气候变化，城市排水模式变革的动力
当前，城市化进程飞速推进，复杂的基础设施不断建立，人为气候变化改变着降水类型，这一切均导致了洪涝灾害的发生。同时，由于全球众多地区降水量日益下降，严重影响了水库蓄水量和管理方式，因此，也从另一方面造成了众多城市对上述洪涝灾害的承受力每况愈下。频繁的高强度降雨经常会在城市引发洪涝难题。为保证今后城市的宜居性，应结合其他目标，更加积极地开展研究并实施城市排水基础设施的优化工作。
城市洪涝风险不断变化
过去150年间，排水系统已越来越成为城市不可或缺的组成部分。通过在饮用水与污水之间搭建健康屏障，人类健康保障获得大幅提升。同时，为应对人口增长以及由此生成的社会经济状况，城市土地使用状况也发生着巨大变化。为了适应环境变化，已经增强城市对水污染的控制，城市排水系统的设计者和管理人员应加强地表透水性，缩短城市集水区的响应时间，以有效解决暴雨流量和速率超过现有排水系统处理能力的状况。使现在排水系统的处理能力适应暴雨积水排放流量。气候变化会对降水与气温造成不确定性的影响。由世界气象组织和联合国环境规划署共同成立的政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第四份评估报告中称，20世纪末全球极端暴雨频发最有可能是由气候变暖引起的。根据气候物理学，一般来讲随着全球气温上升，大气持水能力明显加强，降雨强度短时变化也会因而会增多。
为了评估气候变化对城市极端降雨、城市水文和城市水利的影响，国际水协会（IWA）国际城市降雨工作组（IGUR）联手国际水利工程研究学会（IAHR）出版了一份对现有评估方法与结果的最新评论报告。新书同时关注这些现有方法的局限性和误区，这对城市排水的研究者来讲是非常重要的。此外，针对研究人员经常会遇到的，关于如何评估和适应气候变化对城市排水设施设计和管理的影响的相关问题，这本书也做了特别探讨。
气候变化的影响
很多城市的排水系统在气候变化面前都非常脆弱。在全球很多地区，气候趋势造成这样的状况：高强度的极端降雨发生更为频繁，但是季节性降雨总量成下降态势。以夏季的中欧和南欧为例，虽然整个夏季的降雨天数明显减少，但是从平均数据来看，每次降雨的强度都要更大。这样的状况使降雨排放量的变化性增大，并导致了洪水频发和可用水资源的减少。
从往年历史控制期（1961- 1990年）至2100年间，城市水文刻度较小处的降雨强度在10%-60%间波动。由于洪水和溢流情况是因超出径流或污水流量阀值而产生，并对高度非线性降雨量（变化）做出反应，因此，洪涝与河流污水溢流的相应频次和溢流量会根据系统特性，在0-400% 范围内变化。季节性降水量出现降低也会引发众多难题，如干旱期沉降速度较快、初期冲刷间污染浓度上升、污水管腐蚀、水质恶化、异味、污水处理厂的生物量控制，以及污水管内硫化物生成量增加等等。
对气候变化带来影响的预测和评估
我们必须意识到由于气候模型物理学以及今后温室气体排放均存在不确定因素，而气候模型输出与城市水系之间也存在比例差，未来气候变化预测存在较强的不确定性。因此，在解释气候变化情形和建模结果影响情况时，应慎之又慎。如考虑多个气候作用力情形、气候模型、初始状态、统计降尺度设定与技巧，冲击模型时，采用整体法应允许每个待评方面的相关不确定性存在数量级。同时，还须认清的是，由于模型同流程理解程度，甚至是参数化方案及代码保持一致，因此，气候预测值的总体不确定度可能高于整体模型所呈现的数值。但无论采取何种方法，随之而来的变化无法用确切数字呈现，只可表示今后变化的预测量级。尽管众多研究创新成果如雨后春笋般涌现，但未来几十年间，不确定性会依然存在。不过，高度的不确定性不能成为我们在城市水资源管理过程中，延迟履行气候变化责任的理由。
寻找更为可持续的方法: 气候变化动力因素
很多发展地区已意识到城市设计规划过程急需采用更为可持续的方法。现在，世界很多城市的基础设施更新率仍然较低。但是为了应对不断老化的管道网络，人口增长和气候变化，这种状况需要在未来得到改变。同时，我们需要考虑到管道末端处理解决方案可能对城市生态系统造成的环境压力，我们需要改变现有的城市设计理念，找到更加自然的城市排水方法，并且建设“蓝色-绿色”雨水处理设施。另外，将道路和公园纳入城市排水系统的设计也越来又有必要。这种思路虽然在欧洲一些地区刚刚出现，但在热带地区已经是十分常见的；而且在澳大利亚，雨水收集已经快速变成当地的主流处理方式，成为了寻找创新性解决方案的动力。
传统的城市设计方式往往是静态的，经常只是按照设计院提供的图纸来操作，缺少公共讨论，可行性分析和设计标准优化等环节。面对气候变化引发的不确定性，对城市水系统的设计需要变得更为灵活和多元，这和传统的工程方法相比有很大的不同。在生态领域存在很多的不确定因素，但这些不确定性也会激发人们寻找新的解决方案。这个过程需要多个领域的合作和努力，以满足各个利益相关方的不同需求，而研究人员、管理人员、工程师、产权人及使用方、承包商、城市及绿地规划方、社会经济学家和政治家在这其中都扮演着重要角色。
气候变化带来的降水不确定性促使我们去思考如何优化城市排水系统。传统的静态工程设计模式已经无法适应现在的需求。我们需要的不仅仅是对过去150年间所采取的方案的技术升级，也应该包括对城市排水理念的重新评估。通过搭建和维护生态健康屏障，使城市能和水在更加良好，环保，和经济的模式下进行互动。而污水管道系统将作为包含收集，储存，使用，循环，回用等不同方面的更为健全的城市水基础设施的一部分，更好地服务于民。
Impacts of Climate Change on Rainfall Extremes and Urban Drainage Systems
Publication Date:14/09/2012
ISBN13:9781780401256
eISBN:9781780401263
Authors:
Patrick WILLEMS, University of Leuven, Hydraulics division
Jonas OLSSON, Swedish Meteorological and Hydrological Institute
Karsten ARNBJERG-NIELSEN, TechnicalUniversity of Denmark, Department of Environmental Engineering
Simon BEECHAM, University of South Australia, School of Natural andBuilt Environments
Assela PATHIRANA, UNESCO-IHE Institutefor Water Education
Ida BULOWGREGERSEN, Technical Universityof Denmark, Department of Environmental Engineering
Henrik MADSEN, DHI Water & Environment, Water ResourcesDepartment
Van-Thanh-Van NGUYEN, McGill University, Department of CivilEngineering and Applied Mechanics
本文摘译自国际水协会会员杂志《Water 21》
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