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程曉陶中國水利水電科學研究院副總工程師
日本的『地下宮殿』
7月18日,南京大暴雨,某公交車站站臺被淹,乘客趟水下車。
9月1日,福建莆田遭遇熱帶風暴,市區的一個小巷裡,汪洋一片,市民出行困難。
8月11日下午,山東濰坊暴雨,行人在街頭涉水前行。
6月23日,北京遭遇暴雨,人們在地鐵內被雨水衝刷的臺階上行走。 (新華社發)
過去我國水災的主要防御對象是大江大河,但近幾年城市內澇成為令人關注的問題。據統計,去年全國縣級以上受淹城市高達258座,多為暴雨內澇造成。今年,全國又有多座大城市因暴雨之後一片汪洋,被老百姓調侃為可以『看海』的地方。
城市內澇,為何如此普遍?如何解決這個難題?在『果殼時間』科普講座中,中國水利水電科學研究院副總工程師程曉陶談起了這個話題,並在會後接受了本報記者的采訪。
地下宮殿是無奈之舉
記者:今年暴雨以後有很多網民搜索全世界地下排水道的照片,看到法國、德國、美國的排水廊道裡面可以跑汽車,最為壯觀的是日本,如同地下宮殿,這是怎麼建成的呢?
程曉陶:日本的排水設施建設有一個過程。早期東京100萬人口,下暴雨也不怕,因為城市不大,雨水大都能滲入地下,也容易排出城外。後來日本人口大量湧入城市,到1950年,日本的人口城鎮化率已達37.3%,相當於我國本世紀初的比例。那時,他們的政府跟我們今天差不多,城市建設也是『先地上後地下』,優先解決住房、交通等設施,顧不上排水系統建設。到上世紀70年代,城市迅猛發展,東京人口已達1000萬的量級,這時城市地面大都被鋼筋混凝土覆蓋,雨後內澇危害很重,必須加大城市排水能力的建設。但他們隨後發現,僅加大排水能力難以解決問題。因為城市在急速擴張,原來城外的排洪河道變成了城市的內河。於是他們發展起第二代技術,叫做『雨水蓄滯』。各小區都要求建不小於500立方米的雨水調節池,樓間空地、學校操場等高程要求比周邊地勢低半米,下雨時可起臨時蓄水作用。城市河道邊的公園,要求人工開挖『游水池』,起分滯雨洪的作用。但雨水蓄滯的空間畢竟有限,於是他們又興起了第三代技術——『雨水滲透』。將不透水的路面改用透水材料建設,把原來雨水調節池底部的水泥塊砸掉,以便讓雨水回補地下。透水性的蓄水池,底面還要專門鋪設過濾層,以避免造成地下水污染。
到了90年代他們發現蓄水、滲透手段都用上以後,東京、大阪這樣的超大城市還解決不了內澇問題,於是不得不補上地下骨乾排水管建設這一課。但這時地下排水系統建設所付出的代價就要大得多了。因為城市地下空間已經高度開發利用,修排洪道必須避開高樓大廈的地下室以及地鐵系統。結果,東京的排水系統要修到地下60米,通到城外的江戶川邊,還要再建一個大型的地下水庫,先把水存在裡面,等到河裡洪峰過去以後,纔允許用泵將水從地下水庫抽到河裡去。照片裡的地下宮殿,其實就是地下排洪道的最後一站——地下水庫。
事實表明,如果在城市開始建設的時候沒有把地下排水系統建好,後面再來補課,建設成本、維護成本、運行成本都會成百倍地增加。日本建地下宮殿,實際是走了彎路之後的無奈之舉。
城市受淹是普遍困境
記者:為什麼一下暴雨會有這麼多城市被淹?城市被淹是中國獨有的景象麼?
程曉陶:目前亞洲發展中國家的城鎮化進程加快,城市面積平均每月增加600多平方公裡,相當於增加出一個新加坡。城市建設快,排水系統建設卻跟不上,所以城市受淹絕不只是中國的景象,實際上亞洲發展中國家都處於同樣困境。菲律賓首都馬尼拉,2009年遭臺風暴雨襲擊,城區受淹時間最長的地方超過2周。越南首都河內近年來也幾乎逢暴雨必淹。
再看北京。北京的擴張速度非常快,老城區改造很困難,地下排水管道是從元朝、明朝、清朝到民國逐步修建過來的,想找一個圖紙說明那些管子在哪裡都找不到。而新城區規劃又碰到一個很大問題,由於城市發展非常快,政府不需要做好地下設施,土地就可以賣出高價。這跟歐洲不一樣,歐洲城鎮化歷程長,人口城市化率從20%上昇到40%,英國花了120年,法國花了100年,而我國只花了22年。他們的政府要開發一塊區域,一定得先把地下排水系統建好了,土地纔能賣得出高價。
由於城市中不透水的覆蓋面積越來越大,更多的雨水不能滲透到城市地下。比如同是一場60毫米的雨,如果在農村有40毫米滲透到地下,只有20毫米形成地表徑流,而在城市則相反,有40毫米會形成地表徑流,這加重了城市排水系統的負擔。
此外還有『雨島效應』的影響。大城市溫度比周邊高好幾度,這是大家熟悉的『熱島效應』。熱氣上昇,周圍空氣向城市補充,形成了以城市為中心的大氣環流,加之城區空氣中粉塵含量相對較大,熱濕氣流上昇遇到高層冷空氣易於形成雨滴落下,結果大城市更容易成為暴雨襲擊的中心。現在北京的降雨就發生了變化,以往暴雨中心分布在西北部山區,而現在更多地降在城區,城區雨水較往年多,密雲水庫卻蓄不上水,城市供水更加緊張。這就是城區降水量比周邊大的『雨島效應』。
解決之道是興利除害
記者:城市內澇難題要怎麼解決?多長時間纔能解決?
程曉陶:日本的城市建設,由於前期存在『先地上後地下』的問題,前後花了三四十年的時間纔解決防洪排澇難題,我們怎麼可能很快就解決掉這個問題?
我國許多城市的基礎設施建設中,連基本的雨污分流系統都未形成,加大排澇能力建設十分必要。對於已建成城區,除加強排水系統建設外,還應該考慮綜合性的措施,比如說雨水蓄滯、雨水滲透。這樣雨水可以利用,還有利於改善生態環境。此外,我國仍處在城市大發展的進程中,那些新城區一定要把地下設施先建起來,避免再走『先地上後地下』的老路。同時要將地下排水系統建設寫進城市發展規劃,形成城市發展地下基礎設施建設先行的格局。
政府有兩件事情要做:第一是把規劃告訴老百姓,我們打算如何一步步解決這個問題,以爭取全社會的理解與支持;第二是將風險告訴老百姓,客觀地說我們面臨多大風險,降多大雨會淹成什麼樣,這樣可以促使大家更好地采取自我防護的措施。
比如說今後5年我們能否抵御一小時50毫米的降雨量,未來10年能否抵御一小時100毫米降雨量,有什麼措施可以做到這一點?
其實,我國也有一些好的例子,比如上海浦東新區開發時就是按照先建好地下排水設施再建地上設施的理念去做的,結果這幾年上海下暴雨時,可以看到浦東區基本沒事。所以主乾的排水管網建設是根本性的措施。
把前述措施綜合起來,就能起到雨水蓄滯、除害興利的作用。這就是『水利』的追求。我們希望今後這個工作能做得更好,這需要得到全社會的支持。