清華大學  水利水電工程系  水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室

2021年鄭州“7·20”特大暴雨災害發生后，中國科學院學部咨詢評議工作委員會緊急召開主任會議，研究應對河南等地洪澇災害的應急咨詢工作。會議決定委托張楚漢、王光謙兩位院士牽頭，組織氣候氣象、水文水利、城市規劃及管理等方面的院士專家專題研判，于7月31日完成《城市特大暴雨致災防御的關鍵問題與對策》咨詢報告，為相關決策提供了重要參考。值鄭州“7·20”特大暴雨災害發生一周年之際，團隊認真學習了國務院災害調查組《河南鄭州“7·20”特大暴雨災害調查報告》，對咨詢報告作了進一步補充完善，形成了本篇智庫觀點文章，供城市防御暴雨洪澇災害的相關工作參考。

2021年7月17—23日，河南省遭遇歷史罕見特大暴雨。7月17—18日，降雨主要發生在豫北；19—20日，暴雨中心南移至鄭州，發生長歷時特大暴雨；21—22日，暴雨中心再次北移，并于23日逐漸減弱結束�；仡櫿麄�降雨過程，鶴壁市累計面雨量最大，為589毫米；鄭州市次之，為534毫米，鄭州市總降雨量約40億立方米，相當于蓄滿的北京密云水庫水量。2021年7月20日鄭州國家基本氣象站錄得最大日降雨量624.1毫米，采用P-III分布擬合鄭州站年最大日降雨量序列（不含2021年）可知，7月20日降雨量遠超“千年一遇”標準。20日16—17時，鄭州國家基本氣象站錄得小時最強雨量201.9毫米，突破我國大陸氣象觀測記錄歷史極值，此前1975年8月5日河南林莊錄得最大小時雨強為198.5毫米。

河南鄭州“7·20”特大暴雨引發特別重大災害：鄭州城區發生嚴重洪澇和次生災害，洪水倒灌進入地鐵、隧道、醫院等處；西部山丘區山洪溝、中小河流發生特大洪水，漲勢極為迅猛。鄭州市遭受重大人員傷亡和財產損失，并導致大面積停水停電停網，嚴重影響城市正常運轉。此次災害過程中，鄭州市因災死亡失蹤380人，占全省的95.5%。

河南鄭州“7·20”特大暴雨是在西太平洋副熱帶高壓異常偏北、夏季風偏強等氣候背景下，2個臺風匯聚輸送海上水汽，與河南上空對流系統疊加，遇伏牛山、太行山地形抬升形成的一次極為罕見特大暴雨過程。國務院災害調查組調查認定，河南鄭州“7·20”特大暴雨災害是一場因極端暴雨導致嚴重城市內澇、河流洪水、山洪滑坡等多災并發，造成重大人員傷亡和財產損失的特別重大自然災害，總體是“天災”，具體有“人禍”。

河南鄭州“7·20”特大暴雨強度和范圍突破歷史記錄，遠超出城鄉防洪排澇能力，是形成特別重大自然災害的主要原因。此次特大暴雨距河南“75·8”特大暴雨不足50年，二者發生的天氣形勢、暴雨強度基本相似。北京市于2012年發生“7·21”500年一遇特大暴雨造成79人遇難；僅隔4年發生2016年“7·20”特大暴雨，雖然日降雨量為20年一遇水平，但全市降水總量超過“7·21”特大暴雨。

在全球氣候變化導致極端天氣頻發的背景下，城市暴雨洪澇日益多發，我們必須放眼全國，謀劃未來，深刻認識氣候變化和快速城市化對城市洪澇災害防治的顯著影響，揭示特大暴雨形成和致災鏈發展的機理，合理制定、實施城市建設與洪澇防治規劃，科學開展防災減災管理與應對，全面提高城市防御超設防標準暴雨洪澇災害的能力，竭力做到遭遇超設防標準暴雨時人民生命有保護、城市運行不癱瘓、國民經濟少損失。

提高變化環境下城市洪澇災害風險意識

氣候變化影響顯著

研究表明，未來氣候變化條件下，我國大部地區暴雨日數和降水強度都將有所增加。即便在《巴黎協定》溫升1.5℃理想目標實現的前提下，東亞季風仍有增強趨勢，西太平洋熱帶氣旋多發、西太平洋副熱帶高壓偏北等天氣條件將有所增加，京津冀豫遭遇特大暴雨的概率仍將增大。

城市雨島效應不容忽視

我國城市化成就顯著，大城市城區規模不斷擴大，建成區面積超過1000平方公里的城市已達6個。城市熱島效應影響大氣邊界層結構，城區高層建筑群增加地表阻力，城市顆粒物排放為降雨提供凝結核。三方面因素均對城區氣候和降雨條件產生明顯影響，共同作用下使城市降雨更為集中，“雨島”效應顯著。

在氣候變化影響顯著、城市雨島效應不容忽視兩項因素的共同作用下，氣候變化和城市化前后的氣象水文序列的一致性遭到破壞，城市特大暴雨更易刷新歷史紀錄，并使長重現期暴雨頻繁出現。根據歷史數據設計建設的防洪排澇工程的絕對能力不變，但失效概率相對設計目標升高。

城市洪澇致災形式復雜多樣

城市因當地及更大區域內的強降雨而遭遇的洪澇災害主要分為三類：城市毗鄰江河洪水、城區內澇、城郊山洪及地質災害，可能產生的次生災害則更為復雜。

江河洪水的規模和影響范圍巨大，仍然是洪水災害的首要形式。我國各級別城市多沿江河分布、依堤防洪，中等以上城市的堤防標準普遍在100年一遇以上，重點防洪城市為200年一遇。在氣候變化和部分河流因河道萎縮、擠占而行洪能力下降的條件下，必須未雨綢繆，認清短板，高度警惕城市遭遇江河洪水災害的“黑天鵝”事件。

城區內澇因城市當地暴雨超過其滯、滲、蓄、排能力引起，是發生在城市內部的水災害。城市地面硬化使徑流系數增大、匯流速度加快，人水爭地影響低地蓄水和河道排水空間，骨干排澇管網能力不足，外圍江河水位、潮位頂托，均可能成為引起或加重城市內澇的主要原因。

城市郊區多有山地，部分城市依山而建，山區發生特大暴雨易引起山洪和滑坡、泥石流等地質災害，這類災害局域性強、過程猛烈，工程防范和預報預警均較為困難，易引起人員傷亡。城郊仍在城市行政管理范圍內，應在城市暴雨災害防御中一并考慮。

城市化進程快速發展，暴雨致災頻繁、損失嚴重

根據《2020年城市建設統計年鑒》，我國擁有城區人口百萬以上大城市86個；根據第七次全國人口普查的最新數據，我國城區人口500萬以上的特大、超大城市已達21個。城市基數與規�？焖僭鲩L，是我國城市超設防暴雨洪澇災害頻繁發生、損失重大的主要原因。

《城鎮內澇防治技術規范》（GB51222-2017）為城市內澇防治規定了設計重現期：大城市30—50年一遇、特大城市50—100年一遇、超大城市100年一遇，計算時一般采用年最大值法和日雨量。

雖然我國各地氣候條件不同，但由于各城市均根據各自氣象數據確定不同重現期的暴雨量值，因此可統一估計我國城市總體遭遇超設防暴雨的頻次。以城市內澇防治的設計重現期代表城市防御不同形式暴雨洪澇災害能力的總水平，假設大城市均按50年一遇標準設防，則我國平均每年有近2個大城市遭遇超設防暴雨；假設特大超大城市均按100年一遇標準設防，則我國平均每5年將出現一次超設防暴雨事件。因此，僅從概率即可發現，城市暴雨洪澇災害是我國城市治理和應急管理必須面對的重大問題，必須提高對城市洪澇災害的風險意識。

動態修訂規劃并加快構建城市防御洪澇災害的工程體系

完善“以水定城”的內涵，以剛性約束統領規劃

完善“以水定城”的內涵，既將水資源作為確定城市發展規模的剛性約束，又將防御洪澇作為確定城市建設空間規劃的剛性約束。在城市規劃中通盤考慮城市降雨需要的滲、蓄、排空間，以防御災害的剛性約束統領規劃，保留、騰讓天然雨洪通道、蓄滯洪空間，避免人水爭地。

完善標準，多規協調，補齊規劃短板

充分重視城市發展侵占蓄洪行洪空間、城市生命線遇水脆弱等問題，完善不同領域的標準、規范、規劃，協調國土空間、洪澇防御、市政交通、海綿城市、河道景觀等規劃目標，統籌不同等級降雨的生態價值、資源利用、洪澇蓄泄等綜合目標。綜合考慮江河洪水防御、城市防澇排澇和城郊山洪防治，針對超設防暴雨，研究制定不同類型不同頻率的洪澇災害風險區劃圖。具體規劃中要考慮氣候變化和城市化的影響，補充新數據重新核算城市暴雨頻率曲線，復核城市防洪排澇標準，補足欠賬，增強城市韌性。

留足空間、提升標準、蓄排結合，確保行洪排澇能力

城內或跨城交通主干線與城區河流交匯地帶、城市大型低洼地帶等是城市面對超設防暴雨的主要風險區，內澇外排需求大。城市建設應優化蓄洪空間和排洪通道，加強主要風險區的蓄滯與排澇能力建設，提升標準開展改造，如建設地表或地下蓄滯洪空間、建設排水深隧等。對于自排不暢、外水頂托等薄弱環節，確保抽排水能力達到設防標準，并在遭遇超設防暴雨時正常工作。對于遇城區邊界、城市邊界的情況，確保洪澇外排通道按設計標準“一路通暢”，不受行政管理邊界的影響。

重視城市周邊水利工程安全

城市上游供水水庫、下游調節水庫等水利工程是城市防洪、水資源利用、生態景觀所需的重要基礎設施，但汛期便是下游老百姓“頭上的一盆水”，一旦出現險情將帶來重大災害。要高度重視城市周邊水利工程安全，開展安全評估；加強調度管理，嚴格執行調度規則，減輕大壩壓力；加強安全監測和險情巡查，發現問題及時處置；加強水情監測預報，在保障安全的前提下加強雨洪資源利用，防止集中棄水與暴雨疊加；嚴防極端情況下潰壩，加劇下游災害。

加強城市各類工程涉水隱患排查

開展市政、水利、交通、電力、燃氣、物流、教育、醫療、文體等城市基礎設施和生命線工程的涉水安全隱患排查。洪澇易在人口密集、設備集中的地下空間及低洼地段致災，為此應設置人員應急避險、逃生的專門設施和應急預案，應通過工程措施確保重要地下空間和地下生命線安全。

科學提升城市防災減災與應急管理水平

精確預報，精準預警

精確的天氣預報是發布精準防災預警的前提。目前氣象監測預報能力還不完全滿足城市特大暴雨災害防御的需要，預報的降雨區域、時間、雨強不夠精準，還未達到空間到街區、時間到小時的程度。應持續加強基礎研究和技術開發，提高災害性天氣預報精度。

明確區分災害性天氣預報和洪澇災害預警的性質和作用，確保發布災害預警的精準性、及時性。研究完善城市暴雨內澇預警關鍵指標和監測系統，南、北方不同城市設立包括實測雨量、河流水位、城區積水等可操作的洪澇災害預警閾值指標，納入防災減災應急指揮系統。

明確職責，聯動響應

加強領導干部風險意識和底線思維，落實各級政府防汛救災的主體責任和各職能部門的具體職責，嚴格執行防災指揮制度和決策流程，理清城市洪澇防御的應急管理職責與聯動機制，加強信息發布和組織動員能力。

切實落實“大應急”理念，研究氣象預報和災害風險預警的耦合機制，研究從政府組織發動、職能部門專業行動，到企業運營單位應急聯動、社會公眾積極響應的高效快速應急響應聯動機制，建立暴雨洪澇災害緊急情況下的高效協調決策和執行機制，提升城市洪澇防御和應急搶險能力。

智慧防災，以人為本

提高城市洪澇災害監測預警的信息化和智慧化水平，充分考慮人在災害環境中的暴露情況，結合室內外精確定位、應急通訊和大數據技術，以人為本，對暴露于特定時空受災風險的個體、群體通過手機應急預警通知等方式發布定制化預警信息，提供有針對性的行動指引。

認識風險，強化社區

加強城市洪澇風險評價，明確高風險地區，編制高精度洪澇風險圖并及時更新，提高城市各類單位和居民對洪澇災害風險的認識。強化社區、村在洪澇避險、救助生命中的作用和組織能力，做好科普宣傳，提高居民自我保護意識和應急處置能力，鼓勵居民儲備應急必需品。社區、村儲備應急通訊設備，保證極端洪澇災害發生后與外部保持聯系，為后續精準快速救援提供可靠依據。

總監制：楊柳春

責任編輯：張帆

助理編輯、校對：PAN

排版：江淼

習近平總書記強調，保護江河湖泊，事關人民群眾福祉，事關中華民族長遠發展。我國江河水系眾多，保護治理是一個龐大復雜的系統工程，必須堅持數字賦能，依托現代信息技術變革治理理念和治理手段。建設數字孿生流域，就是要以物理流域為單元、時空數據為底座、數學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理全過程的數字化映射、智能化模擬，實現與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優化。

黨中央、國務院作出了明確部署。國家“十四五”規劃綱要明確要求，構建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調度能力。國家“十四五”新型基礎設施建設規劃明確提出，要推動大江大河大湖數字孿生、智慧化模擬和智能業務應用建設。黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要、長江三角洲區域一體化發展規劃綱要等，都對數字孿生流域建設提出了更加具體明確的要求。落實黨中央、國務院重大決策部署，必須大力推進數字孿生流域建設。

現代信息技術發展提供了支撐條件。進入新發展階段，云計算、大數據、人工智能技術快速發展，推動水利發展向數字化、網絡化、智能化轉變的技術條件已經具備。近年來，水利信息化建設取得積極成效，但流域透徹感知算據仍有不足，模型算法距高保真目標尚有差距，計算存儲能力亦不足需，網絡安全防護能力偏弱，運行和管理智能水平亟待提升。要加強數字孿生、大數據、人工智能等新一代信息技術與水利業務的深度融合，充分發揮信息技術支撐驅動作用，大力提升水利決策與管理的數字化、網絡化、智能化水平。

強化流域治理管理提出了迫切要求。流域性是江河湖泊最根本、最鮮明的特性，治水管水必須以流域為單元，實施統一規劃、統一治理、統一調度、統一管理。這就要求數字孿生流域提供強大技術支撐。統一規劃方面，通過在數字孿生流域中對規劃各要素進行預演分析，全面、快速比對不同規劃方案的目標、效果和影響，確定最優規劃方案。統一治理方面，通過在數字孿生流域中預演治理工程布局及建設方案，評估治理工程與規劃方案的符合性，分析治理工程對周邊環境和流域的整體影響，輔助確定治理工程布局、規模標準、運行方式、實施優先序等。統一調度方面，通過在數字孿生流域中綜合分析比對各要素，預演防洪、供水、發電、航運、生態等調度過程，動態調整優化調度方案。統一管理方面，通過數字孿生流域動態掌握河湖全貌，實現權威存證、精準定位、影響分析，更好支撐上下游、左右岸、干支流聯防聯控聯治。

建設數字孿生流域，原則是堅持需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力，目標是實現數字化場景、智慧化模擬、精準化決策，核心任務是加強算據、算法、算力建設。

夯實算據基礎。算據是物理流域及其影響區域的數字化表達，是構建數字孿生流域的數據基礎，包括自然地理、干支流水系、河道流場、水利工程、經濟社會等信息。要錨定數字化場景目標，構建天、空、地一體化水利感知網，通過優化提檔水文、水資源、河床演變、水利工程等地面監測，進一步完善地下水監測站網，加強衛星、無人機、無人船等載體遙感監測，提升應急監測能力，推進物理流域監測系統的科學建設和高頻乃至在線運行，為數字孿生流域提供精準物理參數和現實約束條件，保持數字孿生流域與物理流域的精準性、同步性、及時性。按照全國、流域、重要水利工程，分級構建全國統一、及時更新的數據底板，為水利治理管理提供詳實的基礎底圖。

優化算法模型。算法是構建數字孿生流域的關鍵性技術，是物理流域自然規律的數學表達，包括水利專業模型、智能分析模型、仿真可視化模型等內容。要錨定智慧化模擬目標，深入研究流域自然規律，充分利用大數據、人工智能等新一代信息技術，融合流域多源信息，升級改造流域產匯流、土壤侵蝕、水沙輸移、水資源調配、工程調度等模型，研發新一代高保真水利專業模型，統籌運用好基于機理揭示和規律把握的數學模型，以及基于數理統計和數據挖掘技術的數學模型，確保數字孿生流域模擬過程和流域物理過程實現高保真。建設水利業務智能仿真模型，構建水利業務遙感和視頻人工智能識別模型，實現水利工程運行和安全監測、應急突發水事件等自動化精準識別。

提升算力水平。算力是數字孿生流域高效穩定運行的重要支撐，包括計算、通信、會商等硬件資源。要擴展計算資源，按照“集約高效、共享開放、按需服務”的原則，提升物理分布、邏輯集中、協同工作的高性能算力，滿足數據處理、模型計算的需要。要升級通信網絡，實現水利系統網絡無盲區無死角互聯，滿足各類信息及時高效傳輸，并充分利用北斗、5G等新一代網絡技術，保障監測站網在極端惡劣環境下的安全可靠傳輸。

習近平總書記強調，要實施自然災害監測預警信息化工程，提高風險早期識別和預報預警能力；要切實加強重大風險預測預警能力，有切實管用的應對預案及具體可操作的舉措。要在數字孿生流域中強化預報、預警、預演、預案能力，實現風險提前發現、預警提前發布、方案提前制定、措施提前實施，確保水利決策精準安全有效。

精準超前預報。預報是基礎，通過預報為預警工作贏得先機。要堅持遵循自然規律，以流域為單元，構建下墊面動態變化的數字流場，在總結分析典型歷史事件和掌握現狀的基礎上，以擴展預報內容、提高預報精度、延長預見期為目標，通過機理分析和數據驅動等方法，綜合運用氣象水文、水文水力學耦合預報以及預報調度一體化等技術，構建多維多時空預報體系，實現洪水、枯季徑流、地下水位、墑情、咸潮、泥沙、冰情、臺風暴潮、水質等各類水安全要素全覆蓋，短期預報、中期預測、長期展望等多尺度無縫銜接，監測站點、水系沿線、流域區域“點線面”相結合的多維展示。

快速直達預警。預警是前哨，通過預警為預演工作提供指引�？茖W設置風險閾值指標，完善預警發布機制，以預警信息及時精準、預警對象全面覆蓋、預警渠道直達一線為目標，構建多種類多渠道的水災害預警體系。在數字流場內，聚焦未來可能發生的江河洪水、山洪災害、漬澇災害、工程災害、干旱災害、冰凌災害、供水危機、水生態損害等各類水災害，確定降雨量、水位、流量、水量等預警要素。根據預警不同量級、發展態勢以及可能造成的危害程度，明確預警等級，依托預警發布平臺，及時發布預警信息。結合地區實際，利用各種有效手段，實現預警信息直達一線、直達社會公眾，提醒及時采取應急處置措施，做好防災避險準備，做到防患于未然。

前瞻科學預演。預演是關鍵，通過預演為預案制定提供支撐。要集成耦合水工程預報信息與流域防洪調度、水資源管理調配、水工程調度運用、突發水事件處置、水生態過程調節等運行信息和其他邊界條件，設定不同情景目標，實時分析水利工作面臨的風險形勢，以貼近實戰、發現問題為目標，構建全過程多情景模擬仿真的水利預演體系。在數字孿生流域和數字孿生水利工程基礎上，對規劃、設計或未來預測預報的場景進行前瞻預演，既可以根據預報預警結果，“正向”預演出風險形勢和影響，及時發現問題，以在萌芽之時、成災之前發現問題、提出措施；也可以根據調度目標，“逆向”推演出水利工程安全運行限制條件，制定和優化調度方案，實現預報與調度的動態交互和耦合模擬。

細化實化預案。預案是目的，通過“四預”環環相扣、層層遞進，提升流域治理管理的數字化、網絡化、智能化水平，為增強國家水安全保障能力提供信息快速感知、智能分析研判、科學高效決策的強大技術驅動。要結合水工程運行狀況、經濟社會發展現狀等，在預演結果基礎上進行分析評估，滾動調整水工程運行、應急調度、人員防災避險等應對措施，迭代優化運行調度方案，有效提高預案的科學性和可操作性。工程措施要考慮最新工況、經濟社會情況，明確規定各類水利工程的具體運用方式。非工程措施要明確值班值守、物料設備配置、查險搶險人員配備、技術專家隊伍組建、人員轉移避險方案等。組織實施要全面落實工作責任，明確各類措施的執行機構、權限和職責，進一步增強預案的科學性、實用性和可操作性。

整理：環境人Environmentor編輯團隊；來源：科睿唯安

獎金全部捐出！彭永臻院士榮獲2021年度何梁何利獎！/院士說專業·筆記｜許唯臨院士：智慧水利時代已來

中國污水污泥大會 污水資源化利用  

獎金全部捐出！彭永臻院士榮獲2021年度何梁何利獎！

來源 ： 工小V 北京工業大學  

收錄于合集#北京工業大學563個

近日，2021年度“何梁何利基金科學與技術進步獎”揭曉。中國工程院院士、北京工業大學環境與生命學部教授彭永臻榮獲2021年度何梁何利基金科學與技術進步獎。這也是北工大學者首次獲得該獎項。

 

何梁何利基金由香港愛國金融家何善衡、梁銶琚、何添、利國偉共同捐資于1994年創立，旨在獎勵取得杰出成就和重大創新的中國科技工作者，激勵科技工作者勇攀科學技術高峰，促進科學技術的發展，設有科學與技術成就獎、科學與技術創新獎、科學與技術進步獎三個獎項，每年評獎一次，由提名推薦、資格認定、專業評審組初評、評選委員會終評，最終以無記名投票方式產生獲獎人選。每年獲獎總人數不超過70人。

 

彭永臻院士長期從事污水生物脫氮除磷、活性污泥法污水處理系統的自動控制與智能控制等理論研究與工程實踐，為解決該領域技術瓶頸和工程難題作出重要貢獻。以唯一第一/通訊作者，發表SCI論文350余篇，其中IF＞9.0的JCR一區論文280余篇，目前正列入ESI高被引論文14篇；以第一發明人獲國家授權發明專利283項，已轉化107項；獲國家科技進步與技術發明二等獎4項、省部級科技一等獎8項。

近年來，彭永臻院士領銜的北工大污水脫氮除磷研究方向位于國際熱點方向第一位和國際領先水平。2009年至今，以彭永臻院士為第一作者或通訊作者在該領域的發表論文數與引用量，國內外排名第一。以新技術研發與工程應用為目標，彭永臻院士在國內外率先提出“主流城市污水部分厭氧氨氧化”思想與新技術，并在國內外率先實現短程反硝化耦合厭氧氨氧化，發表了該研究方向的前10篇SCI一區論文。據科睿唯安與中科院聯合發布的《2020研究前沿》顯示，“厭氧氨氧化技術及在污水處理中的應用”為環境領域唯一重點熱點前沿，其核心論文產出國家與機構排名中，中國位列第一，北京工業大學與荷蘭代爾夫特理工大學并列全球第一。

為繼續支持所熱愛的人才培養事業，彭永臻院士已將本次獲得的個人獎金20萬元港幣，全部捐給北京工業大學教育基金會，用于資助和獎勵學校環境保護領域創新型科技人才的培養與發展。

 

不忘初心，至臻至善

從教四十余年

始終耕耘在教學科研一線

 

把祖國的需要作為研究與攻關方向

他是教書育人的實踐者

也是科學研究的探索者

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祝賀彭永臻院士！

致敬彭永臻院士！

 

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重磅發布！北京工業大學2022年本科分省招生計劃

素材來源：環境與生命學部

排版：楊帆

編輯：呂洋、宋霖濤

審核：劉幸菡、張超

新修訂的《城市污水處理工程項目建設標準》已發布，自2022年6月1日起施行

中國污水污泥大會 污水資源化利用

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來源 ：   獨立環保人