政府应根据本地年雨量和河流的洪水承载力，确保人工湿地有效分布，将湿地和流经城市的河流无缝衔接起来，形成河流-湿地集成生态系统，增强暴雨期间河流的雨水承载能力，不断提高防洪效率。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads2055
https://www.nature.com/articles/d41586-024-02896-3
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