城市暴雨背后的科技之問

2012年7月21日，北京天降暴雨，市區出現嚴重內澇，部分地區有嚴重的人員和財產損失，一時之間成為國人關注的新聞熱點。現代化大都市在暴雨面前暴露脆弱一面，國外的例子也有不少。2007年7月20日，英國倫敦因強降雨發生內澇，西南部地區積水近60厘米，飛機場和地鐵運營受嚴重干擾，141架航班被取消，25個車站被關閉；2011年8月26日，暴雨襲擊日本東京，降雨量達到創紀錄的每小時94.5毫米，部分居民進行了疏散……內澇，已成為城市頑疾，面對天降暴雨，一座城市當如何應對？我們不妨從科技角度來思考一下這個問題。

完備的預警系統和應急預案

俗話說，兵來將擋，水來土掩。暴雨來了，只要準備充分，也能把損失減到最低，何況城市暴雨只是短時內澇，只要抵住了最初的積水“三板斧”，后面都好說，不過，這最開始確是最難熬的。

首先，及時的預警和預警響應至關重要。一般來講，暴雨預警分成4個等級，分別為藍色、黃色、橙色和紅色。12小時內降雨量達50毫米以上的，為藍色預警，一旦藍色預警發布，城市各有關部門就應該做好排澇準備，學校應采取安全保障措施，駕駛員就應注意積水和交通安全；6小時內達到50毫米以上的，為黃色預警，此時就應開始交通管制，終止空曠地區的戶外作業，切斷部分高危電源，轉移危險地帶人員和危房居民至安全地帶；3小時內達到50毫米以上，則應發布橙色預警，此時就應該注意防御洪水、泥石流等地質災害了；3小時降雨量將達100毫米以上，或者已達100毫米以上且降雨可能持續，則對應最高級別——紅色預警，除特殊行業外，應停產、停業、停課，做好因暴雨可能誘發的各種災害的防御和搶險工作。

其次，城市應當備有應急預案，并實時跟蹤降雨情況，及時啟動預案。城市管理者要事先進行分析，確定易損區域和關鍵環節，進行危險因素辨識，構建暴雨災害演化鏈和災害演化網，提出合理有效的風險控制建議和對策措施。現在，基于計算機技術，已經可以結合城市的布局特點構建城市暴雨雨水管理模型，利用地理信息系統和遍布城市的雨水收集點，實時精確分析和預測城市積水、排水情況，能夠為城市暴雨響應爭取主動權。這一技術在國外已經開始應用，在國內也有了相關研究。

鉆進世界名城的下水道

城市的地下排水管道系統，在排水過程中至關重要，被稱為“城市的良心”。在我國，由于近年來城市建設速度過快，排水設施建設相對滯后，標準較低，這是造成暴雨積水的一個重要原因。國外有許多成功的例子，可供借鑒。

法國巴黎海拔較低，是一座盆地形城市，年降雨量超過600毫米，但是卻很少發生內澇，這就歸功于它完備的排水系統。早在1852年，巴黎的排水系統就被納入規劃之中，現在它的地下排水系統總長已經達到2 400千米，規模比四通八達的巴黎地鐵系統還要大。巴黎的下水道都在地下50米處，分成小下水道、中下水道和排水渠三種，其中排水渠十分寬敞，中間是3米的排水道，兩邊是寬1米、供檢修人員通行的便道。此外，巴黎下水道的每一個岔道都有名稱，和地上街道名一致，熟悉巴黎街道的工人在地下工作再不必擔心迷路，如果大街上某處發生陰溝堵塞，工人們直接通過地名就能在下水道中找到相應的位置進行處理。這樣的工程雖然初期投資很大，但是后期維護簡便，也不用挖開路面、切斷交通后再處理。不僅如此，在這個管道系統中還設有各種閘門、蓄水設施、凈化設施，形成了一個復雜的調控系統。現在，巴黎人又給這些下水道安裝了電子系統，可以在辦公室里隨時監測、管理它們啦。

日本東京的排水設施建設起步較晚，但也在迎頭趕上，最典型的就是“首都圈外圍排水工程”。該項目在1992年開始施工，歷時14年，建成了一組總長6.3千米、內徑10米的地下管道，另外還有5處單個容積為4.2萬立方米的儲水池和一個容積數十萬立方米、配備4臺航空發動機改裝的強力排水機的地下水庫，堪稱世界最先進的排水系統，全程使用計算機遙控，并在中央控制室進行全程監控。整個工程總儲量可達67萬立方米，一方面具有巨大的蓄水容積，另一方面具有很強的泄洪能力。建成后的那一年，所在區域雨季浸水的房屋數即從最嚴重時的41 544家減至245家。

排水不用高科技 北京團城有奇跡

2012年7月21日，身處暴雨中心的北京團城，卻無一例積水報告，它的雨洪灌排系統，已有600多年的歷史，這足以令暴雨中積水成河的現代都市反思和羞愧……

團城被稱為“世界上最小的城堡”，始建于宋金時期，是我國著名的古代園林文化遺址。270多米長的城墻，看不到一個泄水口（吐水嘴），4 500多平方米的地面上，看不到一條排水明溝，但無論下多大的雨，雨水很快就滲得一干二凈。這其中的秘密就在于它古老卻又先進的排水設計理念。

團城不僅使用吸水性很強的青磚鋪地，而且磚形上大下小，呈倒梯形，磚與磚之間也沒有灰漿，這使得滲水非常容易。團城的土壤層也有很好的透氣透水性能，這些土壤按結構自上而下清晰地分為支撐層、有機質層和黃沙壤層。10厘米厚的支撐層主要成分有谷殼、石灰等，這能使地表水快速滲透，透氣透水性都很好。

此外，團城中還有11個石質的水眼分布在古樹周圍，而且每個水眼的下方都有一個豎井，豎井與豎井之間有涵洞相連，整體形成一個“C”形，同樣是用青磚建成的。若遇到大雨，多余的雨水便會借北高南低的走勢流入到石質的水眼中，在涵洞內儲存起來，形成一條地下“暗河”，既涵養水源又滋潤植物。

“軟化”的生態城市不怕雨澆

現代都市高樓林立，猶如鋼筋混凝土森林一般，整潔的柏油或混凝土馬路縱橫交錯，道路兩側用水泥磚堆砌成行人路面，就連種植樹木的池子也被裝飾過了，樹根處的縫隙被小心地抹上水泥，再把小石子按上去粘牢。瞧，整個城市都被水泥以各種方式覆蓋了起來，一塵不染，被塑造成了一個完全硬化的干凈城市！但住在這種“干凈、整潔”城市里的人們，不得不接受這樣一個事實——除了那零星的下水孔，這里就像游泳池一樣密不透水，又怎能在下雨時不積水呢？一座適宜居住的城市，應該是一座能滲水、可調水、會用水的生態城市。

生態城市需要大量“軟”的草坪、樹林等綠地，它們不僅有利雨水的滲透，而且在氣溫較高時能通過蒸騰作用將水汽釋放到空氣中以調節城市溫度，還能吸附各種空氣污染物，凈化空氣。

同時，對那些必須鋪設的路面，應盡量采用透水材料，以透水混凝土、透水瀝青、透水磚、草皮磚等替代普通混凝土、瀝青、釉面磚等傳統建材。這樣雨水將能滲透至路基下，甚至到達地下含水層，減少產生路面積水。其實，在我國古代用大塊青磚鋪地就是一種透水性施工方法，但當代城市化進程中我們卻忽視了地面透水的重要意義，結果引發了一連串的城市災害和負面影響，有的可謂損失慘重。

此外，城市建筑的頂部也還未得到充分利用，應當重視屋頂綠化，增加城市屋頂的蓄水能力和小氣候調節能力。

城市需要“近自然型河流”

河流是城市的血液，是城市生物多樣性的大展臺，是裝點城市的自然景觀，也是排澇的重要通道，同時輸送水汽，調節小氣候。可以說，處于水網中的城市是幸福的。

但近年來，城市河流治理過程中，往往盲目采用建筑工程手段，造成自然河流人工渠道化、河流形態直線化、河道橫斷面規范化、河床防護硬質化，最后形成“三面光”的渠道。這樣不僅建設和維護費用較大，難以持續投入，而且河流含蓄功能基本喪失，河道生態遭到毀滅性破壞，自凈能力完全喪失，最終造成水體富營養化嚴重，藻類大量繁殖，水質降低，變黑變臭，蚊蟲滋生。最后，有些地方干脆眼不見為凈，把“第四面”——頂棚也扣上了，自然河流逐步改造成了地下河兼下水道……

形成強烈對比的是，“近自然型河流”概念正在發達國家興起，德國、美國、日本、瑞士、奧地利等國紛紛大規模拆除河床上鋪設的硬質材料，反思河流整治工程帶來的負面影響，逐步實施回歸自然的生態修復。要想讓河流清澈美麗，最好的辦法就是讓它回歸生態平衡。

此外，西方城市還在大量興建“近自然”的人工河、人工湖和外圍護城濕地。這些水體不僅能在暴雨中吸納雨水，還具有強大的自凈能力，大量的水生植物和微生物通過吸附、沉降和分解作用，能將污物凈化。特別是被稱為“城市之腎”的濕地，堪比污水處理廠，解決生活污水游刃有余。在我國，濕地的生態價值也正逐漸被認識，很多城市開始建造濕地公園替代舊有污水處理廠，既凈化了水質還美化了環境，更為市民提供了一個良好的休閑娛樂場所。

雨水收集能夠變害為寶

雨水是大自然的禮物，是一種重要自然資源，讓它順著排水管道白白溜走豈不太可惜啦？理想的城市要收集和管理雨水，減少能源的消耗，并將它視為防洪蓄澇、減輕水污染、緩解水資源短缺、創造人水和諧城市景觀的有效途徑。

現在，很多城市和設計師都在進行此類嘗試，并且在一些發達國家和地區正在形成一種產業。以新加坡為例，這個地處熱帶的城市國家年降水量超過2 000毫米，雨水充沛，可是誰能想到它竟是一個淡水缺乏國，因為地質原因，新加坡禁止開采地下水，狹小的國土又缺乏地表河流，幾乎所有的生活用水都要從馬來西亞進口。為了解決這一問題，新加坡人打起了雨水的主意，為了收集雨水，他們大力修建水利設施，興建水庫和蓄水池，同時所有的街道兩旁以及居民小區都修建了雨水收集管道，收集雨水加以利用。經過多年努力，新加坡共有15個蓄水池/庫和一個在暴雨時啟用的防洪雨水收集系統，集雨區域占到了全國面積的2/3，整個城市已經變成了一個巨大的水庫。現在，新加坡政府雄心勃勃，正計劃將這一范圍擴展至國土面積的90%，他們的一位部長曾說：“每滴落在新加坡土地上的雨水，我們都會想辦法把它收集起來。”

我國城市也對雨水收集進行了一些探討，2010年的上海世博會便大量利用了雨水收集技術。世博軸安裝了發光二極管的巨型玻璃漏斗與白色的帳篷結構建在一起，它與一個7 000立方米的蓄水箱相連，用收集的雨水澆灌地面植物。造型如同帽子的中國館不僅能夠收集太陽能，還能收集雨水，凈化后用于沖洗衛生間和車輛。只是像世博會這樣的應用，在我們的國家還是太少，規模也太小。希望這些技術能夠早日在我們的城市遍地開花，結合城市生態濕地形成生態城市水循環系統，到時，大雨不僅不是災，還是城市的寶了！

暴雨啟示錄

7月21日的北京暴雨，造成重大人員財產損失，教訓深刻，我們反思這場災難，當有所啟示，有所改變。

一方面，暴雨反映出了城市公共信息傳播的不暢。當日，氣象臺連發5次預警，級別一路提升到橙色，預警雖然發布了，但是傳播的速度和廣度都不夠，有關部門缺乏協調，有市民根本不知道事態的嚴重性。暴雨之后，痛定思痛，北京市計劃在未來兩到三年內，建設起通過報紙、廣播、電視、網絡、廣告屏和手機短信在內的統一的預警發布系統。

另一方面，暴雨也反映出了城市公共排水設施的滯后。整座城市發展規模遠遠超過了排水設施的建設速度和設計能力，擴大排水系統規模勢在必行，此外，加強城市地面的吸水和滲水能力也極為重要。同時，在道路設計時應增強易積水區的排水和截水能力，如下沉式立交橋中有一條道往往是低于地面的，極易積水，這次北京29處主要積水點中有22處就是因為立交橋成了“臨時湖泊”，結果導致交通癱瘓。

從人的方面來講，相關工作人員和市民對突發自然災害重視程度普遍不夠。在暴雨中，人們仍在“正常生活”，甚至曝出了當晚北京某奧賽補習班20多個孩子竟無一遲到的消息。面對可能發生的危險，人們普遍缺乏清醒的認識和應對方法，也暴露出了城市公共安全宣傳和科普不足的情況。

作為普通市民，我們也應該對暴雨、積水和洪水有所了解，掌握一些基本的自救知識。如雨天保持警惕，注意收聽收看氣象預報；家中應該常備至少3天需求的礦泉水（每人每天大約4升）和不易腐敗變質且食用方便的食物，還應備有退燒藥、瀉藥和創傷藥等藥品；為防止停電，手電筒和備用電池也必不可少；雨具和安全繩，在必須撤離的時候也很有用。一旦需要撤離，要關閉總電源和煤氣開關。

在雨天戶外行動時，要遠離地勢低洼的封閉區域，如地下室、地下通道和停車場等；要遠離孤立的高大樹木，防止雷擊和被斷枝墜落砸傷。如果涉水，如水深沒過腳踝，那一定不要下水，因為我們無法判斷渾濁的水下到底有什么，積水處往往都是地勢低洼、有溝或者有洞的地方。車中常備安全錘和滅火器。不要試圖開車沖過不明深淺的水區或激流，洪水造成的傷亡事故中，有近半數與車輛有關。0.6米深的流水，就可以沖走大多數小型汽車和貨車。如果車在水中熄火，請迅速棄車逃生。

盡量避開河道，一旦看到水位上漲或者河水變渾，迅速撤離到地勢較高的安全區域。一旦情況危急，逃跑路線應和河道流向盡量呈90度角，向高處奔跑，切不可沿著河道方向奔跑。不要試圖撈取水流沖下來的木料、家電等物品，水的流速加上漂浮物的自重，會把你直接帶到水中。

回到家中后，先不要松一口氣，要仔細觀察有沒有受損的電線、煤氣管線，確認地基墻體等是否受損。如果聞到煤氣味，或聽到氣體泄漏的嘶嘶聲，請迅速撤離并通知消防隊。

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布拉格的“移動城墻”

再好的設施也有應付不了的暴雨，面對這種情況，捷克首都布拉格就有一個好的應對辦法——快速組裝防洪堤，構建一道可以移動和拆卸的城墻。平時，一塊塊鋁合金防汛板被儲存在倉庫里，一旦需要，在一天之內就可以組建起全長17 116米的防護系統。

荷蘭的“水廣場”

荷蘭鹿特丹市開創了其獨有的“水廣場”防澇及雨水利用系統，水廣場順地勢而建，由形狀、大小和高度各不相同的水池組成，水池間有渠相連。無水時是市民娛樂休閑的廣場，暴雨來臨，則變成一個防澇系統，雨水流向地勢低洼的水廣場，街道上就不會積水。而池中收集到的雨水，還能被抽取儲存為淡水資源。

城市的熱島效應和雨島效應

城市人口密集、工業發達、交通繁忙，人類活動會產生大量的熱量，同時，城市的硬化表面還會吸收更多的太陽光能量。這些巨大的熱量使得城市變成冷涼郊區環繞中的“溫暖島嶼”，因此得名 “城市熱島”。熱島效應雖然使城市的冬天變得略微好過，但是夏季卻更為難挨。不僅如此，熱島效應使城市擁有了自己的風場，由于熱氣不斷上升，周邊的空氣向城區補充，形成了特殊的小氣候，同時也對周邊的生態環境起到了干擾作用。科學研究發現，與熱島效應同步，城市還更加容易降雨，稱為“雨島效應”。科學家推測可能是因為市區氣溫高，攜帶大量水汽的上升熱氣流在高空遇冷形成降雨云層，從而引起降雨。

創意設計：雨水收集大樓

處處都需要水時，為什么不能利用整座大樓收集雨水呢？雨水收集大樓擁有一個碟形頂部，外殼由水槽構成，用來最大限度地收集雨水，然后用這些水沖馬桶、洗刷機器、打掃衛生，或者用于家庭生活的其他方面。

創意設計：雨水凈化“樹”

這種“樹”是利用不銹鋼和防老化塑料制成的垂直集雨器，可以安置在公園或者綠地。它與自然完美結合，類似開花植物的葉子或者花瓣的開口處可以收集雨水，而且每個雨水凈化“樹”底部的過濾器都可以凈化雨水，使其達到可以安全使用的標準。