台湾城市防灾减灾研究的回顾与展望

台湾城市防灾减灾研究的回顾与展望

作为一名著名的城市民防专家，你能想象吗？该中心的主要研究方向是什么？。“成功大学防灾研究中心”的创立缘起于1996年夏初的贺伯飓风,该飓风给台湾带来暴雨,引发惨重的洪水与土砂灾害,防灾顿时成为社会各界关心的焦点。有鉴于此,1996年10月于成功大学内成立“防灾研究中心”,成立目的旨在结合国内外学者与专家,通过研发并引进最新防救灾理论与技术,以及研究合适的灾害预防与救治对策,从而协助各级政府单位提升防救灾措施,以期减少财产和人员损失。多年来中心积极扮演台湾防救灾重点研究机构的角色,把灾害防救的理念与目标力行于台湾各地。“成功大学防灾研究中心”的主要研究方向包括:灾害调查、灾害评估与预测、防救灾资料库建置与应用、防灾监测与预警、灾害治理规划、灾害境况模拟、灾害咨询与协助、遥测与无人载具应用、云端运算与应用及政策研究等十大项目。谢正伦:Amongthebestpracticalexperiencesatdifferentworldcities,thereincludestheDeltaWorksofNetherland,knownasoneoftheSevenWondersoftheModernWorld,andMetropolitanAreaOuterUndergroundChannel(alsoknownasG-cansProject,orUndergroundCathedral)ofJapan.Thoseareverysuccessfulandeffectivefloodpreventioninternationalpractices.NetherlandslocatesatWesternEurope.MorethanquarteroftheNetherlandsliesbelowonemeterabovesealevel.ForalongtimeDutchpeoplelivedbybuildingdamsandstormbarrierstosurviveanddevelop.DuringthenightofJanuary31,1953,12northwesterlywindstormspoundedthecoastofZeeland.Theweakeneddikes,drenchedwithwater,ultimatelygaveway,floodingtheislands.Theresultwasdisastrous1835fatalities,and200,000hectaresoflandunderwater.TheDeltaWorksaimstoprotectalargeareaoflandaroundtheRhine-Meuse-Scheldtdeltafromthesea,consistedofblockingtheestuarymouthsoftheOosterschelde,theHaringvlietandtheGrevelingen.Thisstructure,oneofthelargestintheworld,cameupwithaplanin1954;starteditsconstructionin1956andwasopenonOctober1986(inrealityfinishedin2010)whichcost12billionguilderstobuild.TheWorksconsistsof12largeprojects,includingfivedikesexposedtotheseabyapproximately33kilometerstofundamentallyprotecttheseawaterfromflooding-in,combinedwithroadandwaterwayinfrastructuretostimulatetheeconomyoftheprovinceofZeelandandimprovetheconnectionbetweentheportofRotterdamandAntwerp.TheWorkseventurnedsomeareaintoafreshwaterlakeandreconstructedsomeoftheduneareaintomix-usedcommunitiesprovidingindustrial,residential,recreational,watersport,freshwateraquaculturefacilitiesandlandavailableforfuturedevelopment.TheSaitamaregion,wheretheEdogawaRiverislocated,isatthecentreoftheKantoPlaininJapan.TheMetropolitanAreaOuterUndergroundDischargeChannel,alsoknownastheG-CansProject,wasbuiltunderthefloorofKasukabe,SaitamaoftheGreatTokyoAreatoavoidtheheavyrains,especiallyintimesofMonzón,andevenaSutnami,whichcancausemajorfloodingintheJapanesecapital,forthepurposeofbonetocollectenormousamountsofwater.TheMetropolitanAreaOuterUndergroundDischargeChannelgatherstheoverflowingfloodwatersfromriversinTokyo,suchasOochi,Kotone,Kuramatsu,NagakawaandArakawa,anddrainsitintotheEdogawaRiver.TheEdogawasplitsfromtheToneRiverwhichpassesthroughseveralcitiesbeforedrainingitswaterintoTokyoBay.TheG-CansProjectconsistsoffiveconcretecontainmentsilosthatareconnectedtoa10.6mdiametertunnelconstructed50munderground,passingthroughthesilosandsendsthewatertothestoragetankwhenthesilosreachtheircapacity.TheG-CansprojectstartsatShowainTokyoandextends6.4kmtowardsKasukabeinSaitama.Constructionworkcost$2billion.G-Cansprojectstartedin1992,testedtowaterstorageinJune2002,andwascompletedinearly2009.Untilnowithasbeentestedabout18timesforfloodcontrol.InOctober2004theProjectoperatedeffectivelybychannelingtheoverflowing6.6millioncubicmeterswaterandprotectedtheCityofTokyofromfloods.世界都市防洪的实务经验中,值得介绍的有荷兰及日本两大防洪工程,其一为享有“现代七大奇观”盛名的荷兰三角洲工程,其二为称为“地底神殿”的日本首都圈外环下水道工程。两者皆为都市防洪成效显著的国际案例(图1、图2)。荷兰位于西欧,全境地势低洼,全国有四分之一的土地位于海拔1公尺以下,长期以来荷兰人民依靠修筑堤坝保护其生存和发展。1953年,荷兰历史罕见的特大洪水导致堤坝被毁以及海水倒灌,大约20万公顷土地被淹,其死亡人数高达1835人。该工程位于荷兰西南部莱茵河、马斯河、斯凯尔德河三河交汇入海处,目的在于保护莱茵河流域地区免遭海水侵袭。1954年开始设计,1956年动工,1986年宣布竣工并正式启用(实际完工时间为2010年),共耗资120亿荷兰盾,整个工程包括12个大项目。其中共建筑5道拦海大坝(总长33公里),彻底根治海水倒灌问题,并于拦海大坝上建高速公路和水运基础设施,改善泽兰省与鹿特丹市的交通连接、改善泽兰省与鹿特丹市人口过度及产业开发的问题,从而刺激泽兰省的经济发展。接着在封闭狭长海湾地区通过海水淡化提供莱茵梦地工业带新的工业和生活水源。另外,将一部分滩地改造成为工业和民用住房发展用地、绿旅游度假区、水上运动区以及淡水渔业和养殖业发展用地。利根川(中川和绫濑川)、荒川及江户川等大河围绕的琦玉县位于日本关东平原的中心区域,地势低,河流坡度极缓且泻流能力小,大雨极易引发浸水灾害,波及范围广且持续时间长。因此,日本为彻底消除浸水灾害,规划首都圈外环下水道工程。该下水道工程位于东京附近的国道16号线地下50公尺处。当中川、仓松川以及大落古利根川等河流因暴雨导致河水上涨时,其溢流通过该下水道排入江户川河。江户川河是利根川河的支流,利根川河流途经几个城市后流入东京湾。首都圈外环下水道工程包括5个混凝土遏制筒仓和一个建于地下50米深处的直径为10.6米宽的地下隧道。5个混凝土遏制筒仓与地下隧道相连接。来自地面的溢流经过筒仓流入地下蓄水罐。下水道工程始于东京的昭和,止于琦玉县的日下,全长6.4公里。该工程于1992年动工,花费2亿美元,于2002年6月开始试验通水,迄今进行18次调洪作业,2009年完工。其中,2004年10月有效排泄660万立方公尺洪水,大大减少了首都地区的浸水灾害。谢正伦:MyanalysisontheJuly21stcaseinBeijingliesatthefollowing:Firstly,BeijinglocatesattheeastcoastofAsiawhichbelongstothecontinentalmonsoonclimateaffectedbythesubtropicalMongoliahigh.Theaverageannualprecipitationquantityofrainfallisonly600mm,whichcouldbeclassifiedaswaterscarcityregion.Comparingwiththeaverageannualprecipitationof2500mm,floodingcausedbywaterfallsatBeijinghasnotalwaysbeenissues.ThismaybethereasonthatBeijinggovernmentattimesoverlookedtheimportancetoupgradethedrainagesystemagainstflooding;andbringsthephenomenonof“brilliantsurfacearchitecturebuttoughundergroundfacilities”,indicatingthattheconstructionrateofdrainagesystemhasbeenlaggedbehindthatofthecity’srapiddevelopment.Intherecentyears,theclimatechangeaffectstheworldweather,andtheheavyrainstormhappenseverywhere.OnJuly21st2012,theonceinsixtyyearheavystormstuckBeijingfromanaverageprecipitationaround170mmtoamaximumcapacityof460mm.The77fatalitiesandpropertylossmadeitacatastropheofthecity.However,comparingwithotherAsiancitiesinTaiwan,Japan,thePhilippinesandThailand,theprecipitationfellwithintheirnormalcitylimits.Thus,itistimeforBeijingtoexamineandreviewitsdrainageplanningandfloodpreventionfacilities.Thirdly,forthecitydevelopment,transportationfacilitiesareveryimportantatthispoint.Beijing’smajorroadsystemsareringroads,which,ontheotherhand,preventthefloodevacuation.Inanotherword,itcouldbecalledas“RoadDams”;i.e.,whenthecityareaisaffected,thewaterwouldbehardtobedischargednaturallybumpingtheedgesoftherings.Thiscouldbetestifiedbythecollectionoftheseverefloodingpointsalongtheringroadsonthatday.有关2012年7月21日北京淹水致灾的原因可分为以下数点加以论述:首先,北京地处亚洲东海岸,属于大陆性季风气候区,气候受亚热带蒙古高压影响,年平均降雨量仅约600毫米左右,是属于水资源不足的地区。与台湾年平均降雨量2500毫米相比较,降雨所导致的淹水问题并不经常发生。这可能是历代政府在北京的建设上自然而然地轻视了排水系统建设和改造的重要性的原因,从而衍生了所谓“重地上、轻地下”的城市发展模式,致使北京排水系统的建设规模与速度落后于城市的发展。即至近年来气候变迁影响下,极端暴雨四处发生。2012年7月21日号称“60年最大暴雨”袭击北京,单场暴雨全市平均降下170毫米的雨量,最大降雨量则达到460毫米左右。这场暴雨造成首都70余人遇难。灾情十分严重。相比之下,7月21日北京所降下的雨量,对于亚洲的台湾、日本、菲律宾及泰国等国家而言并不罕见。但却在北京引发严重的人员及财产损失。因此,北京的防洪排水系统确实到了应该加以检讨的时候了。其次,随着人口的增加,城市快速地向外扩大。从1994年三环建设至今不到20年间,环状干线已经发展到了六环。经济发展与都市建设固然重要,但发展过程中土地上原有的湖泊、池塘、湿地、洪泻区等具有蓄洪功能的地区,也纷纷被填平并开发成为缺乏相应排水设施的市区。失掉了这些蓄洪和滞洪的屏障,城市面临了雨量快速转为地表径流的现象。套句专门用语叫做降雨径流系数趋近于1.0。在一些比较天然未开发的区域径流系数可能只有0.6~0.7,这就意味着雨量不会迅速汇聚成河或灌满下水道,而是被蓄积起来,慢慢地流出,并不形成洪灾威胁。再者,都市发展的过程中,交通工程是极其重要的基础建设。北京采用环状的交通干线,极有可能对内涝的退水产生阻碍的效果。换句话说,当淹水或积水中退水阶段时,可能遇到环状线的阻碍,产生所谓的“路堤效应”,也就是说道路变成类似堤防一样的效应,阻碍淹水快速的消退。此论点可由7月21日北京淹水位置大部分位于环状道路沿线证明(图3)。谢正伦:Mypersonalthoughtstothewaterdisasterpreventionincludethefollowing:First,Iwouldsuggestacompleteinvestigationofthecanalsandriverchannelstounderstandthefloodpreventioncapacityandtheirbottle-necks.Theinvestigationwouldneedtobeappliedintothedatabaseandnumericalmodelsandleadtoawellroundedfloodanalysisandmitigationevaluation.对于北京水患防治有以下几点建议:第一,针对北京现有人工排水渠道及天然河道水系进行全面普查,充分了解北京的排洪能力及其瓶颈,并将调查结果建置成防洪资料库及数字模型,进行全面淹水分析和灾害评估。第二,考量气候变迁及其影响,重新制定北京市防洪目标,提升现有防洪标准,全面整建北京排水系统。第三,寻觅合适的空地普设滞洪池,善用湿地、洼地、公园及操场等公共空间作为雨水缓冲区,从而减少洪峰流量。如果找不到合适的滞洪空间,则可效仿日本东京环状下水道滞洪于地下。第四,采取分洪措施。阻绝或减少客水汇入北京排水系统从而增加排水负荷。第五,易淹水地区应增设监测、预警和模拟系统,并将水情资料及时反馈给北京市的水情中心,以利于淹水区及时疏散避难及管理。最后,进行防灾教育训练提升北京市民对于洪水的防灾意识,以社区为单元建构自主防灾社区。Secondly,BeijingCityhasbeenexpandedquicklywithdemographicgrowthsimultaneously.Withinthetwodecadestimeframe,from1994whenthe3rdRingRoadstartedtobebuiltuntilnow,thecityboundaryhasreachedouttothe6thRingRoad.Rapideconomicgrowthisveryimportantbutitindirectlyturnedthefloodcontrolbufferslikelake,pools,wetlandandfloodaffectedareasintohardpavementorbuildingareasthuslostthefloodpreventionfunctions.Thecity’srainfallprecipitationquicklyformstosurfacerunoff,whichistechnicallyknownasrunoffcoefficientapproximatesto1.0.Atsomeundevelopedareas,thiscoefficientcouldonlybe0.6-0.7,whichmeansthattherainfallmaynotbesimultaneouslyconvergedintosurfaceriverflowsorfallentodrainagefacilities,andbestoredatatime,which,alternatively,wouldn’tbringanyflooddamage.Secondly,consideringtheclimatechangeanditsmanyeffects,thecitygovernmentmayleadtosetupnewgoalsatwaterdisasterpreventionandincreasethepreventionstandardtoahigherlevel,andplantorenovateandreconstructt