科技日报记者 付丽丽
6月1日，我国南方全面进入主汛期。据水利部研判，今年水文气象年景总体偏差，涝重于旱，局地极端暴雨洪水偏多，长江、海河、珠江等流域可能发生较大洪水。加之夏秋季将形成中等及以上强度厄尔尼诺事件，极端天气趋多趋强态势进一步凸显。
面对严峻的防汛形势，科学精准的洪涝预报预警至关重要。中国工程院院士、南京水利科学研究院科技委主任张建云日前接受科技日报记者专访，结合其数十年的研究实践，深入解析科技如何助力有效应对极端暴雨洪水。他指出，构建由气象卫星、天气雷达和测雨雷达网、雨量站网、水文站网及预报模型构成的雨水情监测预报“三道防线”，是当前科学防御极端洪水、提升防灾减灾效能的关键之举。
暴雨洪涝突发性、极端性、反常性增强
记者：气候变化对我国的水文情势，特别是暴雨洪涝情势带来了哪些深层影响？
张建云：我国是全球气候变化敏感区和影响显著区，升温速率明显高于全球平均水平。大气热力、动力条件发生改变，最直接的影响就是暴雨洪涝的突发性、极端性和反常性显著增强。这突出反映在三个方面。
一是“破纪录”极端强降雨越来越频繁、强度也越来越大。大气饱和水汽压随气温升高而增加，更易触发短历时、高强度暴雨。比如，2021年郑州“7·20”特大暴雨刷新我国陆地小时雨量纪录；今年湖南、广东等地更出现24小时雨量超350毫米乃至超千毫米的极端事件。
二是降雨格局发生了偏移。受海陆热力差改变影响，雨带明显北移，传统上干旱半干旱的北方地区成为新的暴雨中心。2023年海河“23·7”流域性特大洪水、2025年北京密云“一天下了一年的雨”等现象，都打破了人们“北方少雨”的传统认识。
三是台风强度增强，且路径有北漂趋势。全球海温升高导致登陆台风数量趋减，但强度明显增加，台风季节提前，影响范围向北扩展。从“杜苏芮”到“卡努”，都给高纬度地区带来了前所未有的台风暴雨灾害风险。
记者：如此巨大的变化给防洪减灾工作带来了不小的压力与挑战。
张建云：是的。我们面临的最直接的压力是暴雨洪水预报预警难度显著加大。极端暴雨定量预报本身就是世界性难题，随着极端暴雨更频更强且突发性、反常性凸显，山洪、中小河流洪水乃至区域性洪水的精准预报预警难度进一步提升。
同时，暴雨洪水的极端性、反常性打破了水文的“平稳性”和原有统计规律。以前我们设计堤防、水库等防洪排涝工程时，是根据历史水文数据进行外推，假设洪水发生的规律总体稳定。现在极端洪水出现的频率大大提高，同样一座按“百年一遇”标准设计的工程，面对新的风险形势，其实际防御能力就相对下降了——这其实是设计标准“相对变低”了。同时，工程体系的薄弱环节也被放大，以往风险较低的地带也可能遭受较大冲击，这考验的是防洪体系的整体作战能力。
除了预报预警和工程设施挑战，防洪管理体系自身还面临多重考验。首先，防汛管理长期积累的“经验”可能不再适用，容易导致准备不足甚至误判。其次，旱涝急转等复合极端事件增多，考验管理体系的综合应变能力。再次，极端暴雨洪涝时空随机性增强，这就要求防洪体系长时间高负荷运转，还得同时应对多个方向的险情。
记者：那我们应如何有效应对这种变化环境下的极端暴雨洪涝风险？
张建云：必须从三个方面系统构建现代化洪涝灾害防御体系。第一，完善防洪总体布局与工程体系。根据暴雨洪涝新情势优化布局，合理安排洪水“去向”和“出路”——简单说，就是哪些地方可以用来蓄洪、哪些地方需要加强防守，要兼顾常规与超标准洪水防御，增强洪水防控主动性。第二，提高水文监测预报预警能力。打造由卫星、雷达、地表站网构成的现代化水文监测感知网络，构建高性能洪水预报模型与业务平台，实现延长预见期与提高预报精度的统一，完善暴雨洪水预警机制。第三，完善洪涝灾害防御工作体系。建立统一高效的防洪调度指挥和决策支持机制，健全责任落实机制，制订超标准洪水防御预案，强化应急救援体系，提升社会韧性。
统筹防洪减灾与水资源利用
记者：您曾提到，气候变化加剧洪涝风险的同时，也加剧了水资源短缺矛盾。如何将防洪减灾与水资源利用统筹起来？
张建云：气候变化加剧了我国水资源时空分布的不均匀性。数据显示，从1980年到现在，我国西南到东北方向存在一条降水减少带。我国缺水的北方地区，如海河流域、黄河下游、辽河流域以及山东半岛等降水显著减少，水资源供需矛盾进一步激化。
因此，必须在防洪减灾的同时积极推动洪水资源化利用。这正是水利部提出的“洪水控制、洪水利用、洪水塑造”三位一体理念。洪水控制是基于精准水情雨情预报进行科学调度，最大限度地降低风险与损失；洪水利用是在保障安全前提下，将洪水转化为生活、生产、生态的补充水源；洪水塑造则是通过自然或人造洪水修复，维护河湖水系结构与生态功能。
要真正做到这三点，需要从几方面一起努力。要加快国家水网建设，提升调蓄与利用能力；加强现代化水文气象监测预报，延长预见期、提高精度，支撑科学调度；完善相关法规政策与技术规范，为三位一体管理提供制度保障。我国“旱涝并存”特征突出，必须要把防洪减灾与洪水资源化两项工作统筹起来，而现代化的监测预报体系正是这一切的基石。
记者：您特别强调雨水情监测预报“三道防线”建设，这套体系的核心是什么？
张建云：核心就是把防御关口前移。过去我们做洪水预报，更多是“雨下到地面、河水涨起来以后再判断”。现在则不同——通过卫星和雷达看云中雨、雨量站看落地雨、水文站和模型看洪水演进，更早识别强降雨落区、量级和移动方向。然后，把这些实测或预报的降雨数据，转换成河道的水位、流量，以及哪些地方会被淹没、风险有多高等具体信息。这样整个防汛的思路就变了——从“被动抢险”变成了“提前预报、提前调度、提前应对”。
记者：在近几年的极端暴雨防御中，“三道防线”发挥了什么实际作用？
张建云：发挥了很明显的作用。雷达和地面站网配合起来，能更好地捕捉到局地强降雨，减少漏报。在降雨还没完全落地的时候，就能对山洪、中小河流洪水和城市内涝做出预判，相当于延长了预见期。另外，它还能支撑精细调度，给水库提前泄洪、堤防巡查、蓄滞洪区准备和人员转移等争取宝贵时间。
记者：“三道防线”是否仍有短板？
张建云：目前“三道防线”确实还存在一些感知短板。主要集中在监测盲区和极端条件可靠性上。中小河流、山洪易发区站网密度仍然不足，存在大量监测空白。遇到超标准洪水时，监测设备容易毁损失测，一旦遭遇断路、断电、断网这“三断”的情况，水文信息传输就可能中断。此外，泥沙含量、流量等关键要素的完全在线自动化精准监测，在很多站点仍难以实现。这些都是“十五五”期间亟须攻克的重点问题。
记者：从“降雨”到“洪水”的转换充满不确定性。要提升预报精准度，瓶颈主要是什么？
张建云：多尺度、多过程的复杂耦合是一个很大的问题。极端暴雨，尤其是短时、局地、突发性强的降雨，落区和强度预报难度很大。同样的降雨落到不同流域，受地形地貌、前期土壤湿度、城市化程度、工程调度等影响，产流、汇流过程可能天差地别。再加上山洪沟和城市管网的高精度基础数据依然薄弱，模型的模拟能力受限。正因如此，我们不能仅仅依赖历史数据训练模型，必须将物理机理与人工智能深度融合，让模型在面对“破纪录”事件时，具有更强的物理约束和泛化能力。
预警不能只停留于信息发布
记者：当前城市洪涝防御最突出的短板是什么？
张建云：防御工程标准偏低、监测预警体系不完善、应急管理能力有待加强、群众防灾减灾和避灾意识薄弱——这是最突出的四个短板。极端暴雨下的城市洪涝往往会演变成复合灾害：河流洪水、城市内涝、山洪滑坡、地下空间倒灌、电力通信交通等生命线工程中断瘫痪，各种灾害叠加在一起。
记者：复盘历次重大城市洪涝灾害后，您提出韧性城市建设是出路。关键要从哪些地方入手？
张建云：首先要明确一点——韧性城市不是说要把城市修得“永远不淹”，而是要确保极端暴雨洪涝来临时，风险可预判、洪水有出路、生命线工程能正常运行、人员少伤亡、城市能快速恢复。
具体抓手有以下几个。
坚持空间均衡，给洪水以出路。在城市规划和更新中，要加强管网和应急行洪通道建设，保护好河湖湿地和调蓄空间，形成“排、蓄、滞、渗、避”相结合的综合体系。
强化工程体系建设。城市排水、内河除涝、流域防洪必须达到国家修订后的标准要求，上下衔接、相互匹配，补齐防御工程短板。
数智赋能，闭环管理。建设高标准水文气象监测站网，加快数字孪生流域建设，构建精细化数智预报模型，加强水文气象交叉应用，延长预见期、提升预报精度。
最关键的一点是，把预警真正变成行动。暴雨红色预警不能只停留在信息发布层面，必须要与停课、停工、停运、交通管制、地下空间关闭、人员转移等具体的管理措施联动起来，用智慧化手段打通从监测预警到行动落实的“最后一公里”，真正实现人员少伤亡、经济少损失。
记者：您带领团队开发的“安澜”专业化预报模型系统，已在广东台风防御和密云水库调度中发挥了积极作用。它的核心创新点是什么？
张建云：“安澜”系统的核心创新在于，它是面向水灾害防御全业务、全链条、全体系需求构建的专业化预报模型系统，由数据资源基座、通用模型平台和业务应用系统组成，能够推动水灾害防御从单一灾害应对向综合统筹防御转变。
在数据层面，这一系统在数据层面汇聚了多部门、多流域、多区域的数据，通过多源异构数据融合治理，形成了标准化、多维度、可共享的数据底板；在模型层面，以专业机理模型为主体、智能模型为补充、可视化模型为载体，实现了预报、预警、预演、预案一体化支撑。
记者：在人工智能、数字孪生等新技术的赋能下，我国洪水预报能力近年来取得了哪些关键突破？
张建云：可以说，实现了从“经验研判”向“数字推演”、从“单点预报”向“全流域映射”、从“灾后应对”向“提前防控”的转变。
大江大河洪水预见期和预报精度都大幅提升，我国洪水预报技术已处于国际领先水平。特别是在山洪与中小河流预报、流域洪水调度、城市洪涝预警、风暴潮预警、干旱分析等方面，系统支撑能力不断增强。“安澜”系统已为密云水库调度、淮河防汛、城市内涝防御等提供了重要技术支撑，发挥了显著的经济社会效益。
记者：相关部门应怎么加快构建“三道防线”，更好地支撑洪涝灾害防御？
张建云：防灾减灾，关键在于关口前移、风险防范。
我建议在“十五五”期间重点推进四项工作。一是加快完善国家水文站网，在暴雨洪水集中区、中小河流及山洪易发区推进测雨雷达组网与地面站加密。二是按“全要素、全量程、全自动、全天候”标准改造国家基本水文站，确保“三断”条件下“测得到、报得出”。三是推动预报范式转变，坚持机理与人工智能双驱动，深化“三道防线”耦合贯通。四是加强业务平台建设，提升数据治理、共享与智慧化服务水平。
最关键的是加大投入。我国水文领域历史欠账较多，当前资金与数智化转型和现代化目标相比仍有较大缺口，各级政府应充分认识水文的公益性和基础性作用，切实保障“十五五”期间水文建设与运维管理资金需求。
致青年科技人才
从事水文工作40余载，我有幸亲历了我国从传统水利迈向现代水利的壮阔征程。水文学，既是探索水循环自然规律的基础科学，也是关乎防洪、供水、生态与粮食安全的应用科学。年轻人选择这个领域，既能深耕基础研究，又能服务国家重大战略，可以说肩负很强的使命。在此，我送上三点希望。
第一，敬畏自然，求真于野。水文研究根植于大自然，要走进流域、观测现象、重视实验，在假设与验证中揭示水循环的新机制，形成对水文过程的新认知。
第二，拥抱变革，交叉创新。水文学是服务国家战略的应用科学，研究者要学习新技术，注重学科的交叉。水文学研究者也须主动融合遥感、地理信息系统、大数据、数字孪生和人工智能等技术，赋能水文感知、预报预警与智能调控，让实用技术发挥更大效益。
第三，扎根基层，甘于奉献。水文研究是面向生产实践的基础工作，从事这项工作，要有吃苦耐劳的精神、严谨扎实的作风，更要有服务社会、守护江河的热情和使命感。
——张建云
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