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夏軍院士:應對洪災亟須改進治水思路

时间:2020-07-15 14:50

來源:中國科技報

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  6月以來,我國南方地區暴雨集中,部分地區洪澇災害嚴重。目前,長江幹流監利以下河段及洞庭湖、鄱陽湖和太湖水位仍處于超警狀態。

  在大坝等水利设施建设成就斐然,遥感、AI等预报预防技術突飞猛进的今天,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。

  《中國科學報》:時至今日,我們爲什麽還是洪災不斷、損失巨大?

  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,随着人口和社會经济的发展,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術和水文模型,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。

  總體來看,我國每年中小河流還是洪水頻繁、災害不斷。我們要提高警惕、進行系統性防禦,同時也要面對不斷變化的環境,及時總結經驗教訓,采取適應性應對措施與策略,盡可能減少大洪水造成的損失。

  《中國科學報》:今年長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,需要站在流域綜合治理,系统治理角度认识。

  今年長江中下遊梅雨期較往年早,且梅雨量偏大,影響範圍廣,在長時間暴雨影響下,清江、烏江、洞庭湖水系和鄱陽湖水系全面漲水,長江幹流多站超警戒水位。6月1日至7月7日,長江中下遊地區出現了6次強降雨過程,長江流域平均降水量346.9毫米,爲1961年以來同期第二位,超過1998年同期數據。目前梅雨期仍未結束,七月下旬到八月上旬將是長江中下遊抗洪最關鍵的時期。

  《中國科學報》:我們應從什麽地方著手解決“城市看海”、農村受災的問題?

  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標准总体偏低、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、經濟高度發達的城市化面對的洪水災害和影響會更加嚴峻,風險也會更高。因此,確迫切需要改進治水思路,尋求基于自然的解決方法,探索將傳統工程措施與“蓄—滯—滲”的綠色基礎設施和科學的江湖調控結合起來的“灰—綠—藍”統籌的系統治水新思路。

  從水文學角度來看,解決城市內澇問題,要盡可能消除城市化建滲量、塘堰雨水滯蓄量、河湖和濕地調蓄量盡可能恢複到自然狀態。此外,還需要客觀評估城市基礎設施能夠抗禦洪澇災害的能力,包括全方位監測與監控系統;雨汙分流、河湖聯通、修複濕地、恢複窪地、建設源頭LID(低影響開發理念),建設分散性大型蓄水深隧、多用窪地等工程措施;暴雨內澇預警預報,科學調度與管理,建設後評估與跟蹤系統等非工程措施;綠色城市的發展體制建設與制度創新等。

  以武漢市爲例,2016年發生嚴重內澇,其原因不僅與城區降大暴雨有關(7天降雨量占全年44%的雨量),也與長江和漢江的外江水位高、外排能力不夠有關。此後,武漢市加大了排洪能力改造,其中心城區排澇能力大大提升。今年入梅以來,武漢市中心城區內澇情況明顯改善。

  在我國廣大農村地區,仍面臨水利基礎設施建設薄弱的問題。水利病險工程多、排澇設施不達標等短板使洪災風險加大。此外,多數農村地區是水利信息化建設的盲區,迫切需要提高洪水監測預警能力、水利工程河湖監控能力,通過智慧水利建設,全面提升農村地區的洪水監測預警、防洪調度管理的信息化水平。

  《中國科學報》:您曾提出“城市水系統5.0版本”,我們應怎樣理解這一水治理理念?

  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術指导專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,研究社會—水文—生态之间的联系,将自然科学与社會科学相融合以研究当前水问题是國際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會可持续发展结合,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會绿色发展。

  《中國科學報》:像武漢、上海、北京這樣的城市,預計什麽時候能達到“城市水系統5.0”的目標?

  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”,即城市复杂系统的綜合研究与系统治理。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術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。

  《中國科學報》:在城市水系統5.0建設方面,我們應做些什麽?

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

  一是应用先进技術。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術,提升城市内涝防治、环境治理、生态修复和社會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,尤其城市社會学、经济学、监测监控联系的智慧管理的大数据、人工智能AI綜合等。加强不同学科之间的交叉及协同攻关,开展自然科学与社會科学的綜合集成研究。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。

編輯:徐冰冰

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