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夏軍院士:應對洪災亟須改進治水思路

時間: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,長江干流監利以下河段及洞庭湖、鄱陽湖和太湖水位仍處於超警狀態。

  在大壩等水利設施建設成就斐然,遙感、AI等預報預防技術突飛猛進的今天,為何還是災害頻繁、損失慘重?為此,本報採訪了中科院院士、武漢大學水安全研究院院長夏軍。

  《中國科學報》:時至今日,我們為什麼還是洪災不斷、損失巨大?

  夏軍:防洪減災一直是流域管理和水安全的一個重要方面。由於洪水發生的機理複雜且具有很大不確定性,迄今為止,人類只能抵禦一定數量級的洪水。當前地球系統演變面臨高強度人類活動和全球氣候變化的劇烈影響,極端氣候事件和水文事件頻發、大洪水發生的概率越來越大。另一方面,隨着人口和社會經濟的發展,一旦發生大洪水,面臨的洪災損失也越來越大。

  多年來,我國的治水方略一直是工程措施與非工程措施並舉。1998年長江全流域特大洪水之後,開始了大江大河治理、病險水庫除險加固、重點城市防洪工程建設、行蓄洪區安全建設等工作,修建了三峽水庫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。同時,應用先進的水文信息技術和水文模型,建設了一批洪水預報預警系統,在防洪調度等方面發揮了重要作用。

  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,採取適應性應對措施與策略,儘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?

  夏軍:最近我和長江科學研究院教授陳進研討時,提出一個問題:今年長江中下游出現高水位,可能原因之一是長江岸線兩側的洲灘不行洪造成的,過去荊江安全泄洪量可以達到56700立方米每秒,現在漢口流量才55000立方米每秒,水位就達到28.66米, 圩堤、子堤不行洪,就會造成長江槽蓄能力下降。當然,這只是問題的一個方面,如何處理好發展和保護的關係,如何做到人水和諧,的確是長期以來擺在我們面前的一個難題,需要站在流域綜合治理,系統治理角度認識。

  今年長江中下游梅雨期較往年早,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,長江干流多站超警戒水位。6月1日至7月7日,長江中下游地區出現了6次強降雨過程,長江流域平均降水量346.9毫米,為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游抗洪最關鍵的時期。

  《中國科學報》:我們應從什麼地方着手解決“城市看海”、農村受災的問題?

  夏軍:長江流域無論上游重慶、還是中游的武漢等城市,今年都洪澇災害嚴重。當前我國頻發的城市洪澇、“城市看海”問題是由氣候變化、下墊面改變、雨洪管理等多因素共同作用所造成。全球變暖導致極端降水事件明顯增多,局部地區暴雨強度和頻率明顯增加;雨洪管理存在排水除澇標準總體偏低、管理能力薄弱、排水管網堵塞嚴重等問題;城市道路和建築物密度增加,使不透水面積比例增加,導致匯流較快,這些也是導致洪澇災害頻發的另一個原因。此外,城市建設過程中侵佔自然河湖及灘地,導致蓄滯洪等能力降低,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,尋求基於自然的解決方法,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,要儘可能消除城市化建滲量、塘堰雨水滯蓄量、河湖和濕地調蓄量儘可能恢復到自然狀態。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;雨污分流、河湖聯通、修復濕地、恢復窪地、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。

  以武漢市為例,2016年發生嚴重內澇,其原因不僅與城區降大暴雨有關(7天降雨量佔全年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?

  夏軍:傳統的城市水循環系統,更多關注以自來水廠—污水處理廠為核心的“供—用—耗—排”系統。目前擔任住建部海綿城市建設技術指導專家委員會主任的任南琪院士,稱其為“城市水循環系統2.0版本”。隨後,任南琪院士提出“自來水廠—>污水處理廠—>城市水體與濕地”為核心的“綠色+灰色”海綿城市理念的“城市水循環系統3.0”,並發展提出了“城市水循環系統4.0版本”,極大發展了海綿城市建設的“LID+水循環”認識。

  近年來,對水資源管理,越來越多的人從水系統角度出發,研究社會—水文—生態之間的聯繫,將自然科學與社會科學相融合以研究當前水問題是國際地球系統水科學發展前沿。隨着我國海綿城市建設的實施,一些問題也逐漸顯現。比如針對海綿城市的水循環調控研究,多為單一尺度的城市水循環管理研究,而較少對多尺度水循環過程進行統一調控研究。在此基礎上,我和團隊提出“城市水循環系統再認識與改進的5.0版本”(簡稱城市水系統5.0)框架,認為城市水循環應包括“降雨—蒸散發—調蓄—徑流”城市自然水循環和“供—用—耗—排”聯繫城市人工側支水循環。海綿體從傳統的LID小海綿,城市管網給排水的中海綿,一直到城市江河湖庫的大海綿形成相互聯繫的城市水系統。簡單説,城市水系統5.0強調城市低環境影響開發(LID)的策略,要與城市給排水、治污和生態修復的城市綠色發展結合,要與城市聯繫的江河湖庫的中等級別“海綿”以及城市互動的大江大河的“大海綿”功能相結合,採用系統思維、系統治理與城市經濟社會可持續發展結合,增加城市應對全球變化和災害影響的彈性,促進城市高質量的經濟社會綠色發展。

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

  夏軍:針對當前我國城市化迅猛發展以及面臨的突出水問題,我們正在不斷研究和完善城市水系統5.0相關的框架,並逐步開始長江大保護城市羣綠色發展的實踐。針對城市內澇、黒臭水體治理、水生態修復及綠色發展需求等,我們研發了城市水循環時變增益非線性產匯流V1.0模型(TVGM-Urban V1.0)及納入多尺度水循環耦合的城市水系統5.0模擬平台,我們稱之為“城市模擬器”,即城市複雜系統的綜合研究與系統治理。希望通過研發的城市模擬器平台,不僅能夠模擬包括城市化的水循環以及洪澇過程、面源等污染物質遷移轉化過程,而且能夠模擬包括城市道路、管網建設、綠地建設、河湖生態保護和居民社區LID建設以及城市水系統管控多個方面,這也是未來城市建設亟待以及解決的關鍵技術和重要的科學管理的基礎與國家重大需求。目前我們研發的城市模擬器V1.0模型已經在武漢、重慶、深圳等城市開展應用。

  《中國科學報》:在城市水系統5.0建設方面,我們應做些什麼?

  夏軍:城市水系統5.0涉及土木水利、環境、生態、經濟、社會等多個領域,開展城市水系統5.0的建設需關注以下幾個方面。

  一是應用先進技術。通過利用RS等監控、大數據、人工智能等新的理論與方法,發展智慧城市水系統規劃與管理新的技術,提升城市內澇防治、環境治理、生態修復和社會福利等生態服務價值和應對災害災難風險的預警與管理、決策功能。二是多學科的交叉合作,尤其城市社會學、經濟學、監測監控聯繫的智慧管理的大數據、人工智能AI綜合等。加強不同學科之間的交叉及協同攻關,開展自然科學與社會科學的綜合集成研究。三是加強多部門的協同合作。建立跨部門的協同工作機制,共同推進城市水問題系統治理,提升水問題治理能力。

編輯:徐冰冰

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