对水的利用空间

◆ 关 键 问 题
除 了城市 的洪 流建 模 的精度 问题 ，还 有许 多技术 难关 ．比如要使 用可 以用 于计 算 的形式
理 ， 基 于预测 的城镇 洪水 风险集 合起来 。 把 以前 对 城市 洪 水 承担 的 责任 分别 属 于 自来 水 公 司 、 排 水管 路 局 、 公路 管 理 局 、 地方 当局 、 人 土 地 私 所有 者 以及环境 局 ， 于分 散 了。 过 更 多 的整合 将把来 源 于河 流 、海岸 和降 雨 的洪 水与所 有可 能 的管理 对策 汇集起 来 ．也包 括对 于地 表和地 下基础 设施 的适应 事实 上 ， 水和 土木工 程行 业 中 ， 多有 影 在 许 响力 的人 物都 呼吁 建立 统 一 的洪 水 管理 局 ， 或 者作 为环 境局 的管理 部分 ，或 者作 为一 个独 立 的个 体 。 这样 的组织 将被授 权找 出一个 连续 、 完 整 的方 法 ，解决 防洪 减灾 和洪 水管 理 的复杂 性 问题 ，至少解 决 目前 对洪 水 问题 负有责 任 的实
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洪水 的发 生 范围 。 该 项 目需要 考 虑 两 个相 反 的水 文 过程 ：０ ８ 平 方千米 流域 的 主要部 分是 由高渗透 性 的 白垩 地 层组 成 的 ，而市 区不 可渗 透性 的地 面 表层 都 嵌 入 了高度 复杂 的水 流管 网 ，这在 洪水 期会 影 响到洪 水水 位 的。 在哈 文特 ， 当短促 、 紧密 的降雨 通过 城市 排 水 系统排 入水 流管 网后 ，因为 上游 流域 区基 流 增 多 ， 网水位 已经 升高 ， 以洪水 往往 发 生在 管 所 孤 立 的坑 区， 而并非 广 阔的漫滩 淹没 。 传统 的方 法使用 洪水 估算 手册 ，只是把 流 域 区与水 流作 为一个 整 体进行 考 虑 ，而 阿特金 斯 水与 环境组 织模仿 历 史上 的描 述为 可渗 透 的 上 游流 域形 成 了详 细 的表现 形式 ，并 利用 生态 和水文 中心 沃林福 德 的概 率分 布模 型 （ Ｄ 设 Ｐ Ｍ） 计 了洪 水事 件 ，这 使得 相对 于使 用传 统方 法 的 复杂 的水文 反应模 拟有 了更 大 的灵 活性 。 有 一 套 包 括 水 文 建 模 软 件 与 河 流 系 统 （ Ｓ 模 型 软件 的 软件 包 ， 以用 来 做进 一 步 分 Ｒ） 可 析 ， 立水 流 网的一维 水动力 模 型 ， 进行 与激 建 并 光 雷 达相结 合 的河 道调 查 ， 以获取 地形数 据 。 同时 ， 采集 系统 （ Ｓ 模 型软 件 与来 自南部 Ｃ） 水流 管道 的详 细调查 数据 相结 合 ，建立 起 了封 闭管 道排水 系统 的水 动力模 型 。Ｉｆ ｏｋ 模 型 ｎｏ ｒｓ ｗ 被设 置为来 自城 市排 放 口的水 流相 当于 河流模
征 比如 水位 、 流速 、 持续 时 间 以及 洪灾 范 围 。如 果 缺乏 这样 的理解 ，就 会 降低 防洪减 灾 战略 的 有 效性 。 变 化 的气 候模 式也 会大 大影 响极 端洪 水事 件 的频 率和 多样性 ，因此 目前气 候变 化也 成 了 防洪 减灾 主要 的考虑 因素之 一 。２ ０ ０ ７年 夏 天 ． 当时 ，英格 兰和威 尔士 的部 分地 区极 端 降雨 的 几个 时期造 成大 范 围的洪灾 ， 只需 回顾一 下 ． 你 就 可 以 发 现 暴 洪 的 影 响 。 这 场 暴 洪 摧 毁 了 ５ ０ ０多座房 屋和 ７ ｏ ５０ ０ ０多家企业 。根据皮 特报 道， 这次 降雨 ４ ４ １ｍｍ， 自 １６ 是 ７ ６年 以来 。 、 五 六 月 间降雨最 多 的一 年 ， 降雨量是 从 １７ 该 ９ １年到 ２０ ０ ０年年 均 １ ６ ８ ｍｍ降雨量 的 ２ ． 。 ５倍 还 有部 分 困难 在 于 ： 目前减 少洪 水影 响 的 措施 ， 尤其是 在城 镇里 ， 都是 基 于以前 规划 的洪 水风 险 区间 ， 而且 在某些 案 例 中 。 能 已经 不能 可 够再 提供 足够 的保 护 。要做 好应 对 意外变 化及 极端 洪水事 件 的准备 ，就要 对 目前 的策 略进行 模式 的转 变 ， 以避 开 洪灾 ， 管理 洪 水 。 其 是在 尤 海岸 或河边 有大 量人 口居住 的情 况下 。为 了阻 止城镇 洪水 日益严 重 的影 响 ，就 要求 人们 要重 点 重 新 考 虑 当 前 规 划及 洪 水 管 理 的政 策 和实
践。 ◆ 未 来的挑 战 很 显然 ，洪 水需要 用更 全 面的方 法进 行 管
术对于洪水范 围的其它模拟 。 耦 合 的 Ｉｆ ｏｋ 和 Ｃ ｎｏ ｒｓ ｗ Ｓ模 型更 有效地使 用 开 放 式 模 型 公 共 接 口 （ ｐ ｎ ） 现 了 河 流 和 Ｏ ｅ ＭＩ体 地表 水 系统之 间 的相 互反 馈 ，目前 的难 题就 在 于要 用相 同 的技术对 城市 洪水 体 系进行 调查 研 究。 如果 排水 系统 能更好 地与河 流连接 ， 么在 那 将 来 ，就有可 能在地 面铺 筑 区更 为精确 地确 定 积水。
用 水标 准 ；
（ ）尽 管从 屋 顶 收集 的雨 水 在 氨 、ｐ 铁 ２ Ｈ、 和 铅方 面偶 尔 超标 ，但 从 蓄水池 和 热水 系 统取 出的水样 符合澳 大利 亚饮 用水 标 准 的化学 和金 属参 数 ： （ ）絮结 、 降 和 生 物反 应 等水 处 理 过程 ３ 沉 在集 水箱 中进行 ， 了水质 ； 提高 （ ）集水 箱 与热 水 系统 的结 合 是有 效 的水 ４ 处理 过程 ， 以获得 符合 饮用 水标 准的 水质 ； 可 （ ）将屋 顶雨水 先 收集 到集水 箱， ５ 再用 于热 水 系统 以及 冲洗 厕所 ， 能够节 省 ４ ％的家 用水 ； ５ （ ）与普 通 的住 宅 开发相 比， ６ 城市 雨水利 用 设计 节水 总量 可达 ６ ％。 Ｏ
体现 复 杂 的城 市地 貌 。 城市 地貌 通常不 是 单一 的样 式 ，其 中还要 考虑 很 多其它 因素 ， 比如 蜿蜒 穿行 在城 市之 间 ， 既作 为排 水系 统又作 为交 通体 系 的运河 。 再者 ， 这些 从他 们如 何影 响河 水 的洪流 的角 度来 讲是
不 太好 理解 的。 对 于河流 城市 洪水 。至 少应 该理 解洪 水波 长 和洪 水泛滥 的 时空特 征之 间 的关 系 ，时空特
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跃 性 变化 ， 可 以实 时建模 ， 析 风 险 ， 索管 它 分 探 理方 案 的性能 ， 并选 择有 效 的解 决 办法 。 随着 模型精 确度 的提 高 ，它们 的商业 价值 也 随之 升高 。计 算 机技术 的强大 意 味着水 的 分 配 体系 可 以越来 越精 确地 进 行模 拟 ．而信 息 本 身 也更 为详细 。在 过去或 许 只能镂 空 的模 型 如 今却 能够 体现 完整 的体 系 ， 如洪 水 线上 下 Ｏ１ 例 ． 米 的所 有管道 体 系。 事 实上 。 模拟 在 过 去 的近 １ 水 Ｏ年 中有 了 迅 猛 发展 ，从用 于水 利分析 的单一 的 网络建 模 发 展 到多 用户 、 多功 能 的大范 围系 统建模 ’ ， 现在 他 们 可 以共 同用 于地 理信 息 系统等 更成 熟 的水 利 行 业 系统工作 。 目前 ．许 多模 型 只包括 了水 系 统 的各 个 离 散部 分 ， 语 “ 合模 型 ” 许 是 对 于建 模 趋 势 术 综 或 的最终 表述 。这样 的一 个新 趋势 是个 “ 为 一 集 体” 的模 式 ， 它包 含所有 的网络 资产 。如 果更 进 步。 还有些 模型 会将关 键 数据 资料 连接 起来 ， 例如城 市 的排污 ．洪水 的影 响或 是 河流模 型 等 多个行 业 的数据 连接 。
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◆ 哈 文 特 洪 水 映射 研 究
阿特 金 斯 水 与 环 境 组 织 开 发 了一 项 新 技 术， 使用 开 放式 模 型公 共 接 口（ ｐ ｎ ） Ｏ ｅ ＭＩ 实现 了 Ｉｆ ｏｋ软件 和 Ｃ ｎｏ ｒ ｗ Ｓ模 型 的首 度耦 合 ， 仅允 许 不 各种数 据 的 巨大 差异 和多 样性 ，也 有助 于促 进 未来 多河 流模 型的整 合 。 汉普 夏尔 的哈文 特是 一个 位 于河 流密集 网 中部 的城 市 。 口高度 密集 。 人 阿特金 斯水 与环 境 组 织 被 环 境 局 委 派 在 哈 文 特 进 行 洪 水 映 射 研 究 ．以预 测这个 处 于大范 围河 流条 件 下 的城 镇
澳 大利 亚 的城 市雨 水 利用设 计 ，不仅 取 得 了可 观 的经济 效 益，更 重要 的是 对 生态 环境 的 可 持续性 发展 具有 十分重要 的意义 。 因此， 如果 大 力 发展 此类 项 目，既 能大 大节 约地 下 水 的开 采 量 ，同时 也能 大量 节 约城 市基 础设 施 的建设 费用 。研究 发现， 市雨水 利用设 计 的保 留和渗 城 透 措 施减 少 了基 础设 施 的 维护 和修 复 成 本， 也 大 大减 少 了雨 水 的污 染 。从 监测数据 看， 由于只 是 简 单 的处 理。 质 还不 是 很完 美 ， 基 本 符 合 水 但 要 求， 尤其 是洗浴 完全 能够达 到标准 ： （ ） 水供 应 的热水 系统 符 合澳 大 利亚 饮 １雨
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排水 基础设 施 的不足之 处 。
２０ ０ ７年 ． 据英 国环 境 局 统计 ， 定 洪 灾 经 确 济损 失将 近 ３ ０亿 英镑 ， 同时还淹 没 了 ５ ０ ０多 ５０ 座房 屋 。从 频率 方面讲 ，洪水开 始取 代其 他灾 害 ． 重影 响着人 们 的生活 ， 引起贫 困及 土地 严 它 退化 。 这些 都促使 政府 于 ２ １ 把对 洪水 和海 ０ ０年 岸侵 蚀风 险管理 的投 资 由 ６亿英 镑 提高 至 ８亿 英镑 。 其实 。 洪水 本身是 自然 现象 ， 只是 人们 在洪 水 易发 区的居 住使它们 成 了灾害 。 专家警 告说 ： 气候 变化 只会 加重洪 灾风 险 ，城 市 化 了的洪 泛 区被 淹没 的后果 十分严 重 ，而 洪水 管理 和保 护 策 略对 于减轻 这个后 果是 必不可 少 的。 洪 灾 评估 形 成 了这 种 策 略 的根 本部 分 ， 并 且基 于 电脑 的建 模也越 来 越多 地应 用于 不 同方 面 ： 洪 水 是怎 样 流动 的 ， 洪水 的重发 期 ， 从 到 以 及 洪水 的水宽 和速度 。 现在 ，传 统 的一 维模 型对 于模 拟洪水 流 经 的复杂地 貌 已不太 实用 ，这就 促进 了二 维 深度 通 用模 型的发 展 以及 整个 系统 模 拟运行 时 的跳
对水 的利用 空间
技术在减 轻大 洪水 日益严 重 的风 险方 面能 起 到什 么作用 ？有 没有 可能 在预 测 问题 所 在 的 方面做 到更精 确 ？为 了得 到答 案 ， 迈克 ・ 尔加 伍 以英 国为例论 述 了映射 和建模 在 抵御洪 灾 中所 起到 的作用 。
传 统上 ，英 国环境 局 的防洪 投资 多集 中在 海堤 建设之 类 的海 防上 。然 而 ， 近期 ， 水 问题 洪 已经 转移 到 了内陆 。如 果沿 河流 域保 护不 够充 分 ．那 么一 次相 当于一 个月 降雨 量 的强降 雨在 个 小时 内就会带 来严 重 的洪灾 ，曝 露 出城镇
型 中的流量 。 为 了缩 短数 据 处理 过程 ， 用 Ｉｆｗ ｒｓ 采 ｎｏ ｏｋ 模 型 的 同时 ．还 采用 了进行 数据 交换 的开 放式 模 型 公 共 接 Ｉ （ ｐｎ ） Ｓ Ｏ ｅ ＭＩ 的建 模 标 准 。上 述 的排 ｌ 出—— 流入 关 系被设 置为 开放 式模 型公 共接 口 （ ｐｎ ） Ｏ ｅ ＭＩ 中的连接 ， 不再 需要进 行迭代 。 液压和水文模 型成功校正后 ， 一系列河 流设 计方案也被模拟出来 。内置在 自动地面模型性能 组件 中的信息软件被用来模拟 出了洪水的大致范 围。推翻 了来 自传统的数据密集型 的半 自动化技