侯精明 给城市内涝“把把脉”
2024-08-19 00:00:00梁伟
中华儿女 2024年8期
2012年7月21日，北京遭遇61年一遇的特大暴雨；2021年7月，郑州遭受特大暴雨；2023年7月，河北遭受了历史罕见的特大暴雨洪水灾害……每年七八月份，我国很多地区都经受着暴雨的考验。小区变成“海景房”，商铺变成“游泳池”，酒店变成“污水塘”，仓库变成“黄泥湾”等新闻屡见不鲜。治理城市内涝、提升城市排水防涝能力，不仅是事关民众财产安全的民生工程，也是关乎建设宜居、韧性城市的发展工程。
中国青年科技工作者协会理事、西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室教授侯精明是一位专治内涝问题的“城市医生”，当城市出现内涝时，他带领自己的团队通过技术和设备，诊断出积水原因，然后“对症下药”。多年来，侯精明一直带领团队成员开展洪涝灾害防控和海绵城市建设等方面的研究。
侯精明说：“强降雨导致的城市内涝，不仅会造成交通瘫痪、财产损失，甚至有人因此失去生命。城市和人一样，也会‘生病’。我要努力做的就是为城市内涝积水问题‘把准脉’，‘开药方’。”
“我想看看县城以外的世界”
1982年，侯精明出生于河北省张家口市怀安县，父母都是面朝黄土背朝天的农民。他儿时最大的愿望就是能够走出家乡，看看县城以外的世界，所以侯精明一直拼命努力学习，他坚信只有知识才能改变命运。在高考填报志愿的时候，他选择了西北农林科技大学（简称“西农”）的水利水电工程专业，该校是西北主要水利人才培养基地之一。
2001年9月，侯精明生平第一次走出怀安县城，来到了陕西西安。谈起对于西安的最初印象，他说：“自西周开始，西安便成为中国的都城，至今已有3100多年的建城史，见证了十七朝兴衰往事。在千年间的日月更迭里，秦阿房宫、汉未央宫曾伫立于此，帝王之都留下的岁月痕迹构筑了这座城市的气质，所以刚踏上这片土地的时候，真有那种‘不敢高声语，恐惊天上人’的感觉。”侯精明回忆，“对于当时的我而言，所有看到的、听到的都很新奇，很多都是未知领域，需要我去探索，因此特别有激情。当然最开始，对于西安偏辣的食物还是望而却步，不敢轻易尝试。”
西农有南、北两个校区，学校历史悠久，北校区的地标建筑是赫赫有名的三号教学楼，当年抗战时期战争遗留的弹孔至今还在墙上。位于杨凌的南校区周边环境极其安静，鸟语花香、绿树成荫。在这里，侯精明生活学习了整整七年，在开阔眼界的同时，众多学识渊博的专业课老师的授课，让他打下了扎实的理论基础，“无论哪位老师，但凡学生有学术上的难题，他们都能给予耐心详尽解答。”
秉着西农初心——树德务滋、树基务坚，背负西农的使命——民为国本，食为民天，侯精明一直在成长，他感激这一路上众多老师的帮助和教诲。硕士研究生期间，一位老教授曾对同学们说：“你们中将来有人可能会选择出国留学，我希望你们完成学业后能回来报效祖国。”这句话便牢牢刻在了侯精明的脑海里。
2008年10月，侯精明获得公派留学德国柏林工业大学攻读博士学位的机会，这也是他第一次走出国门，看到了外面的世界。在德国，除了上课和在实验室工作，他所有的时间都在图书馆查阅文献和资料，潜心于水动力模拟、水灾害管理、城市水利等领域的研究。当时侯精明重点关注的就是导师所著的《地表环境水过程模拟》，很难想象，那样的学者用尽毕生精力，只写了这一本著作。在侯精明看来，这或许就是德国人严谨的学术态度。为了读懂这本书，他用了三年时间，这本书深入浅出，从最基本的编程，到基础物理原理，一步步实现水流模拟，让侯精明受益匪浅。
侯精明表示：“老师的这本著作为我日后的工作打下了坚实的基础。德国科研工作者的严谨尤其值得我们学习。实验中遇到误差，他们一定要剖析到底。他们团队协作能力也很强，各个成员之间也基本上无缝对接，所以工作效率很高。”
在德国的五年，侯精明主要从事模型开发，最后博士论文也是地表水动力过程数值模型，这个论文还获得了柏林地区的优秀博士论文，得到了导师的高度评价。即便获得如此优异的成绩，他自己明白虽然模型已基本成型，但是运算速度需要进一步提升。
“比如灾害预报，如果算得够快，提早1小时预警，那么灾害的应对能力就有量级式的提升。”为了完善成果，在导师的推荐下，侯精明进入英国纽卡斯尔大学土木工程和地球科学学院，从事洪水模拟的博士后研究。恰恰是这三年时间，他学会了当时全世界最先进的GPU运算方法，大大提高了模型运算速度。
2016年，侯精明完成博士后研究，放在他眼前有很多机会，而且有公司给出了不菲的薪酬待遇，但是侯精明没有丝毫犹豫，义无反顾回到了祖国。
“那时感觉老师说的话一直在耳边循环，或许那就是祖国的召唤。我们学成一套技术体系，在国外应用的空间不是很大，可是国内就完全不一样。”侯精明说，“在发展中国家向发达国家过渡的过程中，倘若发展过快，伴随着的副作用问题必然出现，城市内涝就是不可避免的问题之一。当时我看到国内一些城市存在雨季内涝的现象，就特别想用所学知识，尽一份微薄之力。”
“我们必须逆向而行、迎雨而上”
2016年7月，侯精明回到了熟悉的西安，成为西安理工大学水利水电学院的老师。选择在这里工作，原因很简单，西安理工大学的水利水电工程专业有着悠久的历史和深厚的学术底蕴，水利工程作为国家级重点学科，拥有一批高水平的教授和学者，近年来，水利水电工程在科研和实践方面都取得了显著的成果。侯精明认为在这里，可以实实在在做自己想做的科学研究。
回国之后，侯精明的科研重点还是“水灾害防控和城市水利”。经过多年研究，他带领团队研发出智慧雨洪管理系统。该系统诞生的背景很简单，城市突发大暴雨，倘若有几十处低洼区域，这场强降雨能造成几处内涝？毕竟人力和物力有限，不能浪费资源，更何况危机中也没有那么多时间。
智慧雨洪管理系统就是依据气象预报进行积水预报，根据降雨和积水实时监测数据，实现预报预警和智慧调度，其中的核心就是模型算法。在侯精明眼中，智慧雨洪管理平台就像一辆车，模型算法就是车的发动机，给它一个数据支撑，这个平台就可以智慧化决策。
这个研究很快在现实中发挥了作用。2022年，侯精明牵头开发的智慧雨洪管理平台在西咸新区秦汉新城交付，当年7月，西安市气象台发布暴雨黄色预警信号，据此信息，管理平台及时启动突发暴雨内涝预警功能，并通过在辖区内布设的小型气象站、水位计及流量计对降雨量、水位及流量进行实时监测。经过比对，预报结果与实际情况基本吻合，为当地内涝管理部门提供了决策依据。相关单位及时跟进开展工作，使得涝情得以快速缓解，充分检验了智慧雨洪管理平台的功能。
“我们将分析数据及时提供给政府相关部门，从而更科学、有效地应对城市内涝灾害。”侯精明表示，“建立智慧雨洪管理系统，需要几年时间，第一个阶段要现场搜集资料，比如在秦汉新城搭建智慧雨洪管理系统，我们用了近1年的时间。有些资料根本没有，需要去现场进行调研，比如勘测地形、探测管网等，建立涝情数据库、建立模型算法的实际验证过程需要更长的时间。”
因为需要现场搜集资料，每逢大雨来临，街上行人都往家里跑，侯精明和他的团队成员却总是向外冲。就像秦汉新城项目，当年暴雨一来，团队成员就收到了他的紧急通知。尽管还在假期，但是在现场，负责软件、硬件、收集数据的所有人都准时出现，有的人衣服都被浇透了，但是脸上依然带着笑容，那一刻，侯精明特别感动。
“在暴雨中工作当然辛苦，但采集到了主要积涝点的面积、深度、历时等一手数据，就是最好的回报。”侯精明说：“这就是我们的工作，典型暴雨不容易遇到，尤其是大暴雨，可能得等几年。所以很多时候必须逆向而行、迎雨而上。”
“我理想中的健康城市就是‘海绵城市’”
针对近年来多地出现暴雨内涝的情况，侯精明分析，在一些城市化进程较快的地区，由于硬化面积占比大，不仅会减少下渗水量、增加地表径流，还因硬化的地面导致汇流速度更快，极易在地势低洼路段和下穿通道形成内涝积水；部分管网排水能力不足，汇入雨水下排不及，有的地段被雨水冲刷来的树叶、生活垃圾等堵塞了雨水口；不少城市片区排水管网系统雨污合流，污水中的垃圾容易堵塞管道，加上维护不及时，导致管网淤积……
当然，不同城市因为自然因素、建设情况不同，所面临的问题自然也不同，这时候侯精明和他的团队就需要为城市细致“把脉”、精准“开方”。
侯精明说：“我理想中的健康城市就是‘海绵城市’，这种城市能像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的韧性，也被称为‘水韧性城市’。这样的城市应具备渗、滞、蓄、净、用、排六大功能，雨水有足够的空间，不会无处可去，小雨不积水，大雨不内涝。”
西安小寨区域海绵城市效果评估研究项目、固原市海绵城市智慧管理系统平台——数值模型模拟专题研究、长治市海绵示范城市建设相关技术研究……一项项研究，见证着侯精明的心血和成果。
侯精明说：“晴天时，我们用无人机，通过激光雷达就能采集地面相关数据。大雨一来，提前布设的摄像头可以拍下积水图片，系统会自动识别分析，算出水深、面积等多项数据。看着电脑上的模型转化成了实际的效应，大家都很有获得感，这就是科研工作的意义所在。”
近年来，各地“海绵城市”建设主要依托灰绿工程设施来开展，但对灰绿设施如何优化布设、源头到末端调控设施如何有效融合的问题研究不够；工程实施主要在市区，但对与之息息相关的城郊、流域等关注不足。侯精明的目标是建立灰绿蓝协同、统筹城乡、因地制宜的“大海绵城市”理念。当然，要实现这样的目标任重而道远。
回国之后，侯精明的头衔越来越多，国家“千人计划”青年项目入选者、中国水利学会城市水利专委会副主任委员、水力学专委会副主任委员、西北旱区生态水利国家重点实验室常务副主任、陕西省水模拟及灾害管理创新团队负责人、陕西省青科协副主席……但是侯精明最看重的还是老师的身份。在学校，他不仅会给博士生和硕士生上课，也会给本科生上，他的课堂里永远是欢声笑语。
跟学生解释对流扩散时，侯精明会在上课时推开窗户，花香迎着风飘进教室，他说这个过程就是最基本的对流扩散；学生论文投稿总是被拒，侯精明会很耐心地和学生交流，自嘲学生时代也总是被拒，但是激发了更加向前的心；团队的成员不管谁遇到困难，侯精明就是大家的依靠。在学生吕佳豪眼中，他就是最有风度和温度的导师。吕佳豪说：“有老师在，感觉什么事都不是事，老师一直教导我们，无论在学习还是生活上都要保持阳光、乐观、积极、上进的态度，这也成了我们团队内在的力量。”
这些年，侯精明也会把自己的学生推荐到德国、英国等地研究、学习，但是他总是会语重心长地说：“我们国家还有很多问题需要去研究解决，你们学到新的知识、新的治理理念、新的方法，一定要拿回来应用到咱们自己身上，用所学回报祖国。”
侯精明是中国青年科技工作者协会（简称“中青科协”）理事，也是陕西省青年科技工作者协会副主席，这些年，他参加的活动特别多，他说这是来之不易学习的机会。2023年2月，他和上百位青年科技工作者积极参与“科技+东莞行”，深入松山湖科学城，走进大装置、大平台。他说自己很关注“国之重器”散裂中子源的功能，因为水利工程研究堤坝，看清其内部结构对提高安全性很重要。以前由于缺乏这类基础设施，许多材料的内部结构无法被探明，或者只能费时费力地送往国外探测，现在中国有了自己的散裂中子源，可以大大降低探测成本，科研效率也有了实质性的提升。所以，侯精明表示，中青科协的活动提供了优秀的平台，让更多的青年科学家有了相互了解和学习的机会。
对于未来，侯精明说：“有的人一辈子可能就在做一件事，带领团队做好洪涝灾害防控的可持续工程与非工程措施的研究，或许就是我这一生的使命！我愿意为之奋斗终身！”
责任编辑 赵汉琪
