专访|科学防控城市内涝 突发暴雨不再“看海”

城市的排涝减灾是我国防洪除涝体系中的一个突出短板

问：为何开展城市暴雨内涝形成机理及预报技术研究？其背景是什么？ 

黄国如：根据中国社会科学院《国际城市发展报告2012》，2011年末我国城镇人口占总人口比重首次超过50%，预计到2020年，这一比例将达到55%。城市化水平的提高一方面推动了城市经济的迅猛发展，但同时也带来了地区人口密度的急剧增加，城市生态环境遭到一定破坏，进而引起局部气候和城市水循环条件变化，即城市化水文效应。城市化引起的土地利用变化、不透水面增加正不断地改变气象与下垫面要素，城市化使降雨过程发生变化，城市“雨岛效应”明显。 

城市内涝灾害是由于短时强降水或过程雨量偏大造成径流过多，在地势低洼、排水不畅等情况下而形成积水的城市自然灾害。据住建部调研资料，2008年至2010年，全国有62%的城市发生过不同程度的洪涝，其中有137个城市洪涝灾害超过3次以上。最近几年雨季，广州、深圳、武汉、北京、南京、杭州等城市又轮番上演暴雨淹城景象，特别是2007年济南“7·18”特大暴雨、2012年北京“7·21”特大暴雨等，造成了人民生命和财产的巨大损失，教训十分惨痛。

总之，城市排涝减灾已成为我国防洪除涝体系中的一个突出短板，严重影响了城市人民生命财产安全，制约了城镇化质量的提高。针对目前城市防洪除涝减灾中存在的重点问题，开展城市内涝形成机理及预报技术研究是完善我国防洪排涝减灾体系，提升城市防洪除涝能力的迫切需要，是保障人民群众安居乐业的迫切需要。

解决城市内涝不能只靠提高地下排水管网排水标准

问：城市暴雨内涝形成机理及预防措施的主要内容有哪些？

黄国如：城市暴雨内涝形成机理研究主要包括从较为宏观的角度研究区域暴雨发生规律，探讨区域暴雨规律对全球气候变化响应；从较为微观的角度研究暴雨成因，揭示城市化对暴雨时空分布影响，揭示暴雨发生与内涝关系。探讨城市下垫面特征对城市内涝发生的影响，分析城市下垫面性质变化、地下管网分布与排水能力、内河和内湖等水体水位变化对城市内涝发生的影响等。

城市内涝防治措施主要包括工程措施和非工程措施两大类。工程措施主要包括整治河道，上承雨水管网的雨水，下达排涝闸站排泄涝水；改造地下管网，增加排涝设施；增加调蓄和渗透能力，强力推行低影响开发建设模式。 

新修订的《室外排水设计规范》大幅度地提高了城市排涝标准，要求目前特大城市中心城区的雨水管道设计标准达到5—10年一遇，而到2020年以后，像北上广这类一线大城市的中心城区要能抵抗50—100年一遇的暴雨，但在这么短的时间内要达到这样高的要求将非常困难。 

众所周知，城市内涝不能简单地靠提高地下排水管网的排水标准来解决，改造下水道的工程投资巨大，同时也会引起交通堵塞、影响市民生活等其他问题，应事先制订科学的规划。尤其像北京、上海、广州、深圳等特大型城市，降雨高度集中，极端暴雨频发，光靠建设传统的浅层地下排水系统可能难以彻底解决城市内涝问题，可以适当考虑建设深层隧道排水系统等综合性措施，北京、上海、广州、深圳和武汉等城市拟规划这些工程，以提高应对极端暴雨能力。但前提是要充分做好前期论证工作，尤其要对工程的未来运行管理进行充分详实的论证，广州市最近几年在这方面已经做了一些初步探索。

非工程措施主要包括城市暴雨内涝预警预报系统、城市内涝灾害风险评估、城市内涝洪水风险图和城市内涝洪水危机应急管理等。由于工程措施投资巨大，涉及面很广，技术十分复杂，实施难度很大，想短期内改变城市内涝现状十分困难，因此通过提高城市暴雨内涝预警水平来减少内涝损失显得尤为迫切。

暴雨造成广东东莞城市内涝（资料图片）

找出当下城市内涝形成的重要成因

问：当前我国大中型城市暴雨内涝形成的主要因素有哪些？不同类型的城市暴雨内涝形成的机理有何异同？ 

黄国如：城市暴雨内涝现象是由多种因素共同作用产生的灾害现象，其中暴雨是城市内涝发生的最主要、也是最直接的因素。我们在广州、济南等做了一系列研究，结果表明，短时暴雨从农村转向城市，城市暴雨的强度、降雨量在增加。

这主要是因为城镇化率越来越高，大大地改变了当地降雨条件，城市普遍存在“热岛效应”和“雨岛效应”，城市中水汽更容易凝结，凝结核的增多导致暴雨形成的可能性大大增加，所以在城市区域特别容易形成特大暴雨。大城市暴雨正在向常态化发展，这已基本成为不争的事实。

另外，城市下垫面变化是大城市内涝不断加剧的主要原因，主要表现在随着城市扩大，土地利用方式发生了结构性改变，原来的农村、郊区变为城区，即不透水面积增加，透水面积缩小，蓄、滞、渗水能力减弱，城市化导致产流系数增大，产汇流时间缩短，洪峰流量也随之增大，加剧了暴雨洪水的形成。我们在济南市开展的研究表明，同样一场暴雨形成的洪水流量在城市地区增加得非常显著。

造成城市内涝的另一个原因则是城市下水管道开发建设缺乏长期规划，且排水标准过低，比如我们现在大多城市地区的排水标准只有1—2年一遇。城区原来标准较低的排水系统，随着城市大规模的扩张建设，其排涝能力可能进一步降低。另外，潮水顶托、排水排涝标准不衔接以及排水系统维护不到位等也是城市内涝频发的重要原因。 

由于城市内涝形成的复杂性，不同类型的城市暴雨内涝形成原因不相同，主要可以分为山前平原型城市、沿海城市、平原河网型城市等3种类型城市内涝。

济南市为山前平原型城市代表，该城市容易受到来自南部山区洪水的袭击，往往造成极大的城市内涝灾害；广州市为沿海城市代表，该城市暴雨内涝除了受到当地城市暴雨外，还受到上游来水和下游潮水的顶托影响；以太湖流域为代表的长江三角洲地区城市内涝除了受到局部暴雨影响外，常受到太湖河网区排水的制约，涝水难以排出内河，容易在整个片区形成洪涝灾害。

建设精细化的城市内涝预警预报系统

问：基于GIS（地理信息系统）的城市内涝预警预报系统的主要内容和功能是什么？要达到怎样的预期效果？目前推广应用状况如何？

黄国如：首先探讨城市地面产流、地表汇流和管网汇流方法等，将地表产汇流、街道排水、管网排水、河道排水、地表积水等进行有机地耦合，建立基于GIS的城市暴雨内涝预警预报系统，动态显示暴雨期间城市积水位置、水深、流速、历时等，为防洪排涝管理、调度、规划和雨洪资源利用等提供决策依据。 

要建立这样的预警系统，首先就要像一个医生看病一样，查看这个城市在暴雨排涝方面存在哪些问题，收集历史上排涝问题的气象水文数据。通过这些历史数据，为复杂的预警预报系统数学模型提供可靠参数。在气象部门提供可靠的降雨预报后，利用该模型推算出这场降雨可能造成的内涝灾害地点、时间以及淹没深度。如果气象部门的预报比较准确的话，可以利用预警预报系统为政府的统一指挥提供预警。 

尽管目前我国在极端暴雨预警这一块有了长足的进步，比如雷达测雨在应对极端天气方面的水平已经比较高，但由于夏季气团非常活跃，突发性极端暴雨预报还是十分困难，加大了城市暴雨内涝预警工作的不确定性。

但是，通过各界的努力，我们还是乐观地相信，随着气象部门预报暴雨水平的不断提高，以及暴雨内涝预警系统的不断完善，不久的将来，当人们站在“黑云压城城欲摧”的城市街头，可能会收到某地点未来将会出现内涝、淹没深度多少毫米、积水何时发生何时退去的信息；司机们也会从交通广播中获知每一处由于内涝造成的交通死点。目前该系统已经在济南、广州、深圳和海口等城市得以初步应用，取得了较好的效果。

济南市暴雨内涝预警预报系统

问：未来如何更好地建立健全城市暴雨和内涝预警系统，保障城市防洪涝安全？

黄国如：由于城市暴雨内涝短期内难以完全解决，建设精细化的城市内涝预警预报系统等非工程措施就显得十分必要。

目前全国各大城市已具备了建设城市暴雨内涝预警预报系统的条件。首先，最新一轮的排水防涝规划对城市地下排水管网进行了普查，开发了精度良好的地下排水管网数据库系统，为城市暴雨内涝系统开发提供了重要的基础数据；基于水文水动力学方法的精细化城市暴雨内涝模型构建技术已经较为完善，GIS、RS和高性能计算机技术为内涝预警预报系统的构建提供了重要保障，较好地解决了模型计算精度与计算效率之间的矛盾；各个城市以新一代天气雷达为主要预报手段的强降雨监测预报技术日趋成熟，为城市突发性强暴雨预报精度提高提供了技术保障，为预警系统提供了较好的输入条件。

因此，建议国家和地方各级政府大力推进城市暴雨内涝预警预报系统建设，深入开展城市暴雨内涝系统建设的相关前期规划和可行性论证工作，开展相关关键技术的研究工作，早日建成城市暴雨内涝预警预报系统。