[科普中国]-不再“看海” 海绵城市试点中

今年自入夏以来，席卷我国南北的特大雨情一直牵动着众人的心。暴雨袭城，7月的武汉几度成为“孤岛”，山西太原内涝严重，北京、天津、石家庄、西安、葫芦岛等城市也纷纷沦陷，各地频频发布暴雨预警，触动着无数市民的神经。为什么暴雨一来，城市就立马进入“看海模式”？那些年埋进地下的下水管道为何没有在关键时刻发挥作用？特大暴雨带给城市排水系统的考验再次被搬上了台面，成为多方瞩目的焦点。
伴随着暴雨的侵袭，网络上也出现了众多以暴雨为话题的“段子”，人们在调侃的同时其实也是对于城市排水系统的质疑。那么除了“铺管子”，解决暴雨一来就内涝的难题还有什么新法子吗？机智的科学家们当然不会令大家失望，他们提出了建设“海绵城市”的新思路，让我们的家园像海绵一样“会呼吸”！更多关于“海绵城市”的小知识以及城市防洪减灾的新技能，我们邀请到了中国科学院大气物理研究所“千人计划”研究员杨宗良来解答。

图1 中国科学院大气物理研究所“千人计划”研究员杨宗良

海绵城市会“呼吸”
2012年4月，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，“海绵城市”概念首次提出，并开始进入专家和政府部门的视线当中，伴随着近年来夏季暴雨频发，有关海绵城市的研究越发深入。那么，“海绵城市”究竟是一个什么样的概念呢？
“海绵城市”的国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”，是新一代城市雨洪管理概念，指的是城市像海绵一样，遇到有降雨时能够就地或者就近“吸收、存蓄、渗透、净化”径流雨水，补充地下水、调节水循环，在干旱缺水时有条件将蓄存的水“释放”出来并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”。也就是说，海绵城市的核心设计理念就是“就地解决”，区别于传统的将水转移至他处的治水思路。杨宗良表示，海绵城市的建设理念其实是一种“全局式”的水循环概念，这就要求我们在进行城市建设的同时，充分利用大自然水循环的特点，实现人与自然和谐共处的理想局面。大力建设海绵城市，不仅可以解决当前多发的城市内涝灾害、雨水径流污染、水资源短缺等突出问题，还有利于修复城市水生态环境，给城市带来综合生态环境效益的同时也给百姓的公共出行和休闲生活带来极大便利。

图2 海绵城市水循环示意图

告别“积水潭”，没那么简单
自2012年4月“海绵城市”的概念在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中被首次提出后，就得到了政府部门的强烈关注：2013年习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调优先考虑建设海绵城市来解决城市内涝问题；2014年财政部、住房城乡建设部、水利部决定开展中央财政支持海绵城市建设试点工作；2015年10月，国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》，部署推进海绵城市建设工作。
尽管政府部门对于海绵城市的建设给予了高度的关注和大力支持，但是告别“积水潭”并没有那么简单。作为一个长远的治本之策，海绵城市的建设涉及大量的改建工程和较长的工期，考虑到在基础设施方面的欠账，海绵城市的“治水”效应可能还需要较长的时间才能凸现出来。海绵城市的确是缓解城市内涝的“灵丹妙药”，但它也是一个由点、线、面诸多方面共同构成的庞大系统工程，不可能一蹴而就。杨宗良认为，海绵城市的建设仍旧面临着诸多障碍，也是城市建设过程中经济利益与自然生态之间的权衡，必须基于环境因素、经济和社会因素等多方面的考虑进行系统化的城市规划，所以说海绵城市的建设还有很长的路要走。

图3 北方暴雨造成的城市内涝

洋为中用：建设中国本土洪水预警系统
作为中国科学院大气物理研究所研究员的杨宗良，同时也是美国德克萨斯大学奥斯汀分校地球系统科学集成研究中心的主任，他的团队一直致力于美国国家洪水预警系统的研究。谈及海绵城市的建设时，杨宗良就表示，美国在国家水文模式建设方面，非常值得我们借鉴和学习。
即将投入业务应用的美国国家洪水预警系统，能够对全美267万条河段汛情实时在线监测预警，实现未来18小时、10天、30天滚动预报，空间分辨率可细化到1公里。美国国家洪水预警系统是一个国家水文模式，这个模式在两年前初具规模，其框架是由杨宗良的团队与得克萨斯大学工学院共同研发出来的。由于洪水预报技术的复杂性，该模式由大气模式、陆面过程模式和河道汇流模式三部分组成，其核心部分是天气研究与预报水文模式（WRF-Hydro）。此外，该模式结合数据同化技术，实时同化全美约7000个站点的河流流量资料，实现对美国本土267万条河段流量的最佳估计，为水文研究提供重要历史资料。杨宗良解释说，目前该系统主要是预报暴雨发生后河流的流量，未来会将河流流量换算成河流水位高度，将水位高度与河岸高度进行比较计算出两岸被洪水淹没的面积，并将淹没面积预报实时发布在网络客户端和手机应用当中，这在实际救援工作中可发挥重要作用。
作为一名华人科学家，杨宗良心系祖国发展，他曾入选国家“千人计划”，领衔多个国内自然科学研究项目。对于自己在洪水预警研发方面的经验和方法，杨宗良也积极与国内相关专家学者交流共享，并且表示希望国内也能够开发类似的预警系统，为防范洪涝灾害发挥作用。

图4 从全球至街道的多尺度美国洪水预测系统

其实，“海绵城市”从理念到实践的过程也是蜿蜒曲折的。但是在我国政府的高瞻远瞩下，现在已经有厦门、镇江、嘉兴等30个城市进入了试点建设过程中，国务院也在2015年就下达了“大力建设海绵城市，提高城镇化质量”的要求。相信在不久的将来，我们生活的城市真的能够像海绵一样——自由呼吸。