南京信息工程大學水文氣象學院、應用水文氣象研究院林炳章教授
今年以來，國內從南到北、自東向西的異常洪澇災害奪去了許多同胞的性命、造成巨大的財產損失，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，城市洪澇，形勢很嚴峻；受季風和熱帶氣旋的作用以及太平洋副高脊線北移復南下的影響，我國的暴雨季節變化大體如下：4-5兩廣、6江浙、7江8河9回頭，自現在（出梅后）起臺風要唱主角了，所以洪澇形勢還沒有完。以下談幾點看法供參考、以及匯報我的一些工作，請各位先進指教：
1、洪澇災害的原因不外以下三點：1）強降雨；2）水土流失（山區）或下墊面過度硬化（城市）；3）行洪道上違規建設。第三點很重要，可是行洪道上違規建設的現象比比皆是：堵、填、圍、建。
2、城市水道、湖區、濕地是天然的洪水調蓄區，也是城市最大、最重要的海綿體，司職蓄水、分洪調水、補充地下水、旱時補充供水以及改善城市水體質量等功能，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！
人定勝天表達一種氣概尚可，但是實際上做不到的，對大自然要有敬畏之心，要尊重科學、要按科學規律辦事。譬如，武漢南湖原是蓄水、滯水之用，現在都被填平、蓋上商品房，成為小區；全國類似武漢南湖例子實在太多。這是城市洪澇現狀的問題所在。
3、頂層設計很重要，頂層設計也是基礎規劃。從技術層面來說，我認為主要問題出在規劃上面，規劃的失誤是最大的失誤。海綿城市建設是針對中國城市洪澇現狀（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，我從來沒有體驗到PG y遇到了目前中國城市的旱澇狀況）。
除了政策、法規、方針以外，早期總體規劃工作都很欠缺，從事海綿城市規劃設計的專業隊伍普遍缺乏城市水文、工程水文的專業知識；缺乏設計暴雨的知識和研究，一個城市在不同設計標準下、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！工程尺寸如何設計？非工程措施如何制定？
4、山洪災害是每年洪澇災害中奪去生命的主要殺手，除了行洪道上違規蓋房、搞建設以外，針對山洪災害特點開展有效的預警預報工作很欠缺，要么花大錢在各地制定基于調查暴雨災害的經驗性質的“臨界雨量”、要么沿用大江大河的洪水預報方法來預報山洪，實際上是沒有效用的；這可都是“學者”研究出來的（這里有沒有我們海外學者的“貢獻”，我沒有調查，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，是很難預報的。
我給本科生開了一門課，“山洪泥石流預警預報系統（入門）”，學期結束時我總對同學們說，請你們記住三句話：1）我們的目標是預報山洪發不發生，而不在于山洪的過程；2）記住“關鍵的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，參數需要率定，率定需要資料，對于這么小的流域（集水面積），絕大多數都沒有相應的降雨-徑流資料，怎么率定？這么小的集水面積，我們只關心山洪會不會發生？而不關心洪水預報的三要素（Peak，Timing, Volume），說穿了，就是預報凈雨問題； 2） 再準確的預報也應該預留1小時的時間，以便需要時來得及提前采取措施（諸如，疏散、轉移）；3）預報方案作用占一半，責任心占一半。
5、今年的暴雨洪水態勢，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，這些都是工程水文研究的內容：洪水地區組成問題。
6、從防洪減災非工程措施來說，防洪規劃（大江大河洪水、山區山洪、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，原因很復雜，這里不去探討。譬如，工程水文的核心內容水文頻率計算，是防洪規劃（注意，不是預報！）的基本知識和主要工具，可是國內仍然停留在“一點、一線、加雙眼”的水平，即：單點、單時段、P-III曲線、常規矩法目估適線；國外、特別是美國于上世紀九十年代初就全面開展對基于次序統計量的線性矩（L-moments）和地區頻率分析相結合的全新的水文頻率分析法的研究，即地區線性矩分析法，參數估計不偏性好、對特大值的穩健性好、頻率估計值（Quantiles）的可靠性好。
美國NOAA進一步開發了完整的（End-to-end）“地區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個設計時段，涵蓋1y、2y、…、10y、…、100y、200y、500y、1000y等完整的頻率估計值，供聯邦、州、縣三級各類工程建設（Infrastructures）和地區防洪規劃使用。 我的研究又進一步指出：當用年最大值抽樣（Annual Maximum Series, AMS）分析時，常遇頻率估計值偏低，例如：1年一遇應該是1.58年、2年一遇應該是2.54年，…，等等；這將對城市給排水建設造成很大影響。
可是，目前國內的水文（水利）、氣象、海洋、地質等等部門仍然沿用“一點一線加雙眼”的過時的頻率計算方法，在防洪減災領域（譬如國家防辦主導的洪水風險圖編制、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。海外學者涉獵這一領域研究的不多；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，因為頻率計算是工程水文的核心部分、又是水文計算中學術含量最高的內容，現行設計洪水計算規范定死了，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專項研究，“水文氣象分區線性矩法在防洪規劃中的應用”，在北京舉行的結題評審會中受到與會的國內一流頻率計算專家、教授的一致推崇，獲得最高的評分A，露出了一線曙光，估計這一新穎的頻率估算方法有望在國內相關防洪減災的工程設計和海綿城市建設規劃設計中獲得重視和推廣。
7、我寫這么多是想給美華水利協會的同仁提供一點經驗，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、防洪減災措施具有強烈的地域特點，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，要明白，國內有本事有經驗的學者也不少。
1993年籍ASCE在SanFrancisco召開學術大會之際，前輩先進顏本奇、沈學文、范守山教授發起成立美華水利協會時，我就對顏教授說：水利工作的地域特點明顯、實際經驗很重要，若不了解中國國內的實際情況，海外的學者就很難發揮大的作用。顏教授從1981年回國訪問在南京河海大學開講“城市水文”起，就經常回國講學交流，對國內的情況比較了解。（1980年夏，前輩周文德大教授曾訪問河海大學作了PMP講座。）
8、針對國內山洪災害威脅嚴重而山洪的準確預報難度很大，我和我的團隊開發了“三張圖山洪預警預報系統”，即：靜態的山洪暴雨高風險區劃圖（科學基礎圖）+ 動態的臨界河漫灘徑流值圖（缺水圖）+ 動態的衛星-雷達臨界降雨量圖（來水圖），24小時滾動提供作業預警。特別是，第一張圖，已經開發出計算機可視化模塊，為山洪預防開辟了一條比較科學的路子；目前，我的團隊正承擔國家防辦山洪防治中心委托的“山洪災害暴雨高風險區劃關鍵技術及示范應用”課題，涵蓋10省2市。
9、針對氣象災害預防的難點，我和我的團隊發揮我們水文和氣象結合的優勢，又開發了“山洪災害氣象風險預警平臺”，上月初應邀在中國氣象局氣象中心作報告介紹，受到高度贊賞，目前正在籌備進一步合作的計劃。
10、針對海綿城市建設專業隊伍普遍缺乏城市水文和工程水文的現狀，應住建部城建司有關領導的要求，我正在著手籌劃如何在海綿城市建設的規劃基礎工作中加強城市水文的知識，側重城市降雨-徑流情勢知識和城市設計暴雨的工作。我在各種大小會議或研討會上，一直堅持我的觀點：LID只是一種源頭處理改善水質的理念，內涵有限，海綿城市建設高于LID;海綿城市建設是解決中國特有的“水多、水少、水臟和雨中看海”的現狀，應該多學科、多部門協同努力，下水管網設計、城市排澇設計、城市防洪規劃等三方面統籌做好頂層設計，不能“鐵路警察，各管一段”。
并且指出，在排水管網設計中，不應采取簡單的經驗排序方法、而應該采用年最大值抽樣的頻率計算；同時指出，前兩年在全國各有關省市開展的城市暴雨公式修訂的成果是不可靠、無法實用，因為其修訂所依據的理論基礎和技術是過時的、不可靠的。再有，在城市排水管網設計中，由于沒有類似水庫庫容調節，實質上起不了多少削峰作用，所以應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，在國內開展研究工作最大的困難是資料問題：資料收集、處理、質量控制（Data QC），非常、非常之困難，請大家要有思想準備。
12、鑒于今年嚴峻的洪澇災害，我認為目前國內有關部門應該考慮開展以下的應對防洪減災的基礎研究工作（不限于此）：
1）下大決心、大力氣，統合水文局和氣象局的雨量資料，應用“地區線性矩方法”（即，多點、多時段、多線型、線性矩+準則適線）編制全國暴雨頻率圖集，涵蓋完整的設計時段和從1年一遇到千年一遇的設計頻率，提供統一的、國家級別的時-空全覆蓋的暴雨設計頻率平臺，供各行各業（水利、防汛、氣象、城建、海洋、地質等）進行工程建設設計標準和地區防洪規劃使用。這是一項科學含量高、認真細致的基礎工作，也將是中國第一部全國范圍的、比較完整的暴雨頻率圖集，其成果可以穩定二、三十年使用；也將是造福子孫的一件大事。（請注意區別客觀、科學的“設計標準”與因保護對象而人為設定的“設防標準”）
2）編制覆蓋全國的暴雨高風險區劃圖集，涵蓋各種設計時段和設計頻率，分為山區的“山洪災害暴雨高風險區劃圖集”和城市的“城市洪澇災害暴雨高風險圖集”，提供可視化應用平臺，--主要作用是預防。
3）編制全國重點地區的山洪災害氣象風險預警平臺和城市洪澇災害氣象風險預警平臺，-- 主要用作汛期的作業預警預報。
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計、規劃提供科學的依據。以下幾個數字可以看出科學的防洪設計標準（包括頻率計算和PMP估算）的重要性：1991年以來，我國在水庫漫壩失事的事件中，因超標洪水引起的占63%;我國目前的病險水庫約占44%;世界發達國家的核電占有率是70%，而我國目前只有4%左右，可以預見我國將會大力發展核電工程。
我國香港特區政府在這方面做得比較好，我應特區政府土木工程署的委托已經完成24-hr的香港PMP估算研究，目前又在承擔香港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、統計估算；其中最普遍的是暴雨移置法，核心是山區暴雨分割技術，香港土木工程署指定必須采用我于1988年開發的“分時段地形增強因子法（SDOIF）”（WMO No-1045，Geneva，2009）進行東亞地區的暴雨移置。因此，我和我的團隊對于編制全國的概化的PMP圖集還是很有信心。
幾十年來，我國的防洪減災工作取得了舉世矚目的成就，單就保護生命來說，1956年的長江大洪水奪去了3.3萬人的性命，1998年的全國大洪水因災死亡3000多人，今年以來的全國洪水災害造成300人失去生命（根據我個人關注洪災的初步統計，不一定準確），成績顯著。但是，挑戰形勢很嚴峻。我個人認為，以上這幾件大事的完成，將為我國的防洪減災局面帶來新的面貌，變被動為主動，從手工作業水平提高到工業化水平。
美華水利協會也已經走過了二十幾年的歷程，人才濟濟、年輕有為，希望能有更多的青年才俊和年富力強的學者，以各種不同的方式，為中國的水利建設、水資源開發利用、防洪減災等事業做出杰出的貢獻。我也很歡迎諸位先進有機會到南京來，訪問我們學校和學院，交流和指導；我們共同努力，為中國的防洪減災做點實事。
本文是林炳章教授寫給美華水利協會的信函節選。
--林炳章，南京信息工程大學水文氣象學院、應用水文氣象研究院 （寫于Silver Spring，MD;July 30, 2016）
1968年畢業于河海大學，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境研究所進修學習；1985至1989任教于河海大學；1989至今在美國國家天氣局水文氣象設計研究中心任首席水文學家，資深水文學家。2009年10月17日受聘擔任南京信息工程大學應用水文氣象研究院院長。
林炳章教授的研究及其應用涵蓋環境工程設計，城市規劃， 和保險業務等領域。他是美國防洪標準制定，防洪區域規劃研究的一位主要領軍人和承擔者。
來源：水進展微信
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