中国应急管理报专访中国工程院院士张建云

未来,城市凭何走出“看海”怪圈?

《中国应急管理报》记者 徐姚

(本文原载于《中国应急管理报》2020年10月29日第6版

南海之滨,春潮涌荡,深圳成为焦点。从一个边陲渔业小镇,到经济总量位居亚洲城市第五位、常住人口达1300万的现代化大城市,深圳之变是我国城市化发展的重要缩影。

缩影拉长,城如春笋。国家统计局数据显示,1949年末,我国城市共有132个,2018年末,这个数字刷新为672个,常住人口城镇化率达到59.58%,提高48.94个百分点,大城市的数量不断攀升。

然而,当体量渐大的城市与复杂变化的环境遭遇时,城市安全成为隐忧。研究表明,我国有三分之二的城市有遭受高强度降水袭击的可能,防御灾害标准偏低、城市基础设施薄弱、防洪排涝能力不足,使得城市“看海”等问题层出不穷,甚至造成人员伤亡。

为此,记者日前专访了中国工程院院士张建云,就应对城市化发展中面临的防汛减灾问题进行了探讨。

气候等自然因素使城市弊病更突出显露

近年来,“逢暴雨必看海”成为诸多城市面临的尴尬。

2011年6月,5轮暴雨造成湖北武汉多地被淹,“到武汉看海”成为网络流行语。2012年7月21日,北京一场特大暴雨造成79人丧生。2018年6月,受台风“艾云尼”影响,广东广州内涝严重,积水引发的一起触电事故,引发社会强烈关注。

今年汛期,受极端天气影响,南方多城再陷“看海”怪圈。进入6月后,湖北恩施、宜昌、荆门等地暴雨反复,内涝积水迟迟难退。广东广州发生“5·22”特大暴雨洪涝灾害,地铁13号线停运。还有安徽歙县,洪水倒灌城区,一夜泽国,导致该县高考语文科目考试推迟。

城市“看海”成顽疾。久病难愈,症结在哪里?

事实上,我国三分之二的城市均有遭受高强度降水袭击的可能。张建云告诉记者,根据南京水利科学研究院《中国暴雨参数统计图集》《中国暴雨》等资料,我国城市洪涝高风险的根源是“受季风气候影响”。

从全国降水历史极值的空间分布来看,华南、华东沿海地区是我国暴雨最频发、雨量极值最大的地区,台风性暴雨和锋面雨均十分强烈。例如,2007年7月,广东湛江出现24小时1188毫米的暴雨量。

“北方和内陆地区虽然历史暴雨量总体较小,但也可能达到十分可观的量级。”张建云说。1998年,陕西山阳的宽坪镇创下六七个小时1300毫米的历史调查暴雨记录。

“同时,很多城市还可能遭受多种洪涝致灾因子的袭扰,如锋面雨、台风、局地强对流等。”张建云说。一些城市地处江河交汇、滨湖临海之地,如广州、深圳、武汉、上海,存在本地暴雨内涝、江河洪水、沿海风暴潮碰头的风险。一些山区或丘陵地区的城市,如重庆、深圳,暴雨洪涝易引发滑坡、泥石流等地质灾害,加大了城市防汛的难度。

在此情况下,城市原有的弊病更突出显露。

“总体而言,我国城市防洪排涝的基础设施还比较薄弱,防御洪涝灾害的标准偏低。”张建云说。2014年以前,我国城市室外排水标准一般为1年一遇至2年一遇,2012年北京“7·21”特大暴雨发生后,住建部将上述标准提高到2年一遇至5年一遇;中心城区的重点地区达5年一遇至10年一遇;内河一般为5年至20年一遇。近些年,国家大力开展“海绵城市”建设试点和大规模城市洪涝防治工程建设,一些城市局部内涝现象相对减少。

“但由于历史欠账太多,近期投资只能解决部分重点地区的突出问题,想要根本改变城市洪涝灾害频发的状况,还需综合施策、久久为功。”这其中,张建云建议处理好一对“新旧关系”。

他解释,我国一些发展较早的城市或老城区,人口和建筑密集,空间狭小。在早期规划建设中,因为缺乏科学性、前瞻性和保护意识,它们不仅没有预留多余的水域空间,甚至过度占用已有空间。

如今,许多城市想恢复或新建洪涝调控、蓄滞空间就难了,代价也高了,进而难以形成健全、平衡的外排和蓄滞格局。加上之后的规划“缺位”或未被严格执行,河湖的连通被阻断,水系的调蓄能力显著下降。

城市洪涝能否精准预测预警呢?张建云表示,目前,城市暴雨洪涝实时信息的监测能力不足,暴雨的预报预警精度较低,可靠性有待提高。而且,城市洪涝定量模拟的难度也很大。城市地表水文过程复杂,微地形、地表建筑物、管网状况等基础资料缺乏,数据的精准性不够,这些都直接影响了模拟的精度和预测预警信息的发布。

应高度重视城镇化带来的灾害影响

城镇化是人类生存环境和生产生活方式的深刻变迁,会带来城市及其毗邻区气候、地理与人文环境的一系列调整和改变,故而也会对洪涝灾害的形势产生复杂影响,涉及致灾因子、孕灾环境和承灾体多个方面。

张建云认为,避免“逢暴雨必看海”的尴尬,有四个城镇化带来的影响需要引起注意。

一是,城镇化形成了复杂的降水效应,提高了洪涝致灾因子的危险性。“随着城市化的快速发展和全球气候变化的影响,城市‘热岛效应’等局地因素与背景天气系统共同作用,引起城镇化降水效应,城市暴雨呈现增多增强的趋势。”张建云说。

这一点在国内外一些城市或城市群的研究中都得到了印证。上世纪70年代,美国一项试验显示,大都市圈气候使得圣路易斯城区及其下风向50千米至75千米范围内的夏季降水,相对背景地区增加了5%至25%。我国长三角地区近年的降水资料也显示,主要城市中心的夏季降水强度呈现明显提高的趋势。

二是,城镇化导致下垫面性质发生了变化,降低了地表透水性。张建云指出,下垫面性质变化是城镇化进程中的一个普遍现象。大量道路、房屋、广场等人工表面取代农田、植被和裸土等自然表面,导致地表透水性和洪水调蓄能力降低。如太湖流域的地表不透水面积率由1985年的不足5%提高到了2018年的30%以上。其结果是,水分的水平运动大大强化,垂向运动明显弱化,“水渗不下去,自然容易滞留、泛滥”。

城镇化还有一个特征是地表粗糙性降低和河网渠化。这一变化会降低地表和河网对洪水的阻滞、调节作用,加快了汇流速度,使洪水变得更加“迅猛”。

另外,挤占河湖、湿地等水域空间,阻断地表与地下水的交换关系,导致洪涝调蓄空间减少;市政、商业设施建设,导致地下空间及微地形发生变化,形成易积水、难排涝的洼地。这些都是城镇化带来的考验。

三是,城镇化导致雨涝排放方式复杂化。据张建云介绍,城市的开发建设可能导致原有的排水路径、范围发生变化,需要加以动态调整和适应。同时,城镇化过程中地表、地下两种排水方式此消彼长,地表河网密度降低,而地下雨水管渠规模越来越大,易形成“地下管道-河渠”两级排水方式。

数据显示,目前,我国城市排水管道长度已由1978年的19556千米增加到2018年的683485千米,平均每年增加16598千米。

如此庞大的管道系统如何与河渠及其相关配套设施有效衔接呢?这对排水防涝系统的规划设计和维护管理提出了很高的要求。

四是,城镇化导致承灾体暴露度和脆弱性提高。张建云告诉记者,洪涝调蓄空间的减少、财富聚集及财富构成的变化、人群活动强度的提高和不合理的开发建设等,都可能提高人员、资产和基础设施对洪涝灾害的暴露度。一旦发生洪涝灾害事件就易造成严重后果。同时,随着城市辐射力的不断增强,城市洪涝灾害的次生影响随之增大,灾害链条不断扩展,波及面更广,扩散速度加快,从而产生各种非传统的间接影响。

“海绵城市”等新理念尚需“成长”时间

一方面是不可逆的城镇化,另一方面是隐性的灾害风险。我们如何从“两难”之间找到平衡点和连接点?张建云就城市水治理的问题,向记者梳理了我国已有的一些探索。

近年来,在总结吸收国内外相关经验的基础上,我国引入或提出了“低影响开发”“水敏感城市”“海绵城市”“韧性城市”等一系列新理念。这些理念是对原有城市水治理模式的反思,引发了强烈而广泛的共鸣。

以“海绵城市”为例,2015年以来,由财政部、住建部和水利部分两批启动了全国“海绵城市”建设试点,北京、天津、上海、武汉、深圳等30个城市先后开展了试点建设。同时,全国其他城市也大量编制了“海绵城市”建设专项规划,并加以实施。

“当然,这里面也存在一些争议,焦点在于,从现有的情况来看,投入和回报不成正比。”张建云说。一些城市不惜“斥巨资”也要上马“海绵城市”项目,建设和管理的费用可谓“不菲”,但减灾效益却不太明显。

有媒体曾在报道中发问,武汉建设“海绵城市”投资规模超百亿元,为何仍连年发生严重内涝?对于广州等城市,类似疑问也从未消失。

面对争议,张建云认为,需要实事求是地分析。“任何一种理念或模式,发挥其功效都需要一定时间,重金治涝并不意味着一定能在短期见效。而且由于投资限制,目前‘海绵城市’建设试点的范围只覆盖了易发洪涝灾害的重点地区。”张建云说,“况且任何一种防洪治涝系统的标准总是有限的。即使在发达国家,一些拥有成熟防洪治涝体系的城市,在超标准暴雨下也会产生严重灾情。所以,对于‘海绵城市’,公众和媒体不妨多一点耐心,不要轻率否定。”

同时,张建云赞成对“海绵城市”等做法保持冷静思考,开展科学审慎的评估。他建议,还应深化对当前各种新理念适用性、优缺点的认识,基于我国城市实际情况,集成和融合各种理念,取长补短,在此基础上推进治理思路的不断升级优化。

张建云告诉记者,好做法“不跑偏”要做到“四个”避免。

避免治理目标跑偏。城市水治理应当以解决紧迫性、根本性、关键性的问题为导向。

“对于我国多数城市而言,当前及今后一段时间最突出的问题不是小雨不积水,而是大雨不产生明显的内涝和水体不黑臭。如果不紧扣这一目标规划建设,恐怕花再多时间,还是在走弯路。”张建云说。

避免碎片化推进。张建云表示,城市水问题治理应该致力于打造良性的水循环系统,推进全过程、多尺度的系统治理。既要合理规划城市建设用地,落实地块和片区低影响开发,强化源头削减,也要健全雨水管渠系统,同时还要保护好城市河湖湿地,使城市排水系统与外部水域合理衔接,形成一个完整体系。

这当中,要避免为了“海绵指标”考核而建小型海绵体的不当行为。在北方缺水地区,要避免无限制地建设湿地和水景观。

避免重建轻管、建管失调。在张建云看来,一方面,要着力完善灰色和绿色基础设施,优化蓄、滞、渗、净、用、排等措施配置,建立具有较高标准的防洪排涝工程设施体系;另一方面,要充分利用现代科技手段,强化城市洪涝的立体监测监控,提升暴雨洪涝定量预测预警水平,强化基础设施的精细化、智慧化管理和科学调度运行,健全应急管理体系。

避免行业分割。“城市防汛涉及城市规划、水利、应急、环保等多个部门和行业。因此,无论在规划设计阶段,还是管理阶段,均需要多专业的共同参与。避免行业分割、各自为政,实现多部门、多专业的协调联动。”张建云说。

“点赞”赣州古城,从历史中寻找有益启示

中华民族的发展史就是一部人与洪涝斗争的历史。数千年来,我们积累了大量防汛减灾经验。尽管异代不同时,但古人的经验对于现代城市建设仍有重要启示。

张建云“点赞”最多的是江西赣州古城的防洪排涝系统。该系统建于北宋年间,至今尚有部分留存,而且还发挥着一定作用。

资料显示,赣州古城防洪排水系统由古城墙、排水沟、水窗和水塘四部分组成。排水沟根据地形和街区布局,按分区排水原则,建成了两个排水干道系统,并设置了水窗(排水沟穿城墙地下通赣江的口门),因为两条沟的走向形似篆体的“福”“寿”二字,故名“福寿沟”。

张建云从中总结了五点启发。

城市排水管渠布局应科学考虑地形条件,充分利用自然动力排水。赣州古城地形总体中间高、周边低,形如龟背状。福寿沟正是凭借地势落差,自然排水:城北区域雨、污水由各支沟汇集至寿沟,从东部、北部水窗排出;城南区域的,则由福沟汇集,从东南水窗排出;在主沟之外,还修建了一些支沟。福寿沟不一味求“直”,而是顺应地形蜿蜒,排水坡度大于一般的现代城市管沟。

城市排水管渠结构和形状设计需遵循力学原理,并考虑强降雨排放需要。福寿沟的沟道下部为矩形、上部采用拱形,整个断面呈拱门状。这加大了沟道对于地面、沟道侧壁的承载力,延长了沟渠的使用期限。同时,多数主沟,史载其断面“广二三尺,深五六尺”。这个尺寸大于许多现代城市普通排水管沟,考虑了强降雨排放的需要。

应合理安排城区洪涝调蓄空间,实现排蓄有机结合。除福寿沟外,还有很多水塘与它们相连。沟塘一体,“小雨直排、大雨容蓄”,减轻了强降水时雨涝外排的压力。

要挡排结合,科学衔接城区防洪和排涝。福寿沟建造时,不仅考虑了城中雨涝排泄的问题,还考虑到江水倒灌的问题。建造者根据水力学原理,在出水口处建造了12个水窗。当江水上涨时,利用江水之力将水窗外闸门自动关闭,若水位下降到低于水窗时,则借沟道水之力将内闸门冲开。为保证水窗内沟道畅通和具备足够的排水动力,建造者还采用了改变断面、增加坡度等方法,使进入水窗的水提高流速2倍至3倍,水窗的坡度比正常下水道大4.1倍。这样精细的、自适应的设计即便是现代排水系统也是缺乏的。

最后一点,赣州古城防洪排涝系统的日常维护与修缮都做得很好。古往今来,提高城市防汛减灾能力是我们不变的追求。未来,城镇化仍将快速推进,但对城镇化的发展质量要求越来越高。建设安全、宜居、健康、绿色的城市成为我们的目标。

为此,张建云建议,在全国尺度上,一方面要加强变化条件下的城市洪涝风险评估,优化人口和经济布局;另一方面,要根据城市经济社会发展水平、自然地理条件和公共安全保障新形势,更新治理理念和思路,科学制定治理标准,并落实到国土空间规划和经济社会发展总体规划中。对于现状洪涝灾害防治能力偏低的城市,应加快修订城市防洪排涝规划,加快完善工程设施,健全监测监控体系,提升应急管理能力。

在中观尺度上,要做好城市与区域、流域防洪排涝的衔接,优化城市群洪涝协同调控。长三角、珠三角、京津冀地区分布着大量城市群,也是河湖水系较复杂的地区,应当将城市洪涝协同治理作为推进基础设施和公共安全管理一体化的重要内容;从城市集群而非单个城市的角度分析洪涝风险、提出治理思路,强化骨干河湖与工程的优化布局和联合调度,探索跨行政区域的洪涝共治方法。

在微观尺度上,可以借鉴古今中外的经验,做好城市雨洪全过程管理,构建良性的城市水循环系统。