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程晓陶:城市雨洪管理与综合治水方略的调整方向

景观学与美丽中国建设专委会 2018-03-29 来源:景观中国网
原创
中国有着与其他国家不一样的治水环境,面临着复杂的因素。

海绵城市是咱们国家一个形象化的提法,在国际上类比于LID、澳大利亚的水敏城市、英国的可持续排水。那这个题目和景观设计学有什么关系呢?大家可能更关心景观的设计。这个关系应该是很密切的,至少可以从四个层次来说明。

第一个层次,水往往是景观设计里面需要考虑的重要元素,如果这个元素考虑的好,那它会给作品增光添彩,如果考虑的不好,就会带来很大的麻烦。

第二个层次是滨水地带。滨水地带往往会是我们景观设计的主战场,是展示我们才华的一个大舞台。但是在这样一个舞台上去做景观设计,一定要对水有了解。

第三个层次是水景观设计。如果你的作品跟水相关,那做设计时,需要让它含有综合的功能,比如能净化水质,能调蓄雨洪,能够供水,能够修复生态等,而不仅仅是好看。

第四个层次跟我们景观设计师以后长远的,能否心安理得地过一辈子有关系。因为我们今天很多地方的发展,是受土地财政的一个驱使。地方政府通过景观的建设,让土地升值,开发商则希望景观开发好了以后,楼价可以上升。那些非自然的,人造的景观费用很高,维护成本也很高,但谁来对后期的维护负责任?

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程晓陶  《水利学报》主编  中国水利水电科学研究院原副总工程师

国家减灾委员会专家委员会委员  国家防汛抗旱总指挥部防汛抗旱专家

引言

中国有着与其他国家不一样的治水环境,面临着复杂的因素。我们国家位于欧亚大陆的东端,这是世界上最大的一个大陆,西面有喜马拉雅山,是世界屋脊,我们东面面临的是太平洋,世界上最大的海洋,我们的地形分成了三级台地,所以这样的地形形成了河流的东流入海,这一片区域是物质能量交换非常剧烈的一个区域。由于这样的交流特征,因此世界上的自然灾害71%是发生在亚洲地区。我们再来看与水有关的灾害,那么有84%是发生在亚洲。这是别的大洲所没有的一个特征。

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1986年至2006年全球所有自然灾害的全球总死亡人数

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1986年至2006年全球洪涝灾害的总体死亡人数

我们国家的降雨,从南到北,从东到西,分布很不均匀,而且有很多类型,包括山洪爆发、江河泛滥、暴雨内涝、融雪洪水、凌汛、溃坝等多种形式,并可能伴生滑坡、泥石流等地质灾害。

 

降水的时空分布十分不均

洪涝成因也不一样。像华南地区属于双雨季型,5—6月受夏季风影响出现前汛期雨季,雨带北移后受台风和东风波等热带系统影响而出现第二雨季;华北、东北属于夏雨型,雨季短促、夏季降水集中;长江中下游属于春雨梅雨型,一般5月初至中旬入梅,6月上旬至中旬出梅,也可能持续到7月上旬,呈现阴雨连绵、闷热潮湿的特征;川黔地区属于全年阴雨型,四季多雨,春夏季降水最多;西南地区是夏秋雨型,受西南季风影响,雨季较长,从5月开始持续到10月;西北地区则属于干旱型,全年少雨,洪水主要由融雪与局部短时暴雨形成。所以洪涝对不同区域的影响是不一样的。

在这样的条件下,我们的七大江河的洪水都是很厉害的。

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洪灾造成的人员伤亡也很严重,1931年江淮并涨,受灾人口达 5100万,40 万人被洪水及随之而来的饥荒、瘟疫夺去了生命;50年代最大的洪水发生在1954年,造成了4.24万人的死亡。

再有一个因素,就是当我们要学习国外的经验时,要注意与国外的差别。比如北京,年降雨量为578mm,而东京是1467mm,是北京的2.5倍,可是东京的降雨峰值跟我们是差不多的。跟北京同等量级的柏林,年降水量为584mm,德克萨斯为619mm,莫斯科692mm,伦敦753mm,等等,这些城市的降水,相对平缓,比较均匀,所以自然条件是不一样的。

再有一个因素就是城镇化。1998年,中国人口城市化率突破30%,前20年间提高了14.4个百分点;而至2016年达到57.3%, 仅18年间又上升了27个百分点,新世纪以来城镇化进程空前迅猛。我国人口超百万人口的城市,1985年不到10座,而到2016年上升到了147座。

从自然、地理、气候、社会经济,我们都跟其他国家有着很大的不同。那么在这样的一个背景下,形成的我们的治水理念又是什么样的呢?

 

我国治水理念与体系的基本特征

我曾经写过这样一段话:“治水,在中国是一个古老的课题。中华民族的发展,自古就与大规模有组织的治水活动密切相联。从共工氏“壅防百川”与鲧“障洪水”,到禹“疏九河”,促成氏族社会向奴隶社会的过渡;从“欲治国者必先除五害”,“五害之属水为大”的先秦古训,到汉代贾让影响深远的“治河三策”;从始于战国的“宽河固堤”,到兴于明代的“束水攻沙”;从清代屡禁不止的“围湖造田”,到民初权衡利害的“蓄洪垦殖”;从新中国成立之初“人定胜天”、“根治水患”的豪迈实践,到1998年大水之后“治水新思路”的提出与新世纪中向“洪水管理”、“全面抗旱”的战略性转变,在漫长的治水历程中,治水方略总是伴随着社会的变革、经济的发展、科技的进步及人与自然关系的调整而不断扬弃与升华。毫无疑问,我国的水利史也是社会发展史的重要组成部分。”(程晓陶.解读治水历史,把握发展趋向,中国防汛抗旱,2007(2)8-15)

五害之首,水为大,在两千五百年前,先秦时代的《管子·度地篇》中就已经写到:“善为国者必先除五害。。。。。五害之属,水为大。”1975年到200年,全球各类自然灾害受灾人口比例显示,洪水灾害的受灾人数占51%,同时灾害的变化是不均匀的。这与我们祖先在2500年前得出的结论是一致的。

人类自身发展打破了自然界固有的平衡。人口爆炸,人与水争地、与生态系统争水是水旱灾害损失增长与生态环境恶化的内因之一。

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人口爆炸,人与水争地、与生态系统争水是水旱灾害损失增长与生态环境恶化的内因之一。

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在实现持续30年的快速发展之后,以牺牲环境为代价的发展模式面临调整的巨大压力,发展速度必将放缓。

治水起到什么样的效果?

治水会使生态环境发生很大的变化。海河流域1963年有过一场大水,大水非常厉害,所以大水之后毛主席发出号召,一定要根治海河,因此在太行山便修了很多水库,图中(蓝色的点,红色的线是堤防)。水库修好后,平原上的湖泊便都干涸了。有专家做过计算,这些干掉的洼地和修建的水库的容积是相当的,也就是调蓄洪水的场所从平原搬到了山区,但是到了山区后,所占的土地就小了,腾出了平原地区大面积的良田。所以海河流域的人口从解放初到九十年代增长了一倍,粮食产量增加了六倍。水库存了水后,还有调蓄能力。但人口的增长等带来了用水量的增加,水不够用后,开始抽取地下水,地下水几乎干涸,生态环境发生了巨变,相对应的解决措施就是南水北调。

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再看河北省1956-1998年的年降雨量,从300mm到700mm,年际变化非常剧烈。北京等地变化也是非常剧烈,从300mm到1400mm,不同年际能差很多倍。八十年代中期,河北省年降雨量连续五年低于平均值,当时连白洋淀都整个干掉了。这种气候特征也是我们不得不考虑的。

所以城市洪涝的风险特征,实际上是在不断变化的。城市的正常运转依赖于各类基础设施与生命线系统(交通、通讯、互联网、供水、供电、供气、垃圾处理、污水处理与排水治涝防洪等)。这些系统在关键点或面上一旦因洪涝而遭受损害,会在系统内以致系统之间形成连锁反应,甚至出现灾情的急剧扩展。城市洪涝灾害损失与影响激增的现象,不仅与城市排水治涝防洪标准有关,而且取决于承灾体的脆弱性。认清城市洪涝灾害的连锁性与突变性,是强化风险管理与应急管理的重要基础。

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城市洪涝风险特性的演变肌理

 

城市水问题有一个孕发机制。这个机制首先是城市化过程,人口向城市高度集中,城市面积扩张,城市系统的功能变得越来越复杂,在这个过程中,社会、经济、自然、环境都发生了巨大的变化,在这个过程中,以人的生存与发展需求为导向,人与自然之间的平衡不断地被打破,与原有环境之间产生出大量新的矛盾,并且矛盾越来越复杂,解决矛盾的难度越来越大。但是随着我们经济技术实力的不断增强,对自然演化规律认识的深入,人类自我约束能力的提高,为改善城市环境,维护城市的正常发展创造了条件。

太湖流域是我国最重要的经济区之一,易于遭受梅雨、台风暴雨和风暴潮的袭击,同时这里经历了异常迅猛的城市化进程,而洪水风险的特征便是对全球温暖化和快速城镇化都非常敏感。通过太湖土地利用变化的地图我们可以看到,仅仅十年,建成区面积发生了很大变化。

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太湖土地利用变化

在这种形势下,太湖流域水安全形势在各方面都发生了变化,1991年和1999年,太湖流域发生了两次大洪水,这里的城市为了自保,都修了防洪圈,我们便做了一个模型来模拟的时候,就发现有些地方确实确保安全了,但是有些地方更糟糕了,水质污染也很严重,由于水质污染,当地人便开采地下水,由此造成地面沉降。


洪水不仅是有害的,有些地方也是有利的,具有两重性。我们现在讲洪水管理的转变,其中很重要的一条是洪水资源化。洪水管理是人类按可持续发展的原则,以协调人与洪水的关系为目的,理性规范洪水调控行为,增强自适应能力,适度承受一定风险以合理利用洪水资源,并有助于改善水环境等一系列活动的总称。过去是抗洪抢险救灾,现在的观念其实是变化了。

 

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为了做到这一点,我们需要更加完善的体系,这便是洪水风险管理系统的构建。根据洪水的灾害特性、洪水的环境特性、洪水的资源特性,构建起一系列系统,包括洪涝灾害信息管理系统,洪水监测、预测、预报系统,防汛抗洪抢险系统,防洪排涝工程系统等。

 

从传统水利到现代水利的发展历程

从传统水利到现代水利的发展历程,在历史上也是一个很有意思的历程。从大禹治水,就开始江河防洪,秦始皇有能力来统一六国,其中很重要的一个原因是他请到了一个叫郑国的人,教他们修渠道、引水,发展灌溉农业,所以粮食增长起来,经济实力也就提升了。航运水利也是很古老的,隋炀帝修大运河,就是为了把粮食从南方运到长安。城市给排水在古代的城市中也普遍存在,水能利用方面则是从原来的水车,到现在的水力发电。现在的城市发展,让人更集中地住在城里,这时候水利则要考虑城市节水、资源水利、环境水利、景观水利、生态水利以及城市水文化保护等。支撑发展与保障安全是现代水利的双重使命。

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因此城市水利内涵的扩展呼唤体制机制创新,这涉及到观念的转变、体制机制的调整、技术的发展,还有资金保障等。比如我们要做资源水利,那从观念上,要明确水是有限的资源,建立水权、水价与水足迹的理论体系,强调依法治水与流域综合治水,要求洪水资源化;从体制上,要建立对区域、部门间水资源合理配置的管理体制,依法对水资源利用的冲突进行有效协调,推进市场化的水权交易;从技术上,要开源节流新技术,水资源监控与优化配置技术,水利工程多目标优化调度与决策支持技术等;从投资上,要增加提高用水量保障水平、水资源监控信息系统与水源地保护的投资等。

我们要意识到我国城市综合治水的艰巨性,我去俄罗斯的时候,从飞机上看到,他们的城市用地很小,完全不跟河流争地,所以河流可以随意地变化摆动。但是我们一定要把堤防修起来,要把很多地方变成农田和城市。

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俄罗斯的河流

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武汉的城市用地变化

 

城市雨洪管理的认识误区与发展前景

2017年,我参加了萍乡、武汉两座海绵试点城市的中期检查,实地考察了遂宁海绵城市试点的建设成果,到访了昆明、海口、遂平、广州、南阳、西安、深圳、乌鲁木齐、天津、赣州、成都、拉萨、南京、哈尔滨、武夷山等不同层次与类型的城市,参加了相关会议20余次。

令人可喜的是:海绵城市的基本理念为更多人所接受,认识在去伪存真、逐步深化,有了更多的系统性思考;海绵城市建设形成了一批有实践经验的规划、设计、施工与管理人员,有了一些可交流的样板;海绵城市建设技术得以甄别,学会了因地制宜选择切实有效的手段,淘汰了一些不适用的做法;海绵城市建设的推进模式有了多类型的探索,多了理性,少了盲从;多了切磋,少了排斥……但是也有令人忧虑的地方,因为按2015年10月国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见的部署:到2020年,城市建成区20%以上的面积达到目标要求;到2030年,城市建成区80%以上的面积达到目标要求。现在的难点是在三个方面:海绵试点城市三年期满,能否通得过验收?按试点要求的指标体系,是否可能在三年期内达成?海绵城市专项规划的编制任务,能否再推进下去,与相关规划之间的关系如何理清?海绵城市三年试点期满后,现行主打的建设模式将依靠地方财政推进,是否具有可持续性?

因此,不抓住海绵城市建设的本质需求将陷入认识上的误区。城镇化进程中,不透水面积增加,降雨渗透与蒸发减少,径流量增大。但对不同量级降雨,这并非固定的常数。

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新时期综合治水方略的调整方向

        我们要特别强调一点,我们现在是在爬坡阶段,我们现在才走到一半,经济社会发展的不同阶段,面对的水问题与具备的治水能力有所不同,治水方略需要实时做出相应的调整。快速的工业化、城镇化对区域之间、人与自然之间基于水的脆弱平衡必然产生强烈的冲击。

        旧的平衡正在不断被打破,而新的秩序尚在建立健全的过程之中。水利建设要肩负支撑发展与保障安全的双重使命。

       我国水安全保障的形势空前严峻,新世纪以来,我国洪灾相对损失显著下降,直接损失先减后增,2010年以来,7年中有4年损失超过2500亿元。2006年以来我国每年遭受洪涝的城市都在百座以上,水灾总损失与受灾城市数明显成正比。同时,水资源短缺、水环境污染与水生态恶化问题也日益突出。水安全保障的任务更为复杂、艰巨。

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2006-2016年历年受洪涝影响城市数(座)

全面树立水安全保障的理念。2011年中央一号文件明确指出,“加快水利改革发展,不仅事关农业农村发展,而且事关经济社会发展全局;不仅关系到防洪安全、供水安全、粮食安全,而且关系到经济安全、生态安全、国家安全”。 党的十九大明确提出要树立共同、综合、合作、可持续的新安全观。

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为了消除城市内涝,传统理念是直接加大排水管网的能力建设,但会导致河道洪峰流量倍增,加重洪水风险。海绵城市建设要抑制径流峰值随城镇化增大的趋势,须道法自然。河流形态学体现了河流形成演变的自然规律,其应用是道法自然的有效途径之一。

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引自:Maksimovic, C., 1996, Measurements of Water Quantity in Urban Areas. In: WMO, Rain and Floods in our Cities – Gauging the Problem. WMO/TD – No. 741.

 

基于河流形态学的原理,从集水面积、河道比降、河流形状与疏密连通特性等方面,分析诸要素与径流过程的关系。关键是规划阶段的合理布局。

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生态修复是有不同的模式的,一种是复育,就是使现有生态环境形态经过人工措施,使其各种组成、条件、功能、景致等都能恢复到未受干扰前的状态。第二个是修复,就是针对不可能恢复到原来的状态,这时要针对某个特定的生态环境被干扰前应具有的部分重点特征,经过人工措施,使其能重现这部分的功能、特性。再有一个是改善,是人为促进生态环境中某些功能、环境品质的进步,但无须考虑是否为原有的环境特性。再造又称重构,即重新“构造”一个生态环境,即使此环境中所包含的特性从来未出现在原区域中

空间尺度是城市综合治水体系规划建设必须考虑的要素,为此必然要求采取抓大放小、循序渐进、部门协作、公众参与的模式,形成良性互动的推进机制。

针对洪水调控的风险,要健全风险管理体系,提升水安全保障水平,构建调控性策略、强韧性策略、适应性策略,并全面加强能力建设。

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洪水风险分析与评价

Crichton, David. The Risk Triangle. Natural Disaster Management. London: Tudor Rose,1999

 

结语

在全球气候变暖与我国城镇化进程空前迅猛的交互影响下, 我国水安全保障面临巨大压力与挑战,成为实现快速平稳发展、全面建成小康社会目标的重大制约因素。

面对日益突出的水灾害加重,水资源短缺、水环境污染与水生态退化等问题,城市水利的内涵不断扩展、深化,城市水利每上一个台阶,都对观念更新、机制创新与技术革新提出更高要求,并要求改进相应的投入保障机制。

城市雨洪管理必须走综合治水之路,谋求治水目标的优化分解,治水方案的优化比选,实施顺序的优化安排,实施力量的优化整合。

山水林田湖统一治理需要采取“政府主导、部门协作、流域治理、社会参与”的推进模式,形成统筹规划、道法自然、天人合一、良性互动、因地制宜的运行机制。

水利学会城市水利专委会致力于推进综合治水方略,为跨学科、跨部门专家的融合与协作搭建良好的交流平台,全面加强综合治水的能力建设,务实总结经验教训,树立正反两方面的典型,寻求可持续、可推广的模式。

 

 

以上内容整理自程晓陶教授在北大建筑与景观设计学院的讲座,未经主讲人审核,如有异议请联系专委会秘书处。

演讲者:程晓陶,工学博士,教授级高工,中国水利水电科学研究院原副总工程师,曾任防洪减灾研究所所长。

讲座时间:2018年3月3日(周六) 16:00—18:00

讲座地点:北京大学 备斋(红四楼)3层南侧报告厅

讲座摘要:随着城市看海、水体黑臭、供水短缺的加剧,我国水安全保障压力日增。报告分析了海绵城市试点以来,我国现代城市雨洪管理取得的进展与暴露的矛盾;阐述了城市水利内涵的扩展;强调指出,实施城市综合治水方略,需采取“政府主导、部门协作、流域治理、社会参与”的推进模式,形成“统筹规划、道法自然、良性互动、因地制宜”的运行机制。增进对我国水情和治水规律的了解,有助于在景观设计中获得更多灵感,并使作品更具可持续的生命力。

学生记者:王立帅

 


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