2020年12月5日，中国科学院院士、武汉大学夏军教授为哈工大水务精英班学员们讲授《城市水系统理论与智慧管理》课程，让我们共同回顾课程中的金句吧！
一、城市化与水安全问题
水是生命之源 生产之要 生态之基
近30年来，中国城市化快速发展，将面临水安全问题巨大挑战。城市水安全不仅仅是城市内涝，而且涉及到城市供水安全、水质安全、水生态安全以及城市与河流（区域/流域）跨界水安全问题。
1. 水安全：人类生存发展所需有量与质保障的水资源、能够维系流域可持续的人与生态环境健康、确保人民生命财产免受水灾害(洪水、 滑坡、干旱)损失的能力（UN - Water, 2015）
全球水安全压力：总的来看，当前受到最高量级水资源压力（大于40%）的陆域面积已占到全球陆地总面积的30%，到2050年将攀升到50%。
2. 城市水安全问题：
a. 城市看海城市内涝及洪涝灾害损失愈来愈严重
b. 黑臭水体、城市垃圾、生活污水排放，河道水流堵塞，城市内c. 涝伴随的面源污染及河流溢流问题
d. 河湖生态退化
e. 城市人群疾病多发: 生存环境的水污染、废气和雾霾凸显
3. 我国城市群快速发展面临多重影响与挑战
a. 气候变化影响：城市化进程快速发展，灾害风险日益增加！（翟盘茂，2019 ）
b. 显著土地利用/覆盖变化（LUCC）影响
二、水循环与城市化水文效应
我国城市发展，面临来自气候变化影响以及城市下垫面急剧变化的多重影响，导致了水循环发生了显著的变化。变化环境下城市水文效应，成为认识和解决城市水安全问题最重要水文科学基础。
1. 水循环- 地球上的水是在不断地循环变化
全球水循环
城市水循环
2. 城市化水文效应的概念
（1）城市化水文径流量变化的关系- 水平衡分析
a. 自然条件下区域水文平衡关系与径流系数α；
b. 都市化条件下区域水文平衡关系及其蒸散发和蓄水量的变化；
c. 都市化条件下蓄水量的变化；
d. 都市化条件下径流量与径流系数α变化。
（2）海绵城市建设新的需求
海绵城市建设的工作目标：通过工程/非工程措施将由于都市化减少的年雨水土壤入渗量、塘堰雨水滞蓄量、河湖调蓄水量、湿地蓄水量尽可能等价恢复到低都市化影响状态 ，即由于城市化这四个部分下渗和蓄水减少的量趋于0。
3. 城市化的水文风险与海绵城市建设的挑战
（1）现行LID建设年径流总量控制率关系和可改进的风险部分。
（2）如何减少城市“看海”？
a. 尽可能消除城市化建设带来的不利的水文效应。
b. 客观评估城市LID及基础设施能够抗御洪涝灾害的能力。
c. 需要说明：尽管国家/地方投资“海绵城市”建设，但是由于气候变化和人类活动影响，当暴雨总量和强度超出城市海绵体的承载能力，将面临城市水安全风险。
d. 全方位监测与监控系统。
工程措施-雨污分流、河湖联通、修复湿地，恢复洼地、源头LID，建设分散性大型蓄水深邃，多用洼地…；
非工程措施-暴雨内涝预警预报、科学调度与管理、海绵建设的后评估与跟踪系统。
e. 绿色城市的发展体制建设与制度创新。
三、我国海绵城市建设与思考
海绵城市建设为改进和解决城市水问题，提供了科学理念与途径，其核心：通过工程/非工程措施，尽可能等价恢复到低都市化开发影响(LID)状态 。海绵容量及其联系的水量-水质-水生态综合承载力是关键，需要有风险管理意识与科学对策。
感受1：我国城市建设与发展成效突出，但也面临挑战和发展机遇。
感受2：我国城市建设存在一些亟待进一步改进的问题。
四、城市绿色发展与水系统方法
1. 何为绿色发展？
建立在生态环境容量和资源承载力约束下，将环境与生态保护作为实现可持续发展重要支柱的一种创新模式的发展简单说，它是以效率、和谐、持续为目标的经济增长和社会发展方式。
2. 地球系统科学计划与水系统方法论
强调了以水循环为纽带的地球系统多圈层（地圈、生物圈、土壤圈、大气圈、岩石圈以及人类圈等）的相互作用。
水系统方法论强调以水循环为纽带的水文物理过程、水质与水生态过程和经济社会发展的人文过程的相互作用于影响。
3. 变化环境下水安全问题联系的水科学体系
水系统理论三个关键与难点：
a. 强调水循环联系的三大过程的监控与观测研究，揭示水系统演变规律；
b. 强调水循环联系的三大过程“作用与反馈”，尤其水系统的“耦合与解耦”模型研究；
c. 强调了水系统关键的调控与管理，为变化环境下的流域综合治理提供科学支持！
4. 城市水循环与水系统问题
城市水系统强调水循环为纽带的水量-水质-水生态过程和城市治理的人文过程、政策-管理的作用与互动，观测与系统模拟与验证是关键，应对环境风险的系统集成与智慧管理是核心。
5. 城市水循环系统再认识5.0版本系统框架
（1）城市雨洪模拟问题回顾：
城市雨洪模拟主要包括城市下垫面产流计算、城市雨洪地表汇流计算和城市雨洪管网水流计算等。城市雨洪产汇流计算多采用流域水文学中简单的经验或半经验产汇流公式进行计算。
（2）城市水循环应用基础研究 (夏军,2015- )：
a. 城市水文过程是高度非线性。
b. 径流形成非线性机理（夏军，1989-2017）。
c. 现行的城市产流模型SCS模型等，特色与关键在于：根据下垫类型、土壤类型等特征，来确定参数CN的值，利用CN曲线来模拟径流。
d. 发展的新的径流计算方法与时变增益模型(TVGM)：解决了原水文系统线性理论中假定产流增益为常数和仅为平均态的问题、明显提高径流预测的精度。
e. SCS与TVGM比较：TVGM时变增益产流随雨强非线性变化SCS模型则为准线性体系，需要改进。
f. 发展了都市时变增益非线性径流模型（TVGM-Urban V1.0，夏军）。
（3） 构建了城市水系统5.0版本体系（夏军，2017-）
a. 源头降雨-径流和面源污染模块；
b. 排水系统转输模块；
c. 末端调蓄净化模块；
d. 城市社会经济水循环模块；
e. 城市生态修复与绿色发展评估模块。
五、城市水安全智慧管理： 深圳为例
城市水系统5.0版本以大数据平台和人工智能等技术为基础，强调了自然科学与社会科学综合与交叉。以深圳为例，说明城市智慧管理的价值与意义。城市模拟器研发与应用，将为“城市可持续发展先锋示范，实现高质量发展”提供科技支撑。
1. 深圳是全国城市化建设绿色发展排头兵。
2. 由于城市人口密度高、资源有限、水安全问题与压力突出。
3. 2016年起市政府开展治水-治产-治城的“大统筹、深融合”行动。
a. 成效突出：2019年底，深圳水环境治理实现历史性转折，在全国率先实现全市域消除黑臭水体。
b. 变化环境下深圳市城市高质量发展，仍然面临新的风险与挑战：人均水资源不足仍是关键的制约与瓶颈之一、高密度人口和有限地域空间，加大了应对环境变化风险的暴露度与脆弱性。
思考1. 加强深圳市应对极端水灾害的预警与调控研究。
思考2. 加强城市”绿色发展”水的综合承载力研究。
思考3. 加强城市水安全智慧管理的综合模拟与集成研究。
来源：中国科学院院士、武汉大学夏军教授
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