夏軍院士：應(yīng)對洪災(zāi)亟須改進(jìn)治水思路 來源 ：中國科學(xué)報
6月以來，我國南方地區(qū)暴雨集中，部分地區(qū)洪澇災(zāi)害嚴(yán)重。目前，長江干流監(jiān)利以下河段及洞庭湖、鄱陽湖和太湖水位仍處于超警狀態(tài)。
在大壩等水利設(shè)施建設(shè)成就斐然，遙感、AI等預(yù)報預(yù)防技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，為何還是災(zāi)害頻繁、損失慘重？為此，本報采訪了中科院院士、武漢大學(xué)水安全研究院院長夏軍。
《中國科學(xué)報》：時至今日，我們?yōu)槭裁催�是洪災(zāi)不斷、損失巨大？
夏軍：防洪減災(zāi)一直是流域管理和水安全的一個重要方面。由于洪水發(fā)生的機(jī)理復(fù)雜且具有很大不確定性，迄今為止，人類只能抵御一定數(shù)量級的洪水。當(dāng)前地球系統(tǒng)演變面臨高強(qiáng)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(fā)、大洪水發(fā)生的概率越來越大。另一方面，隨著人口和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一旦發(fā)生大洪水，面臨的洪災(zāi)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并舉。1998年長江全流域特大洪水之后，開始了大江大河治理、病險水庫除險加固、重點(diǎn)城市防洪工程建設(shè)、行蓄洪區(qū)安全建設(shè)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(yīng)用先進(jìn)的水文信息技術(shù)和水文模型，建設(shè)了一批洪水預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，在防洪調(diào)度等方面發(fā)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(zāi)害不斷。我們要提高警惕、進(jìn)行系統(tǒng)性防御，同時也要面對不斷變化的環(huán)境，及時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取適應(yīng)性應(yīng)對措施與策略，盡可能減少大洪水造成的損失。
《中國科學(xué)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(xué)研究院教授陳進(jìn)研討時，提出一個問題：今年長江中下游出現(xiàn)高水位，可能原因之一是長江岸線兩側(cè)的洲灘不行洪造成的，過去荊江安全泄洪量可以達(dá)到56700立方米每秒,現(xiàn)在漢口流量才55000立方米每秒，水位就達(dá)到28.66米, 圩堤、子堤不行洪，就會造成長江槽蓄能力下降。當(dāng)然，這只是問題的一個方面，如何處理好發(fā)展和保護(hù)的關(guān)系，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(tǒng)治理角度認(rèn)識。
今年長江中下游梅雨期較往年早，且梅雨量偏大，影響范圍廣，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(qū)出現(xiàn)了6次強(qiáng)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(shù)據(jù)。目前梅雨期仍未結(jié)束，七月下旬到八月上旬將是長江中下游抗洪最關(guān)鍵的時期。
《中國科學(xué)報》：我們應(yīng)從什么地方著手解決“城市看海”、農(nóng)村受災(zāi)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(zāi)害嚴(yán)重。當(dāng)前我國頻發(fā)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(dǎo)致極端降水事件明顯增多，局部地區(qū)暴雨強(qiáng)度和頻率明顯增加；雨洪管理存在排水除澇標(biāo)準(zhǔn)總體偏低、管理能力薄弱、排水管網(wǎng)堵塞嚴(yán)重等問題；城市道路和建筑物密度增加，使不透水面積比例增加，導(dǎo)致匯流較快，這些也是導(dǎo)致洪澇災(zāi)害頻發(fā)的另一個原因。此外，城市建設(shè)過程中侵占自然河湖及灘地，導(dǎo)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(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的城市化面對的洪水災(zāi)害和影響會更加嚴(yán)峻，風(fēng)險也會更高。因此，確迫切需要改進(jìn)治水思路，尋求基于自然的解決方法，探索將傳統(tǒng)工程措施與“蓄—滯—滲”的綠色基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)的江湖調(diào)控結(jié)合起來的“灰—綠—藍(lán)”統(tǒng)籌的系統(tǒng)治水新思路。
從水文學(xué)角度來看，解決城市內(nèi)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(diào)蓄量盡可能恢復(fù)到自然狀態(tài)。此外，還需要客觀評估城市基礎(chǔ)設(shè)施能夠抗御洪澇災(zāi)害的能力，包括全方位監(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)；雨污分流、河湖聯(lián)通、修復(fù)濕地、恢復(fù)洼地、建設(shè)源頭LID（低影響開發(fā)理念），建設(shè)分散性大型蓄水深隧、多用洼地等工程措施；暴雨內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報，科學(xué)調(diào)度與管理，建設(shè)后評估與跟蹤系統(tǒng)等非工程措施；綠色城市的發(fā)展體制建設(shè)與制度創(chuàng)新等。
以武漢市為例，2016年發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇，其原因不僅與城區(qū)降大暴雨有關(guān)（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(guān)。此后，武漢市加大了排洪能力改造，其中心城區(qū)排澇能力大大提升。今年入梅以來，武漢市中心城區(qū)內(nèi)澇情況明顯改善。
在我國廣大農(nóng)村地區(qū)，仍面臨水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱的問題。水利病險工程多、排澇設(shè)施不達(dá)標(biāo)等短板使洪災(zāi)風(fēng)險加大。此外，多數(shù)農(nóng)村地區(qū)是水利信息化建設(shè)的盲區(qū)，迫切需要提高洪水監(jiān)測預(yù)警能力、水利工程河湖監(jiān)控能力，通過智慧水利建設(shè)，全面提升農(nóng)村地區(qū)的洪水監(jiān)測預(yù)警、防洪調(diào)度管理的信息化水平。
《中國科學(xué)報》：您曾提出“城市水系統(tǒng)5.0版本”，我們應(yīng)怎樣理解這一水治理理念？
夏軍：傳統(tǒng)的城市水循環(huán)系統(tǒng)，更多關(guān)注以自來水廠—污水處理廠為核心的“供—用—耗—排”系統(tǒng)。目前擔(dān)任住建部海綿城市建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)專家委員會主任的任南琪院士，稱其為“城市水循環(huán)系統(tǒng)2.0版本”。隨后，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(huán)系統(tǒng)3.0”，并發(fā)展提出了“城市水循環(huán)系統(tǒng)4.0版本”，極大發(fā)展了海綿城市建設(shè)的“LID+水循環(huán)”認(rèn)識。
近年來，對水資源管理，越來越多的人從水系統(tǒng)角度出發(fā)，研究社會—水文—生態(tài)之間的聯(lián)系，將自然科學(xué)與社會科學(xué)相融合以研究當(dāng)前水問題是國際地球系統(tǒng)水科學(xué)發(fā)展前沿。隨著我國海綿城市建設(shè)的實(shí)施，一些問題也逐漸顯現(xiàn)。比如針對海綿城市的水循環(huán)調(diào)控研究，多為單一尺度的城市水循環(huán)管理研究，而較少對多尺度水循環(huán)過程進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控研究。在此基礎(chǔ)上，我和團(tuán)隊提出“城市水循環(huán)系統(tǒng)再認(rèn)識與改進(jìn)的5.0版本”（簡稱城市水系統(tǒng)5.0）框架，認(rèn)為城市水循環(huán)應(yīng)包括“降雨—蒸散發(fā)—調(diào)蓄—徑流”城市自然水循環(huán)和“供—用—耗—排”聯(lián)系城市人工側(cè)支水循環(huán)。海綿體從傳統(tǒng)的LID小海綿，城市管網(wǎng)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(lián)系的城市水系統(tǒng)。簡單說，城市水系統(tǒng)5.0強(qiáng)調(diào)城市低環(huán)境影響開發(fā)（LID）的策略，要與城市給排水、治污和生態(tài)修復(fù)的城市綠色發(fā)展結(jié)合，要與城市聯(lián)系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(jié)合，采用系統(tǒng)思維、系統(tǒng)治理與城市經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展結(jié)合，增加城市應(yīng)對全球變化和災(zāi)害影響的彈性，促進(jìn)城市高質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)社會綠色發(fā)展。
《中國科學(xué)報》：像武漢、上海、北京這樣的城市，預(yù)計什么時候能達(dá)到“城市水系統(tǒng)5.0”的目標(biāo)。
夏軍：針對當(dāng)前我國城市化迅猛發(fā)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(tǒng)5.0相關(guān)的框架，并逐步開始長江大保護(hù)城市群綠色發(fā)展的實(shí)踐。針對城市內(nèi)澇、黒臭水體治理、水生態(tài)修復(fù)及綠色發(fā)展需求等，我們研發(fā)了城市水循環(huán)時變增益非線性產(chǎn)匯流V1.0模型（TVGM-Urban V1.0）及納入多尺度水循環(huán)耦合的城市水系統(tǒng)5.0模擬平臺，我們稱之為“城市模擬器”，即城市復(fù)雜系統(tǒng)的綜合研究與系統(tǒng)治理。希望通過研發(fā)的城市模擬器平臺，不僅能夠模擬包括城市化的水循環(huán)以及洪澇過程、面源等污染物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程，而且能夠模擬包括城市道路、管網(wǎng)建設(shè)、綠地建設(shè)、河湖生態(tài)保護(hù)和居民社區(qū)LID建設(shè)以及城市水系統(tǒng)管控多個方面，這也是未來城市建設(shè)亟待以及解決的關(guān)鍵技術(shù)和重要的科學(xué)管理的基礎(chǔ)與國家重大需求。目前我們研發(fā)的城市模擬器V1.0模型已經(jīng)在武漢、重慶、深圳等城市開展應(yīng)用。
《中國科學(xué)報》：在城市水系統(tǒng)5.0建設(shè)方面，我們應(yīng)做些什么？
夏軍：城市水系統(tǒng)5.0涉及土木水利、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會等多個領(lǐng)域，開展城市水系統(tǒng)5.0的建設(shè)需關(guān)注以下幾個方面。
一是應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。通過利用RS等監(jiān)控、大數(shù)據(jù)、人工智能等新的理論與方法，發(fā)展智慧城市水系統(tǒng)規(guī)劃與管理新的技術(shù)，提升城市內(nèi)澇防治、環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)和社會福利等生態(tài)服務(wù)價值和應(yīng)對災(zāi)害災(zāi)難風(fēng)險的預(yù)警與管理、決策功能。二是多學(xué)科的交叉合作，尤其城市社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、監(jiān)測監(jiān)控聯(lián)系的智慧管理的大數(shù)據(jù)、人工智能AI綜合等。加強(qiáng)不同學(xué)科之間的交叉及協(xié)同攻關(guān)，開展自然科學(xué)與社會科學(xué)的綜合集成研究。三是加強(qiáng)多部門的協(xié)同合作。建立跨部門的協(xié)同工作機(jī)制，共同推進(jìn)城市水問題系統(tǒng)治理，提升水問題治理能力。
