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技术专访 第二十五期 | 《院士张建云:城市洪涝监测预警与应急响应关键技术研究》 ...

2019-11-26 16:57
来自: 2019(第四届)城市防洪排涝国际论坛 收藏 分享 邀请

全球变暖与城市化快速发展的背景下,我国城市暴雨呈现增多增强的趋势,“城市看海”现象年年发生,城市洪涝问题越来越突出。中国工程院于2015年立项启动了重大咨询研究项目“我国城市洪涝灾害防治策略与措施研究”。 ...

编前语:
全球变暖与城市化快速发展的背景下,我国城市暴雨呈现增多增强的趋势,“城市看海”现象年年发生,城市洪涝问题越来越突出。中国工程院于2015年立项启动了重大咨询研究项目“我国城市洪涝灾害防治策略与措施研究”。

2019年11月14-15日,2019(第四届)城市防洪排涝国际论坛”在广州隆重召开。本次论坛由中国工程院土木、水利与建筑工程学部、中国土木工程学会、中国水利学会等单位共同发起举办,中恩工程技术有限公司作为协办单位出席会议。

52监测网小编有幸获取中科院院士张建云专家报告实录,与大家一同聆听名家之声,了解张院士在城市洪涝监测预警与应急响应关键技术研究领域技术报告。

嘉宾介绍:
张建云博士,教授级高工,博士生导师,水文水资源专家。1982年毕业于华东水利学院水文系,1996年获爱尔兰国立大学土木及环境工程专业博士学位。曾任水利部水文局总工程师、副局长兼总工程师,南京水利科学研究院院长。

现任水利部应对气候变化研究中心主任,国际水文科学协会中国国家委员会主席,《水科学进展》杂志主编。长期从事水文水资源、洪水预报与防汛减灾、气候变化影响与适应、水利信息化等科研工作。在洪水预报理论与流域模型、气候变化对水文水资源影响评估和适应对策、设计暴雨和设计洪水等方面取得重要研究成果。获国家科技进步一等奖2项、二等奖5项,省部级特等奖4项、一等奖4项。出版专著6部、译著1部,发表论文300余篇。2009年当选中国工程院院士,2014年当选英国皇家工程院外籍院士。


张院士,在报告中阐述了我国城市洪涝防控方面存在的主要问题,重点介绍了国家“十三五”自然灾害防控专项研究项目"我国城市洪涝监测预警与应急响应关键技术研究与示范”项目取得的初步成果,主要包括:

(1)分析了城市暴雨特性的变化;
(2)初步分析了变化环境下城市暴雨洪涝灾害的成因;
(3)介绍了雷达信息及窄带传输技术等在信息监测系统中的应用;
(4)介绍了基于雷达信息的降雨短临预报模型,以及城市洪涝模拟仿真与预警预报模型,以及灾害全过程快速定量评估方法;
(5)讨论了城市洪涝防治中有关技术问题和建议等。

张院士:城市洪涝监测预警与应急响应关键技术研究,想从三个方面介绍:
1、研究的背景
2、环境变化、城市化的发展
3、气候变化带来城市洪涝的问题越来越突出

城市洪涝威胁着国家水安全和公共安全,已经成为制约国家经济社会发展的重要因素之一,国家从“十三五”等一系列的政策和计划都在执行。因此,我们列了一个国家的重大专项,就是城市防洪,分析了城市防洪现在存在的一些问题,暴雨规律、洪涝成因和致灾机理要深入探讨、洪涝及灾情信息检测能力弱、时效差;预警预报能力低、应急管理薄弱。

三个关键科学问题:
变化环境下城市暴雨洪涝成因与致灾机遇
城市暴雨洪涝实时监测与预警预报
城市洪涝多维风险管理和洪水防控。

我们设置了六个方面的课题:
变化环境下城市暴雨洪涝灾害演变规律和成因分析
暴雨洪涝立体监测
模拟仿真和预警预报
灾情评估和风险管理
综合防控
开发应用平台和集成示范

研究的目标,解决三个方面的科学问题,实现五个方面的技术突出,包括监测技术、模拟技术、灾害快速评估技术、快速应急响应技术,以及智能决策技术,最后构建一个防控的决策平台,这个项目最后要在北京、济南、成都、深圳四个典型城市进行应用,这是整个项目研究的情况。


张院士:现在已经取得的初步进展成果跟大家介绍一下,我们分析了城市洪涝的成因及驱动的机制,从地理特征、地形特征、气候变化、雨岛效应、城市化地面的下渗和管理、排水标准、水系格局等等方面进行一系列的分析。

比如我们对人体脆弱性的研究,在发生洪水的时候,这条曲线不同的高度启动的速度,升温的速度和水升是不一样的,我们做了真人的室温实验,提出洪水中人体危险等级的划分。这是我们一个团队(中国水科院)做的工作。

针对这些分析给出了济南市区718道路的危险等级,根据洪水的情况,流速的分布以及人员的分布,得出道路危险等级。

对于水势比较大的,车辆车载进行了车辆模型室温的水潮试验进行了率定,制定了车辆安全城市道路危险分析等级,并且根据这些等级进行预报发布,同样也做了房屋承载体的实验。

在监测技术方面,利用X波段的双偏振将与雷达系统和大气水汽高精度监测体系,建立立体监测体系。

主要两方面的工作:
一、优化反演方法,通过实验场与滴谱雷达的信息,与地面监测站的信息,对雷达降雨的反演进行了方法优化;
二、数据同化,用雷达地面降雨和雨量计、水汽监测进行多元数据的同化来提高降雨的估算和精度。

很多地下淹没的情况,地面的监测容易传导,这些通讯都没问题,但是地下的监测,有一些信号不行,传输不过来,南京自动化所研发了自带的传输技术,与WIFI和常用的关键通信和网络通信构成了一体化的监测体系,从地下到地面,到空间的监测情况。

在模拟仿真的预警方面,南京大学团队研发了基于气象雷达外推同化短临暴雨预警预报模型,基于气象雷达外推暴雨,预报准确率的精度还是比较好。对于城市的防洪,短临预报非常重要。

研究开发了改进填洼模型的城市降雨径流模型,通过填洼蓄水的过程改进了这个模型,这个模型与其他模型进行了比较,两个模型的精度很好,甚至更高。

建立了城市雨洪全过程紧密耦合模拟模型,构建了从降雨、产流、坡面汇流、管网汇流、河网回流及工程调度全过程耦合的城市模拟技术平台。


城市综合防洪,前几年进行了30个海绵城市的试点,我们对这些试点进行了全面系统的总结。

城市防洪技术的实用性及应用条件分析,城市洪涝高水高排的一些设施,还有一些海绵城市的设施,从城市的特点到工程的布局、工程的形式和实施的效果,我们对20多个典型工程进行了案例分析。

最后对决策支持平台进行了研发,平台包括以下功能,在线监测,预警的发布,以及模拟的仿真,包括汛情的监视、模拟的调度、灾情分析、风暴潮分析、强行救灾路径管理的措施安排等等。

模拟的结果,这是深圳一个区域模拟两年一遇,设计暴雨淹没水深的情况。两年一遇暴雨排水管网满灌分布的情况等等,对这些进行了模拟分析,也形成了一些调度方案集,从这个调度方案集支持我们的监测,包括汛期的监视,态势的分析等等。

我个人认为海绵城市是一个系统工程,包括防洪、水资源的保障、环境的治理、水生态修复、以及水文化传承和景观设计等等。因此,它是一个系统的工程,我们不能光为了海绵而海绵,而是一个城市水系统的工程。

在海绵城市建设当中,源头减排是它建设的重要基础。我们建设海绵流域,吸纳降水,减少暴雨径流是一种有效的方法。湿地除了增加径流的调蓄之外,自然的净化、减少污染,在雨水比较多的地方建立人工湿地、调蓄径流、净化水体有着积极的作用。

有一些城市都在论证深隧的问题,比如广东东濠涌深隧,已经建立几年了,前两年参观了马赛,这在城中心建立了一个很大的地下蓄水场所,还有巴黎十九世纪地下水大的隧洞。我们认为在洪涝灾害较为严重的大型城市,地面的排水设施建设代价非常昂贵的情况下,建设深隧等大型排水的蓄水场所和水处理系统是非常必要的。

在广东,是高度城市化,众多的高楼大厦,深隧是一种很必要的选择。同时,我们去法国看的这些深隧工程储水设施,都有很好的净化功能,水资源的再利用也起到了很好的作用。

老城区到底怎么办?我们认为问题导向,因地制宜,一区一策的方针,建设下凹式绿地和植草沟等,减少雨水流入下水管道的水量;运用可资利用的池塘、水体、人工调蓄池等调蓄系统,拦蓄洪涝;结合城市、园林等设施维护和升级,按LAA理念(音译)进行改造,提高排水除涝能力,建设地下洪涝储蓄场所。

前年我带团到英国访问,我们看到英国伦敦有很多地下停车场,平时是停车场,到洪水季节就把车子弄出来成为蓄水场所,这些都在老城区得到解决,一城一策的解决问题。

刚才专家谈到了城市防洪系统韧性的问题,最早用于材料,它是一种弹性,弹性达到一定阈值就绷断了,它就没有韧性了。其实城市防洪系统的韧性是描述城市系统在受到暴雨洪涝侵袭后仍能运行,洪涝对城市产生严重影响和灾害,但城市尚能基本维持正常运行;洪涝产生的影响和灾害,可以依靠城市系统本身的能力较快恢复城市系统原来功能的特性。这是城市防洪的特性。

那么城市防洪系统的韧性从何而来?

刚才报告专家也做了很好的介绍,给我们提的比较接近:
一、我们首先要按照有关的规范和标准加强城市排水除涝防洪基础设施的能力建设,降低城市防洪系统的脆弱性。首先要加强基础设施的建设,减少脆弱性;

二、加强城市洪涝信息的监测和预警预报,来提高调度决策的科学性和应急管理的有效性。从非功能措施来减少影响;

三、加大灾害的预防基本知识教育和培训,提高全民防灾意识和避灾能力,刚才报告专家也讲到了法律、教育和培训。我们之前到日本去,给你发一个小册子,哪里有危险都让你知道。我们应该从这些方面加强城市的韧性,减少城市洪涝灾害的损失。

小编语:张院士在报告中分析了暴雨特性的变化,以及洪涝灾害的成因,研究了城市洪涝模拟仿真与预警预报模型,以及洪涝灾害全过程快速定量评估等关键技术,提出了今后在城市建设中科学应对洪涝灾害的重要建议。




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