一個水文學家對中國城市內(nèi)澇及海綿城市的建議!
今年以來,國內(nèi)從南到北、自東向西的異常洪澇災害奪去了許多同胞的性命、造成巨大的財產(chǎn)損失,我們搞水利這一行的,無不感到痛心和難過。大江大河洪水泛濫、堤防決口,山洪暴發(fā),城市洪澇,形勢很嚴峻;受季風和熱帶氣旋的作用以及太平洋副高脊線北移復南下的影響,我國的暴雨季節(jié)變化大體如下:4-5兩廣、6江浙、7江8河9回頭,自現(xiàn)在(出梅后)起臺風要唱主角了,所以洪澇形勢還沒有完。以下談幾點看法供參考、以及匯報我的一些工作,請各位先進指教:
1、洪澇災害的原因不外以下三點:1)強降雨;2)水土流失(山區(qū))或下墊面過度硬化(城市);3)行洪道上違規(guī)建設。第三點很重要,可是行洪道上違規(guī)建設的現(xiàn)象比比皆是:堵、填、圍、建。
2、城市水道、湖區(qū)、濕地是天然的洪水調(diào)蓄區(qū),也是城市最大、最重要的海綿體,司職蓄水、分洪調(diào)水、補充地下水、旱時補充供水以及改善城市水體質(zhì)量等功能,往往是城市最低洼地帶;它是維系城市水文平衡的天然載體。通俗一點說,那是老天爺走的路、休息的地方,你把它侵占了,遲早是要受到懲罰的;老天爺一生氣,把你沖的精光、淹得喘不過氣來!
人定勝天表達一種氣概尚可,但是實際上做不到的,對大自然要有敬畏之心,要尊重科學、要按科學規(guī)律辦事。譬如,武漢南湖原是蓄水、滯水之用,現(xiàn)在都被填平、蓋上商品房,成為小區(qū);全國類似武漢南湖例子實在太多。這是城市洪澇現(xiàn)狀的問題所在。
3、頂層設計很重要,頂層設計也是基礎規(guī)劃。從技術層面來說,我認為主要問題出在規(guī)劃上面,規(guī)劃的失誤是最大的失誤。海綿城市建設是針對中國城市洪澇現(xiàn)狀(大部分城市無雨就旱、遇雨就堵、大雨就澇、暴雨就淹,有雨無雨水都臟)提出來的,不是LID所能解決的(上世紀九十年代我在Maryland PG y住了近十年,正是PG y 提出LID并逐漸成型的時候,我從來沒有體驗到PG y遇到了目前中國城市的旱澇狀況)。
除了政策、法規(guī)、方針以外,早期總體規(guī)劃工作都很欠缺,從事海綿城市規(guī)劃設計的專業(yè)隊伍普遍缺乏城市水文、工程水文的專業(yè)知識;缺乏設計暴雨的知識和研究,一個城市在不同設計標準下、不同歷時究竟會下多大的雨?暴雨的時空分布情況如何?都沒有人去研究,這怎么可以!工程尺寸如何設計?非工程措施如何制定?
4、山洪災害是每年洪澇災害中奪去生命的主要殺手,除了行洪道上違規(guī)蓋房、搞建設以外,針對山洪災害特點開展有效的預警預報工作很欠缺,要么花大錢在各地制定基于調(diào)查暴雨災害的經(jīng)驗性質(zhì)的“臨界雨量”、要么沿用大江大河的洪水預報方法來預報山洪,實際上是沒有效用的;這可都是“學者”研究出來的(這里有沒有我們海外學者的“貢獻”,我沒有調(diào)查,不敢說)!對于一個200平方公里以下、匯流歷時6小時以下,有的甚至只有幾十平方公里、2-3小時匯流歷時的集水面積,又沒有資料,是很難預報的。
我給本科生開了一門課,“山洪泥石流預警預報系統(tǒng)(入門)”,學期結束時我總對同學們說,請你們記住三句話:1)我們的目標是預報山洪發(fā)不發(fā)生,而不在于山洪的過程;2)記住“關鍵的1小時”;3)一半對一半(50 to50)。
然后再逐一解釋:1)任何模型都有參數(shù),參數(shù)需要率定,率定需要資料,對于這么小的流域(集水面積),絕大多數(shù)都沒有相應的降雨-徑流資料,怎么率定?這么小的集水面積,我們只關心山洪會不會發(fā)生?而不關心洪水預報的三要素(Peak,Timing, Volume),說穿了,就是預報凈雨問題; 2) 再準確的預報也應該預留1小時的時間,以便需要時來得及提前采取措施(諸如,疏散、轉(zhuǎn)移);3)預報方案作用占一半,責任心占一半。
5、今年的暴雨洪水態(tài)勢,讓我們看到了我國面臨的新的洪澇威脅格局:1)對于濱河的城市(例如武漢、南京等)來說,要考慮“兩碰頭”,即:天上下暴雨和濱河大水遭遇,排水受阻;2)對于濱海大城市(諸如上海、杭州、福州、廣州等),要考慮“三碰頭”,即:天上下暴雨、三角洲河口(Estuary)上游來大水、海邊恰逢天文高潮(Storm surge),同樣的排澇不暢;3)三、四線城市面臨山洪和城市內(nèi)澇的同時威脅(看看城市街道上呼嘯奔騰的黃濁渾水就知道了)。其實,這些都是工程水文研究的內(nèi)容:洪水地區(qū)組成問題。
6、從防洪減災非工程措施來說,防洪規(guī)劃(大江大河洪水、山區(qū)山洪、城市洪澇)方案屬于工程水文、城市水文、水文氣象的范疇,可是中國大陸目前的工程水文人才奇缺,原因很復雜,這里不去探討。譬如,工程水文的核心內(nèi)容水文頻率計算,是防洪規(guī)劃(注意,不是預報!)的基本知識和主要工具,可是國內(nèi)仍然停留在“一點、一線、加雙眼”的水平,即:單點、單時段、P-III曲線、常規(guī)矩法目估適線;國外、特別是美國于上世紀九十年代初就全面開展對基于次序統(tǒng)計量的線性矩(L-moments)和地區(qū)頻率分析相結合的全新的水文頻率分析法的研究,即地區(qū)線性矩分析法,參數(shù)估計不偏性好、對特大值的穩(wěn)健性好、頻率估計值(Quantiles)的可靠性好。
美國NOAA進一步開發(fā)了完整的(End-to-end)“地區(qū)線性矩暴雨頻率分析法(Regional L-momentsPrecipitation Frequency Analysis)”,并且完成了全美暴雨頻率圖集(Precipitation Frequency Atlases)的編制,包括5m、10m、…、60m、2h、3h、…、24h、2d、4d、…、7d、…、60d共18個設計時段,涵蓋1y、2y、…、10y、…、100y、200y、500y、1000y等完整的頻率估計值,供聯(lián)邦、州、縣三級各類工程建設(Infrastructures)和地區(qū)防洪規(guī)劃使用。 我的研究又進一步指出:當用年最大值抽樣(Annual Maximum Series, AMS)分析時,常遇頻率估計值偏低,例如:1年一遇應該是1.58年、2年一遇應該是2.54年,…,等等;這將對城市給排水建設造成很大影響。