南京信息工程大學(xué)水文氣象學(xué)院、應(yīng)用水文氣象研究院林炳章教授
今年以來，國內(nèi)從南到北、自東向西的異常洪澇災(zāi)害奪去了許多同胞的性命、造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，我們搞水利這一行的，無不感到痛心和難過。大江大河洪水泛濫、堤防決口，山洪暴發(fā)，城市洪澇，形勢很嚴(yán)峻；受季風(fēng)和熱帶氣旋的作用以及太平洋副高脊線北移復(fù)南下的影響，我國的暴雨季節(jié)變化大體如下：4-5兩廣、6江浙、7江8河9回頭，自現(xiàn)在（出梅后）起臺風(fēng)要唱主角了，所以洪澇形勢還沒有完。以下談幾點(diǎn)看法供參考、以及匯報(bào)我的一些工作，請各位先進(jìn)指教：
1、洪澇災(zāi)害的原因不外以下三點(diǎn)：1）強(qiáng)降雨；2）水土流失（山區(qū)）或下墊面過度硬化（城市）；3）行洪道上違規(guī)建設(shè)。第三點(diǎn)很重要，可是行洪道上違規(guī)建設(shè)的現(xiàn)象比比皆是：堵、填、圍、建。
2、城市水道、湖區(qū)、濕地是天然的洪水調(diào)蓄區(qū)，也是城市最大、最重要的海綿體，司職蓄水、分洪調(diào)水、補(bǔ)充地下水、旱時補(bǔ)充供水以及改善城市水體質(zhì)量等功能，往往是城市最低洼地帶；它是維系城市水文平衡的天然載體。通俗一點(diǎn)說，那是老天爺走的路、休息的地方，你把它侵占了，遲早是要受到懲罰的；老天爺一生氣，把你沖的精光、淹得喘不過氣來！
人定勝天表達(dá)一種氣概尚可，但是實(shí)際上做不到的，對大自然要有敬畏之心，要尊重科學(xué)、要按科學(xué)規(guī)律辦事。譬如，武漢南湖原是蓄水、滯水之用，現(xiàn)在都被填平、蓋上商品房，成為小區(qū)；全國類似武漢南湖例子實(shí)在太多。這是城市洪澇現(xiàn)狀的問題所在。
3、頂層設(shè)計(jì)很重要，頂層設(shè)計(jì)也是基礎(chǔ)規(guī)劃。從技術(shù)層面來說，我認(rèn)為主要問題出在規(guī)劃上面，規(guī)劃的失誤是最大的失誤。海綿城市建設(shè)是針對中國城市洪澇現(xiàn)狀（大部分城市無雨就旱、遇雨就堵、大雨就澇、暴雨就淹，有雨無雨水都臟）提出來的，不是LID所能解決的（上世紀(jì)九十年代我在Maryland PG y住了近十年，正是PG y 提出LID并逐漸成型的時候，我從來沒有體驗(yàn)到PG y遇到了目前中國城市的旱澇狀況）。
除了政策、法規(guī)、方針以外，早期總體規(guī)劃工作都很欠缺，從事海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的專業(yè)隊(duì)伍普遍缺乏城市水文、工程水文的專業(yè)知識；缺乏設(shè)計(jì)暴雨的知識和研究，一個城市在不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下、不同歷時究竟會下多大的雨？暴雨的時空分布情況如何？都沒有人去研究，這怎么可以！工程尺寸如何設(shè)計(jì)？非工程措施如何制定？
4、山洪災(zāi)害是每年洪澇災(zāi)害中奪去生命的主要?dú)⑹郑诵泻榈郎线`規(guī)蓋房、搞建設(shè)以外，針對山洪災(zāi)害特點(diǎn)開展有效的預(yù)警預(yù)報(bào)工作很欠缺，要么花大錢在各地制定基于調(diào)查暴雨災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的“臨界雨量”、要么沿用大江大河的洪水預(yù)報(bào)方法來預(yù)報(bào)山洪，實(shí)際上是沒有效用的；這可都是“學(xué)者”研究出來的（這里有沒有我們海外學(xué)者的“貢獻(xiàn)”，我沒有調(diào)查，不敢說）！對于一個200平方公里以下、匯流歷時6小時以下，有的甚至只有幾十平方公里、2-3小時匯流歷時的集水面積，又沒有資料，是很難預(yù)報(bào)的。
我給本科生開了一門課，“山洪泥石流預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)（入門）”，學(xué)期結(jié)束時我總對同學(xué)們說，請你們記住三句話：1）我們的目標(biāo)是預(yù)報(bào)山洪發(fā)不發(fā)生，而不在于山洪的過程；2）記住“關(guān)鍵的1小時”；3）一半對一半（50 to50）。
然后再逐一解釋：1）任何模型都有參數(shù)，參數(shù)需要率定，率定需要資料，對于這么小的流域（集水面積），絕大多數(shù)都沒有相應(yīng)的降雨-徑流資料，怎么率定？這么小的集水面積，我們只關(guān)心山洪會不會發(fā)生？而不關(guān)心洪水預(yù)報(bào)的三要素（Peak，Timing, Volume），說穿了，就是預(yù)報(bào)凈雨問題； 2） 再準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)也應(yīng)該預(yù)留1小時的時間，以便需要時來得及提前采取措施（諸如，疏散、轉(zhuǎn)移）；3）預(yù)報(bào)方案作用占一半，責(zé)任心占一半。
5、今年的暴雨洪水態(tài)勢，讓我們看到了我國面臨的新的洪澇威脅格局：1）對于濱河的城市（例如武漢、南京等）來說，要考慮“兩碰頭”，即：天上下暴雨和濱河大水遭遇，排水受阻；2）對于濱海大城市（諸如上海、杭州、福州、廣州等），要考慮“三碰頭”，即：天上下暴雨、三角洲河口（Estuary）上游來大水、海邊恰逢天文高潮（Storm surge），同樣的排澇不暢；3）三、四線城市面臨山洪和城市內(nèi)澇的同時威脅（看看城市街道上呼嘯奔騰的黃濁渾水就知道了）。其實(shí)，這些都是工程水文研究的內(nèi)容：洪水地區(qū)組成問題。
6、從防洪減災(zāi)非工程措施來說，防洪規(guī)劃（大江大河洪水、山區(qū)山洪、城市洪澇）方案屬于工程水文、城市水文、水文氣象的范疇，可是中國大陸目前的工程水文人才奇缺，原因很復(fù)雜，這里不去探討。譬如，工程水文的核心內(nèi)容水文頻率計(jì)算，是防洪規(guī)劃（注意，不是預(yù)報(bào)！）的基本知識和主要工具，可是國內(nèi)仍然停留在“一點(diǎn)、一線、加雙眼”的水平，即：單點(diǎn)、單時段、P-III曲線、常規(guī)矩法目估適線；國外、特別是美國于上世紀(jì)九十年代初就全面開展對基于次序統(tǒng)計(jì)量的線性矩（L-moments）和地區(qū)頻率分析相結(jié)合的全新的水文頻率分析法的研究，即地區(qū)線性矩分析法，參數(shù)估計(jì)不偏性好、對特大值的穩(wěn)健性好、頻率估計(jì)值（Quantiles）的可靠性好。
美國NOAA進(jìn)一步開發(fā)了完整的（End-to-end）“地區(qū)線性矩暴雨頻率分析法（Regional L-momentsPrecipitation Frequency Analysis）”，并且完成了全美暴雨頻率圖集（Precipitation Frequency Atlases）的編制，包括5m、10m、…、60m、2h、3h、…、24h、2d、4d、…、7d、…、60d共18個設(shè)計(jì)時段，涵蓋1y、2y、…、10y、…、100y、200y、500y、1000y等完整的頻率估計(jì)值，供聯(lián)邦、州、縣三級各類工程建設(shè)（Infrastructures）和地區(qū)防洪規(guī)劃使用。 我的研究又進(jìn)一步指出：當(dāng)用年最大值抽樣（Annual Maximum Series, AMS）分析時，常遇頻率估計(jì)值偏低，例如：1年一遇應(yīng)該是1.58年、2年一遇應(yīng)該是2.54年，…，等等；這將對城市給排水建設(shè)造成很大影響。
可是，目前國內(nèi)的水文（水利）、氣象、海洋、地質(zhì)等等部門仍然沿用“一點(diǎn)一線加雙眼”的過時的頻率計(jì)算方法，在防洪減災(zāi)領(lǐng)域（譬如國家防辦主導(dǎo)的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制、住建部委托中國氣象局做的城市暴雨修訂工作等）也是如此。海外學(xué)者涉獵這一領(lǐng)域研究的不多；我自2009年回國后就一直呼吁、推動改變這一局面，但是很困難，因?yàn)轭l率計(jì)算是工程水文的核心部分、又是水文計(jì)算中學(xué)術(shù)含量最高的內(nèi)容，現(xiàn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范定死了，阻力很大。
直到兩個禮拜前，我主持的一個歷時三年的水利部行業(yè)專項(xiàng)研究，“水文氣象分區(qū)線性矩法在防洪規(guī)劃中的應(yīng)用”，在北京舉行的結(jié)題評審會中受到與會的國內(nèi)一流頻率計(jì)算專家、教授的一致推崇，獲得最高的評分A，露出了一線曙光，估計(jì)這一新穎的頻率估算方法有望在國內(nèi)相關(guān)防洪減災(zāi)的工程設(shè)計(jì)和海綿城市建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)中獲得重視和推廣。
7、我寫這么多是想給美華水利協(xié)會的同仁提供一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，為有意回國工作（長期或短期）或合作的同行借鑒，切記不要一開始就期望太高、太急。水利工程建設(shè)、防洪減災(zāi)措施具有強(qiáng)烈的地域特點(diǎn)，加上中美兩國的國情、民情、管理體制、自然地理（水文、氣象、氣候）條件不同，有些事情不好照搬。還有一點(diǎn)，要明白，國內(nèi)有本事有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)者也不少。
1993年籍ASCE在SanFrancisco召開學(xué)術(shù)大會之際，前輩先進(jìn)顏本奇、沈?qū)W文、范守山教授發(fā)起成立美華水利協(xié)會時，我就對顏教授說：水利工作的地域特點(diǎn)明顯、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)很重要，若不了解中國國內(nèi)的實(shí)際情況，海外的學(xué)者就很難發(fā)揮大的作用。顏教授從1981年回國訪問在南京河海大學(xué)開講“城市水文”起，就經(jīng)?；貒v學(xué)交流，對國內(nèi)的情況比較了解。（1980年夏，前輩周文德大教授曾訪問河海大學(xué)作了PMP講座。）
8、針對國內(nèi)山洪災(zāi)害威脅嚴(yán)重而山洪的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)難度很大，我和我的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“三張圖山洪預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)”，即：靜態(tài)的山洪暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖（科學(xué)基礎(chǔ)圖）+ 動態(tài)的臨界河漫灘徑流值圖（缺水圖）+ 動態(tài)的衛(wèi)星-雷達(dá)臨界降雨量圖（來水圖），24小時滾動提供作業(yè)預(yù)警。特別是，第一張圖，已經(jīng)開發(fā)出計(jì)算機(jī)可視化模塊，為山洪預(yù)防開辟了一條比較科學(xué)的路子；目前，我的團(tuán)隊(duì)正承擔(dān)國家防辦山洪防治中心委托的“山洪災(zāi)害暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用”課題，涵蓋10省2市。
9、針對氣象災(zāi)害預(yù)防的難點(diǎn)，我和我的團(tuán)隊(duì)發(fā)揮我們水文和氣象結(jié)合的優(yōu)勢，又開發(fā)了“山洪災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺”，上月初應(yīng)邀在中國氣象局氣象中心作報(bào)告介紹，受到高度贊賞，目前正在籌備進(jìn)一步合作的計(jì)劃。
10、針對海綿城市建設(shè)專業(yè)隊(duì)伍普遍缺乏城市水文和工程水文的現(xiàn)狀，應(yīng)住建部城建司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的要求，我正在著手籌劃如何在海綿城市建設(shè)的規(guī)劃基礎(chǔ)工作中加強(qiáng)城市水文的知識，側(cè)重城市降雨-徑流情勢知識和城市設(shè)計(jì)暴雨的工作。我在各種大小會議或研討會上，一直堅(jiān)持我的觀點(diǎn)：LID只是一種源頭處理改善水質(zhì)的理念，內(nèi)涵有限，海綿城市建設(shè)高于LID;海綿城市建設(shè)是解決中國特有的“水多、水少、水臟和雨中看海”的現(xiàn)狀，應(yīng)該多學(xué)科、多部門協(xié)同努力，下水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、城市排澇設(shè)計(jì)、城市防洪規(guī)劃等三方面統(tǒng)籌做好頂層設(shè)計(jì)，不能“鐵路警察，各管一段”。
并且指出，在排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，不應(yīng)采取簡單的經(jīng)驗(yàn)排序方法、而應(yīng)該采用年最大值抽樣的頻率計(jì)算；同時指出，前兩年在全國各有關(guān)省市開展的城市暴雨公式修訂的成果是不可靠、無法實(shí)用，因?yàn)槠湫抻喫罁?jù)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)是過時的、不可靠的。再有，在城市排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，由于沒有類似水庫庫容調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上起不了多少削峰作用，所以應(yīng)該采用洪峰流量控制、而不是采用目前使用的年徑流總量控制。
11、最后，我想告訴各位海外同仁的是，在國內(nèi)開展研究工作最大的困難是資料問題：資料收集、處理、質(zhì)量控制（Data QC），非常、非常之困難，請大家要有思想準(zhǔn)備。
12、鑒于今年嚴(yán)峻的洪澇災(zāi)害，我認(rèn)為目前國內(nèi)有關(guān)部門應(yīng)該考慮開展以下的應(yīng)對防洪減災(zāi)的基礎(chǔ)研究工作（不限于此）：
1）下大決心、大力氣，統(tǒng)合水文局和氣象局的雨量資料，應(yīng)用“地區(qū)線性矩方法”（即，多點(diǎn)、多時段、多線型、線性矩+準(zhǔn)則適線）編制全國暴雨頻率圖集，涵蓋完整的設(shè)計(jì)時段和從1年一遇到千年一遇的設(shè)計(jì)頻率，提供統(tǒng)一的、國家級別的時-空全覆蓋的暴雨設(shè)計(jì)頻率平臺，供各行各業(yè)（水利、防汛、氣象、城建、海洋、地質(zhì)等）進(jìn)行工程建設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和地區(qū)防洪規(guī)劃使用。這是一項(xiàng)科學(xué)含量高、認(rèn)真細(xì)致的基礎(chǔ)工作，也將是中國第一部全國范圍的、比較完整的暴雨頻率圖集，其成果可以穩(wěn)定二、三十年使用；也將是造福子孫的一件大事。（請注意區(qū)別客觀、科學(xué)的“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”與因保護(hù)對象而人為設(shè)定的“設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)”）
2）編制覆蓋全國的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖集，涵蓋各種設(shè)計(jì)時段和設(shè)計(jì)頻率，分為山區(qū)的“山洪災(zāi)害暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖集”和城市的“城市洪澇災(zāi)害暴雨高風(fēng)險(xiǎn)圖集”，提供可視化應(yīng)用平臺，--主要作用是預(yù)防。
3）編制全國重點(diǎn)地區(qū)的山洪災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺和城市洪澇災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺，-- 主要用作汛期的作業(yè)預(yù)警預(yù)報(bào)。
4）重新編制全國的可能最大降水（PMP）圖集，為重大水利工程、核電工程以及重要城市的防洪設(shè)計(jì)、規(guī)劃提供科學(xué)的依據(jù)。以下幾個數(shù)字可以看出科學(xué)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（包括頻率計(jì)算和PMP估算）的重要性：1991年以來，我國在水庫漫壩失事的事件中，因超標(biāo)洪水引起的占63%;我國目前的病險(xiǎn)水庫約占44%;世界發(fā)達(dá)國家的核電占有率是70%，而我國目前只有4%左右，可以預(yù)見我國將會大力發(fā)展核電工程。
我國香港特區(qū)政府在這方面做得比較好，我應(yīng)特區(qū)政府土木工程署的委托已經(jīng)完成24-hr的香港PMP估算研究，目前又在承擔(dān)香港4-hr的PMP估算研究。PMP估算主要有四種方法：水汽放大、暴雨移置、時-面-深（DAD）曲線、統(tǒng)計(jì)估算；其中最普遍的是暴雨移置法，核心是山區(qū)暴雨分割技術(shù)，香港土木工程署指定必須采用我于1988年開發(fā)的“分時段地形增強(qiáng)因子法（SDOIF）”（WMO No-1045，Geneva，2009）進(jìn)行東亞地區(qū)的暴雨移置。因此，我和我的團(tuán)隊(duì)對于編制全國的概化的PMP圖集還是很有信心。
幾十年來，我國的防洪減災(zāi)工作取得了舉世矚目的成就，單就保護(hù)生命來說，1956年的長江大洪水奪去了3.3萬人的性命，1998年的全國大洪水因?yàn)?zāi)死亡3000多人，今年以來的全國洪水災(zāi)害造成300人失去生命（根據(jù)我個人關(guān)注洪災(zāi)的初步統(tǒng)計(jì)，不一定準(zhǔn)確），成績顯著。但是，挑戰(zhàn)形勢很嚴(yán)峻。我個人認(rèn)為，以上這幾件大事的完成，將為我國的防洪減災(zāi)局面帶來新的面貌，變被動為主動，從手工作業(yè)水平提高到工業(yè)化水平。
美華水利協(xié)會也已經(jīng)走過了二十幾年的歷程，人才濟(jì)濟(jì)、年輕有為，希望能有更多的青年才俊和年富力強(qiáng)的學(xué)者，以各種不同的方式，為中國的水利建設(shè)、水資源開發(fā)利用、防洪減災(zāi)等事業(yè)做出杰出的貢獻(xiàn)。我也很歡迎諸位先進(jìn)有機(jī)會到南京來，訪問我們學(xué)校和學(xué)院，交流和指導(dǎo)；我們共同努力，為中國的防洪減災(zāi)做點(diǎn)實(shí)事。
本文是林炳章教授寫給美華水利協(xié)會的信函節(jié)選。
--林炳章，南京信息工程大學(xué)水文氣象學(xué)院、應(yīng)用水文氣象研究院 （寫于Silver Spring，MD;July 30, 2016）
1968年畢業(yè)于河海大學(xué)，是文革后第一屆研究生；1983至1984在著名的荷蘭國際水力和環(huán)境研究所進(jìn)修學(xué)習(xí)；1985至1989任教于河海大學(xué)；1989至今在美國國家天氣局水文氣象設(shè)計(jì)研究中心任首席水文學(xué)家，資深水文學(xué)家。2009年10月17日受聘擔(dān)任南京信息工程大學(xué)應(yīng)用水文氣象研究院院長。
林炳章教授的研究及其應(yīng)用涵蓋環(huán)境工程設(shè)計(jì)，城市規(guī)劃， 和保險(xiǎn)業(yè)務(wù)等領(lǐng)域。他是美國防洪標(biāo)準(zhǔn)制定，防洪區(qū)域規(guī)劃研究的一位主要領(lǐng)軍人和承擔(dān)者。
來源：水進(jìn)展微信
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