“海綿城市”和排水系統(tǒng)不該“背鍋”
上海科協(xié)
上海市科學技術(shù)協(xié)會官方賬號
今年7月17日以來鄭州持續(xù)多日遭受暴雨襲擊，尤其是20日16時至17時，雨量即達到201.9毫米，相當于1小時下了以往一年1/3的降水量。這也是全球大中城市的小時雨強的最大記錄。根據(jù)初步分析，小時降水、日降水的概率、重現(xiàn)期，均堪稱“千年一遇”。千萬級人口的大城市遭受極端暴雨襲擊，損失慘重令人惋惜。
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洪水災害自古以來都是全球最嚴重的自然災害之一，洪水、干旱、地震和滑坡等4種自然災害中，洪水災害發(fā)生次數(shù)、造成影響的人數(shù)和經(jīng)濟損失都是高居首位的，死亡人數(shù)僅次于最具破壞性的地震災害。尤其是受全球氣候變化和人類活動的影響，極端暴雨事件的發(fā)生更加頻繁，洪水災害也對城市的威脅也越來越大。
假如遇到千年一遇的水災，上海該怎么辦？7月24日，上海市水利學會防汛專委會主任、同濟大學土木工程學院水利系教授劉曙光做客科技會客廳，談了關(guān)于如何應對城市型水災的看法。
“海綿城市”應該“背鍋”嗎？
2016年7月19日至20日，北京遭遇長達55個小時的強降雨。全市平均降雨量超過“7.21”（2012年7月21日至22日，北京遭遇61年以來最強暴雨，造成79人死亡）暴雨平均降雨量。
神奇的是，和北京市區(qū)的積水形成鮮明對比的是，大暴雨時故宮地面也未曾出現(xiàn)明顯積水，更是展示了難得一見的“千龍出水”場景。這得益于故宮巧妙的設計。除了地勢北高南低外，故宮排水有明暗兩套系統(tǒng)，城外至少有三道排水防線，此外還有滲水和蓄水系統(tǒng)。
某種意義上，故宮，就是一座“海綿城市”。
所謂“海綿城市”，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時能及時吸水、蓄水、滲水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。
我國“海綿城市”建設起于2013年，中央城鎮(zhèn)化工作會議提出“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。當前全國各地都掀起了建設海綿城市的熱潮，其中的技術(shù)研究問題也已列入《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》之中，成為國家的重要科學發(fā)展方向之一。
但是，當特大暴雨來臨，“海綿城市”為什么屢屢失靈？“海綿城市”該為城市水災“背鍋”嗎？
為城市水災“背鍋”，劉曙光認為，這是對“海綿城市”的苛責。
首先，從目的來說，“海綿城市”本身就不是為應對鄭州這樣“百年一遇”“千年一遇”的特大暴雨建設的。“海綿城市”的建設，可以解決中小雨的徑流蓄滯問題，可以緩解兩年一遇或五年一遇的暴雨，但無法解決稿強度暴雨所造成的內(nèi)澇。“就像一塊海綿，可以吸收一定程度的水，但如果遠超標準，它也吸收不了。”
城市化帶來的三大水問題
更重要是的，應對強降雨不是“海綿城市”的唯一目的。“雨水也是一種重要資源。”劉曙光說，城市道路、建筑、空地多是硬化地面，降雨之后，雨水會留在地面洼處或順管道排走，這對內(nèi)陸或北方缺水城市來說，降低了雨水資源的利用。
“海綿城市”建設后，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等技術(shù)，部分水就可以滲到地下，減少洪水總量、延遲洪峰行程時間和防洪除澇的同時，還有利于城市雨水利用和地下水補給，同時還能幫助初雨污染凈化。
“所以，從頂層設計考慮，大力推行建設‘海綿城市’，是為了科學、全面、綜合地解決城市地區(qū)的水問題。”劉曙光認為，要客觀認識“海綿城市”的作用，不能寄希望于其應對特大暴雨。
沒有排水系統(tǒng)可應對千年一遇的暴雨
當特大暴雨來臨，馬路成游泳池，車輛被淹沒，地鐵、隧道灌水……為什么一個現(xiàn)代城市的排水系統(tǒng)無法應對？
事實上，對于城市型水災害，尤其當暴雨洪澇達到超標準的規(guī)模，完全依靠工程措施來控制是很難的。
俗話說：“有多大腳，穿多大鞋”。城市排水系統(tǒng)的設計也是因地制宜的，每座城市的地理氣候條件不同，因此排水系統(tǒng)建設標準也不一樣。如果強行讓內(nèi)陸城市按照沿海城市的標準建設排水系統(tǒng)，顯然是“大材小用”。
“沒有城市的排水系統(tǒng)可以應對千年一遇的特大暴雨。”劉曙光表示，無論從經(jīng)濟角度，還是從自然條件，都不能要求一座城市為了備戰(zhàn)千年一遇的特大暴雨，去修一條幾十年甚至幾百年都用不上的下水道。如何平衡未來風險和當下利益，這也是一個非常復雜的社會問題。
針對不同的洪水量級采用不同的城市防洪措施
而城市大范圍的防洪，主要針對發(fā)生概率較小的大型洪水，以超標準排放系統(tǒng)來實現(xiàn)，如上海地區(qū)的千里海塘、黃浦江堤防等。
劉曙光認為，隨著全球氣候變暖，人類活動加劇，極端氣候頻發(fā)，上海市這座超大型世界級城市也要考慮典型臺風、暴雨、高潮位和上游下泄洪水多碰頭的極端情況。
他建議，在總結(jié)目前深隧試驗段的基礎上，制定深隧建設的規(guī)劃。當發(fā)生連續(xù)超強的降雨、外江水位不斷上漲的情況時，城市“海綿體”失去自身作用時，地下儲水隧道（簡稱“深隧”）就可助力海綿城市消除內(nèi)澇。
東京“地下神殿”
深隧，就是埋設在深層地下空間的大型儲水排水隧道。最典型的就是日本東京深邃工程——東京“地下神殿”，工程按照“五至十年一遇”（以國內(nèi)標準可達百年一遇）的排水標準建設，最大排洪流量可達200立方米每秒。歷時15年，于2007年建成。
在汛期下暴雨，地表的雨水徑流流量超過排水管道標準的時候，多余的水可以流進“深隧”暫時儲存起來，當暴雨過后，開啟地下泵站，將“深隧”里的水排走，或循環(huán)利用于河道、湖泊和地下水的補給，或作為城市綠化灌溉、路面和公共衛(wèi)生設施的沖洗等。深隧工程在應對超常降雨、雨洪消峰、蓄滯雨水等方面有重要作用，對完善我國新時代城市防洪排水系統(tǒng)，解決城市洪澇問題具有重要意義。
劉曙光還建議，要繼續(xù)加強黃浦江口建閘的研究，擇機修建黃浦江擋潮閘。
當工程措施“失靈”
類似鄭州這樣極端暴雨的災難規(guī)模，已遠超出了防洪排澇工程的調(diào)控能力。
當工程措施“失靈”，城市的綜合治理能力理應發(fā)揮更大作用，考驗的是城市的應急響應體系與能力。
“現(xiàn)代智慧城市的防洪排澇設施體系建設是一個較為復雜的過程。”劉曙光表示，除了運用工程措施以外，非工程措施的建設也非常重要，如編制洪水風險圖，利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，建立城市防汛智能監(jiān)測系統(tǒng)、城市智能型防洪減災決策支持系統(tǒng)、城市防洪智能調(diào)度系統(tǒng)等，大力發(fā)展適應時代的智慧防洪排澇設施體系。
首先，以調(diào)查為基礎、評估為支撐，客觀認識當前全市和各區(qū)水旱災害、海洋災害致災風險水平、承災體脆弱性水平及風險水平、防災減災救災能力，以便科學預判。
“編制洪水風險圖，掌握不同頻率暴雨/風暴潮及其組合下的城市高風險點和重點隱患地區(qū)，深度剖析城市自身的防洪能力非常重要。”洪水風險圖，是對可能發(fā)生的超標準洪水的演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍及洪水流速等洪水特征進行預測，以標識受洪水威脅區(qū)域各處危險程度的一種地圖，還包含逃生區(qū)域和逃生路線等避難信息。全面推廣編制暴雨洪水、內(nèi)澇、地下空間/地鐵洪水風險圖，為防洪風險應急管理提供依據(jù)，以提高全民的洪水憂患意識，促進防洪決策科學化。
其次，實現(xiàn)水災的實時監(jiān)測和預報預警�，F(xiàn)代智慧城市的防洪排澇設施體系建設，需要利用大數(shù)據(jù)、云計算、遙感等現(xiàn)代化技術(shù)，努力實現(xiàn)實時監(jiān)測、精準預報、精準預警、精準調(diào)度、精準處置。在觀測技術(shù)上，通過引入衛(wèi)星遙感、無人機航攝、雷達、激光、5G通信等新技術(shù)，擴大觀測覆蓋范圍，提高實時監(jiān)測的時空精度和廣度；在預警預報技術(shù)上，借助人工智能和機器等新興技術(shù)，充分利用觀測數(shù)據(jù)來構(gòu)建合理可靠的洪水預測預警模型，盡可能地提高洪水預報和搶險救災的魯棒性、及時性、準確性。
“除技術(shù)層面外，多部門協(xié)作配合非常重要。”劉曙光提醒說，城市防洪涉及多個部門，如水利部門、氣象部門、住建部、應急管理部等，利用城市智能化管理平臺，建立科學有效的現(xiàn)代智慧城市防洪排澇設施體系。
“城市防洪不單單是政府或某些部門的工作，更需要全民普及防洪知識，提高全民防汛意識。只有政府、社會協(xié)同，全民參與，才能最大限度地降低洪災損失。”劉曙光說。
嘉賓：劉曙光
主持、文字：劉禹
攝像：趙仲弈、季俊輝
導播：流暢
后期：程思悅
場地：上�？萍紙笊�
上海科協(xié)
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今年7月17日以來鄭州持續(xù)多日遭受暴雨襲擊，尤其是20日16時至17時，雨量即達到201.9毫米，相當于1小時下了以往一年1/3的降水量。這也是全球大中城市的小時雨強的最大記錄。根據(jù)初步分析，小時降水、日降水的概率、重現(xiàn)期，均堪稱“千年一遇”。千萬級人口的大城市遭受極端暴雨襲擊，損失慘重令人惋惜。
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洪水災害自古以來都是全球最嚴重的自然災害之一，洪水、干旱、地震和滑坡等4種自然災害中，洪水災害發(fā)生次數(shù)、造成影響的人數(shù)和經(jīng)濟損失都是高居首位的，死亡人數(shù)僅次于最具破壞性的地震災害。尤其是受全球氣候變化和人類活動的影響，極端暴雨事件的發(fā)生更加頻繁，洪水災害也對城市的威脅也越來越大。
假如遇到千年一遇的水災，上海該怎么辦？7月24日，上海市水利學會防汛專委會主任、同濟大學土木工程學院水利系教授劉曙光做客科技會客廳，談了關(guān)于如何應對城市型水災的看法。
“海綿城市”應該“背鍋”嗎？
2016年7月19日至20日，北京遭遇長達55個小時的強降雨。全市平均降雨量超過“7.21”（2012年7月21日至22日，北京遭遇61年以來最強暴雨，造成79人死亡）暴雨平均降雨量。
神奇的是，和北京市區(qū)的積水形成鮮明對比的是，大暴雨時故宮地面也未曾出現(xiàn)明顯積水，更是展示了難得一見的“千龍出水”場景。這得益于故宮巧妙的設計。除了地勢北高南低外，故宮排水有明暗兩套系統(tǒng)，城外至少有三道排水防線，此外還有滲水和蓄水系統(tǒng)。
某種意義上，故宮，就是一座“海綿城市”。
所謂“海綿城市”，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時能及時吸水、蓄水、滲水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。
我國“海綿城市”建設起于2013年，中央城鎮(zhèn)化工作會議提出“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。當前全國各地都掀起了建設海綿城市的熱潮，其中的技術(shù)研究問題也已列入《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》之中，成為國家的重要科學發(fā)展方向之一。
但是，當特大暴雨來臨，“海綿城市”為什么屢屢失靈？“海綿城市”該為城市水災“背鍋”嗎？
為城市水災“背鍋”，劉曙光認為，這是對“海綿城市”的苛責。
首先，從目的來說，“海綿城市”本身就不是為應對鄭州這樣“百年一遇”“千年一遇”的特大暴雨建設的。“海綿城市”的建設，可以解決中小雨的徑流蓄滯問題，可以緩解兩年一遇或五年一遇的暴雨，但無法解決稿強度暴雨所造成的內(nèi)澇。“就像一塊海綿，可以吸收一定程度的水，但如果遠超標準，它也吸收不了。”
城市化帶來的三大水問題
更重要是的，應對強降雨不是“海綿城市”的唯一目的。“雨水也是一種重要資源。”劉曙光說，城市道路、建筑、空地多是硬化地面，降雨之后，雨水會留在地面洼處或順管道排走，這對內(nèi)陸或北方缺水城市來說，降低了雨水資源的利用。
“海綿城市”建設后，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等技術(shù)，部分水就可以滲到地下，減少洪水總量、延遲洪峰行程時間和防洪除澇的同時，還有利于城市雨水利用和地下水補給，同時還能幫助初雨污染凈化。
“所以，從頂層設計考慮，大力推行建設‘海綿城市’，是為了科學、全面、綜合地解決城市地區(qū)的水問題。”劉曙光認為，要客觀認識“海綿城市”的作用，不能寄希望于其應對特大暴雨。
沒有排水系統(tǒng)可應對千年一遇的暴雨
當特大暴雨來臨，馬路成游泳池，車輛被淹沒，地鐵、隧道灌水……為什么一個現(xiàn)代城市的排水系統(tǒng)無法應對？
事實上，對于城市型水災害，尤其當暴雨洪澇達到超標準的規(guī)模，完全依靠工程措施來控制是很難的。
俗話說：“有多大腳，穿多大鞋”。城市排水系統(tǒng)的設計也是因地制宜的，每座城市的地理氣候條件不同，因此排水系統(tǒng)建設標準也不一樣。如果強行讓內(nèi)陸城市按照沿海城市的標準建設排水系統(tǒng)，顯然是“大材小用”。
“沒有城市的排水系統(tǒng)可以應對千年一遇的特大暴雨。”劉曙光表示，無論從經(jīng)濟角度，還是從自然條件，都不能要求一座城市為了備戰(zhàn)千年一遇的特大暴雨，去修一條幾十年甚至幾百年都用不上的下水道。如何平衡未來風險和當下利益，這也是一個非常復雜的社會問題。
針對不同的洪水量級采用不同的城市防洪措施
而城市大范圍的防洪，主要針對發(fā)生概率較小的大型洪水，以超標準排放系統(tǒng)來實現(xiàn)，如上海地區(qū)的千里海塘、黃浦江堤防等。
劉曙光認為，隨著全球氣候變暖，人類活動加劇，極端氣候頻發(fā)，上海市這座超大型世界級城市也要考慮典型臺風、暴雨、高潮位和上游下泄洪水多碰頭的極端情況。
他建議，在總結(jié)目前深隧試驗段的基礎上，制定深隧建設的規(guī)劃。當發(fā)生連續(xù)超強的降雨、外江水位不斷上漲的情況時，城市“海綿體”失去自身作用時，地下儲水隧道（簡稱“深隧”）就可助力海綿城市消除內(nèi)澇。
東京“地下神殿”
深隧，就是埋設在深層地下空間的大型儲水排水隧道。最典型的就是日本東京深邃工程——東京“地下神殿”，工程按照“五至十年一遇”（以國內(nèi)標準可達百年一遇）的排水標準建設，最大排洪流量可達200立方米每秒。歷時15年，于2007年建成。
在汛期下暴雨，地表的雨水徑流流量超過排水管道標準的時候，多余的水可以流進“深隧”暫時儲存起來，當暴雨過后，開啟地下泵站，將“深隧”里的水排走，或循環(huán)利用于河道、湖泊和地下水的補給，或作為城市綠化灌溉、路面和公共衛(wèi)生設施的沖洗等。深隧工程在應對超常降雨、雨洪消峰、蓄滯雨水等方面有重要作用，對完善我國新時代城市防洪排水系統(tǒng)，解決城市洪澇問題具有重要意義。
劉曙光還建議，要繼續(xù)加強黃浦江口建閘的研究，擇機修建黃浦江擋潮閘。
當工程措施“失靈”
類似鄭州這樣極端暴雨的災難規(guī)模，已遠超出了防洪排澇工程的調(diào)控能力。
當工程措施“失靈”，城市的綜合治理能力理應發(fā)揮更大作用，考驗的是城市的應急響應體系與能力。
“現(xiàn)代智慧城市的防洪排澇設施體系建設是一個較為復雜的過程。”劉曙光表示，除了運用工程措施以外，非工程措施的建設也非常重要，如編制洪水風險圖，利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，建立城市防汛智能監(jiān)測系統(tǒng)、城市智能型防洪減災決策支持系統(tǒng)、城市防洪智能調(diào)度系統(tǒng)等，大力發(fā)展適應時代的智慧防洪排澇設施體系。
首先，以調(diào)查為基礎、評估為支撐，客觀認識當前全市和各區(qū)水旱災害、海洋災害致災風險水平、承災體脆弱性水平及風險水平、防災減災救災能力，以便科學預判。
“編制洪水風險圖，掌握不同頻率暴雨/風暴潮及其組合下的城市高風險點和重點隱患地區(qū)，深度剖析城市自身的防洪能力非常重要。”洪水風險圖，是對可能發(fā)生的超標準洪水的演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍及洪水流速等洪水特征進行預測，以標識受洪水威脅區(qū)域各處危險程度的一種地圖，還包含逃生區(qū)域和逃生路線等避難信息。全面推廣編制暴雨洪水、內(nèi)澇、地下空間/地鐵洪水風險圖，為防洪風險應急管理提供依據(jù)，以提高全民的洪水憂患意識，促進防洪決策科學化。
其次，實現(xiàn)水災的實時監(jiān)測和預報預警�，F(xiàn)代智慧城市的防洪排澇設施體系建設，需要利用大數(shù)據(jù)、云計算、遙感等現(xiàn)代化技術(shù)，努力實現(xiàn)實時監(jiān)測、精準預報、精準預警、精準調(diào)度、精準處置。在觀測技術(shù)上，通過引入衛(wèi)星遙感、無人機航攝、雷達、激光、5G通信等新技術(shù)，擴大觀測覆蓋范圍，提高實時監(jiān)測的時空精度和廣度；在預警預報技術(shù)上，借助人工智能和機器等新興技術(shù)，充分利用觀測數(shù)據(jù)來構(gòu)建合理可靠的洪水預測預警模型，盡可能地提高洪水預報和搶險救災的魯棒性、及時性、準確性。
“除技術(shù)層面外，多部門協(xié)作配合非常重要。”劉曙光提醒說，城市防洪涉及多個部門，如水利部門、氣象部門、住建部、應急管理部等，利用城市智能化管理平臺，建立科學有效的現(xiàn)代智慧城市防洪排澇設施體系。
“城市防洪不單單是政府或某些部門的工作，更需要全民普及防洪知識，提高全民防汛意識。只有政府、社會協(xié)同，全民參與，才能最大限度地降低洪災損失。”劉曙光說。
嘉賓：劉曙光
主持、文字：劉禹
攝像：趙仲弈、季俊輝
導播：流暢
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