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夏军:逆水行舟勤作桨 研无止境需为岸
——记中国科学院院士、武汉大学教授夏军

作者:□ 郑莉颖 刘 佳  来源:科学中国人  发布时间:2018-12-27

导读:  与水同行、厚积薄发,40年如一日,奋斗不息。如今的夏军势头不减,立足国家重大需求,聚焦国际前沿水安全问题,把“水事业”做得更大,助力全球可持续发展稳健前行。

  ——记中国科学院院士、武汉大学教授夏军


  □ 郑莉颖  刘 佳
  
  
  

 

  
  接受采访的1个小时前,夏军还在有条不紊地整理两天后参会的演讲报告,在他看来,一年365天几乎没有歇息的时候。多年来的高强度工作也让他把做事效率看得极为重要,“一个人一生也做不了几件事,把时间握紧,能够扎扎实实将一件事做好已经很不容易”。
  几十年只为做好一件事,夏军的这件事恰好与水紧密相连。
  1985年,他成为了我国自主培养的首位水文学及水资源专业博士;2003年—2009年期间,他将中国人的水文研究面向世界,成功当选国际水文科学协会(IAHS)副主席和国际水资源协会(IWRA)主席;2011年,获国际水资源管理杰出贡献奖;2014年,获国际水文科学领域最高奖“国际水文科学奖-Volker奖章”,是1981年该奖设立以来第一位获奖的中国学者;2015年当选中国科学院院士;2018年获2017年度国家自然科学奖二等奖......与水同行、厚积薄发,40年如一日,奋斗不息。如今的夏军势头不减,立足国家重大需求,聚焦国际前沿水安全问题,把握水文学复杂性机理与生态文明建设关系。他将径流形成与转化基础理论拓展到水安全问题实践当中,把“水事业”做得更大,助力全球可持续发展稳健前行。
  夏军发展的非线性时变系统水文学途径,推动了社会经济可持续增长引擎的水资源管理的水文科学基础研究。
  ——翻译自夏军2014年国际水文科学奖的颁奖词
  2017年度国家自然科学奖二等奖授予“流域径流形成与转化的非线性机理”项目团队,再一次证明了水文学研究的重要价值。但对于该项目领头人夏军来讲,所有积淀的成果并不是为了奖章,而是要将理论作用于实际生产,把水文机制认识和应用推广到更大范围,解决我国经济社会可持续发展面临的水安全关键性问题。也正是抱着这样的想法,他面向国家需求,将传统工程水文学研究转向生态水文学,将江河流域水文学扩展到城市水文学、全球水文学研究与实践,解决都市水文、全球变化、水生态文明建设面对的科学难题。
  例如,从基础层级来看,城市作为一个完整的高人口密度居住运行系统,不可避免要面对各类水安全问题。特大暴雨造成的城市内涝,暴雨冲刷淋洗以及生活垃圾导致的河道堵塞、水体黑臭,城市发展与扩张挤占有限生态空间而导致的河湖萎缩......近30年来,我国城市化进程不断加快,各种类型的城市病也越发严重,致使水灾害、水污染频频现身。例如,2012年北京市“7·21”特大暴雨造成79人死亡,上百亿元经济财产损失;2016年武汉特大暴雨757万人受灾,直接经济损失23亿元;长江经济带11个省市黑臭水体达到928个,占全国的44%
  触目惊心的数据不断提示着解决水安全问题的紧迫性和重要性。那么,城市究竟为何病了,城市内涝、水体黑臭、湖泊萎缩的症结又在哪里?归根结底在于城市发展建设与水安全问题解决的不适应、不融合、不同步。
  水安全不仅是防洪安全,还涉及供水安全、水质安全和水生态安全等。“现在的城市小区及管网设计和排水系统设计遵照的基本是线性理论体系,例如,取均化的平均径流系数,对于径流形成的暴雨强度、下垫面硬化和前期底水多少等非线性影响因素重视程度不够。”夏军一针见血地指出问题关键所在。他强调,不同时期的暴雨强度、城市下垫面土地利用类型以及城区内外湖泊初期底水及蓄水量状态都会对城市排水、径流形成造成影响,而这些影响恰恰是非线性的,是目前建立平均态线性体系极容易忽略的。所以不管是城市干旱灾害还是暴雨灾害,实际的严重程度往往超出分析预计得到的结果。同时,由于暴雨冲刷,城市垃圾经水流对周边土壤及河道造成面源污染,也成为阻碍城市河湖健康和可持续发展的一大元凶。
  为此,夏军提出应该着重加强薄弱的城市水文学基础研究,倡导城市水循环系统一体化建设。“过去大家都习惯各司其职,水利、环保、园林等部门各管一块,形成了‘岸上不管河里,河里不管岸上’的不合理局面。现在城市建设一体化,应该将各个涉水及水环境水生态部门协调到一起,将城市景观水质、市政管理和生活用水管理综合规划。”
  这些“城市病”的核心在于城市的水问题。因此,在海绵城市建设过程中,城市的水问题应该引起各方的重视。城市水问题产生原因导致以城市水问题为核心的“城市病”的原因有多方面,其中城市化的水文效应是重要原因之一。
  国家关于推进海绵城市建设的部署,为彻底改变我国城市建设工作提供了战略性的发展机遇。但是我国海绵城市建设过程中存在许多挑战性的问题。
  ——夏军等,《中国海绵城市建设的水问题研究与展望》
  近年来海绵城市的建设取得突出成效,但同时暴露出一些亟待解决的问题。例如,如何进一步加强海绵城市建设的系统思维,尤其在源头控制、施工运维、标准规范等方面全面推进?
  夏军通过多年的观察与实践,结合水文学理论机制,从城市水系统模拟到水文效应评估等关键技术、源头工程规划设计等方面出发,提出了因地制宜开展技术和建立适用于本地的海绵城市建设成套技术体系等措施。“我们可以吸收国外城市建设雨水管理的先进经验和技术,但中国人口多,城市发展速度快,面对的难题多,不能一刀切。需要根据不同的地域特点加强本地降雨径流特征、下垫面渗透特性和雨水径流污染规律等分析,避免工程设施与实际情况脱节......”除此之外,经过精准的数据计算,夏军还指出海绵城市建设现行的总径流控制率等考核指标有较好基础,但针对径流形成的原理还有待完善。为此,他进一步优化了面向城市化问题的年径流总量最大控制率关系,为后续的统筹规划提供了更为精确的理论指导。
  作为水问题研究领域的先行者,夏军积极展现引领风范,不仅在2017年提出了城市水循环及水系统再认识5.0版本,构建了多尺度水循环联系的城市水系统科学体系,还明确了实现海绵城市发展的技术途径,为海绵城市建设应用基础研究与创新、改进海绵城市建设规范等谋划出清晰的格局,将城市水循环系统认识提升到新的高度。身为学术带头人,他积极推动和成立了武汉大学海绵城市研究中心,并担任武汉市城建系统海绵城市专家委员会主任,与各级部门组成的专家组共同研讨海绵城市规划方案。本着加强研究成果转化与学术交流的原则,他还组织举办了多届全国智慧海绵城市论坛,并利用院士工作站等形式扩大推广范围,促进海绵城市建设的技术发展。
  我国是一个长期面临水资源短缺、水旱灾害、水污染和水生态等多方面水问题的发展中国家。随着我国经济社会的发展,水安全问题愈来愈凸显,其中不仅有保障水资源需求的供水安全、减少水灾害的防洪安全,还有日益突出的水质安全、水生态安全以及与跨境河流联系的国家安全等。
  ——中国科学报《夏军:直面变化环境下水安全问题》
  从城市水管理走向流域水发展,乃至面对全球化的水问题,是水研究的必然趋势。
  作为气候变化对中国东部季风区水循环及大江大河流域水安全影响与对策的原“973”项目首席科学家,夏军组织团队通过多年研究与实践,阐明了一系列新发现:在气候变化对水资源影响的变化中,自然变率贡献平均约占70%,气候变化贡献占30%,但现行水资源规划未考虑气候变化的影响;水文极端事件的发展态势增强;流域水资源的脆弱性增强......气候变化引起的新的水安全风险迫切需要引起关注,并提出适应性对策对流域水资源进行管理。基于全面布局的考量,夏军带领团队贡献了诸多应用基础的理论。这些成果应用到南水北调中线适应性管理、全国流域水资源规划、雄安新区水安全的重要风险应对及城市规划等工作当中,发挥了重要的影响与科技支撑作用。
  作为国际水资源协会主席的夏军,对世界水问题的严峻性有深入的了解。他所参与的国际团队通过深化水与人类未来全球水安全的研究,认为:当前受到最高量级水资源压力(大于40%)的陆域面积已占到全球陆地总面积的30%,到2050年,这个数据还将攀升到50%。简单来说,这就意味着变化环境下全球可使用的水资源将面临严峻的挑战,水资源短缺,供水、水质、生态环境和防洪不安全问题与风险会更加凸显、迫切,亟需采用适应性的对策与措施。
  “面向国家‘十三五’水安全战略和更长远的水安全保障的战略规划,无论是全球还是我们国家,将不得不思考和应对来自不断变化环境下的水安全需求问题,并探索它们背后的科学问题。”立足自身学科发展基础,夏军认为非线性水文定律、城市水循环系统再认识5.0版本和全球水系统理论与方法可以进一步发挥作用,解决全球变化与水管理、水与环境健康、水与城市化等挑战性问题。
  在未来,强化智能化综合水系统监测,建设雨水和控污等综合性的对策与措施,系统调控平台及海绵城市管理综合评估体系夏军的水科学梦仍在砥砺行进,照亮现实。
  

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