城市內(nèi)澇怎么破？北京這群學(xué)生干了件大事

連日來(lái)，多輪極端強(qiáng)降雨接連侵襲北京，全市防汛工作已進(jìn)入關(guān)鍵期。如何防范和應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害？北京大中小學(xué)生早已開始了相關(guān)課題研究。從高校實(shí)驗(yàn)室到中小學(xué)實(shí)踐課堂，北京的大中小學(xué)生們紛紛把目光投向城市防洪排澇的現(xiàn)實(shí)考題，用扎實(shí)的調(diào)研、創(chuàng)新的方案交出一份份答卷，為首都筑牢防汛安全屏障貢獻(xiàn)青少年的智慧。

用科技解新題

高校師生“水簾洞”里做實(shí)驗(yàn)

幾場(chǎng)降雨過(guò)后，西城區(qū)什剎海街道油漆作胡同5號(hào)院卻始終保持著干爽，從前占地的防汛沙袋、連片的水洼都消失了。這些實(shí)打?qū)嵉淖兓?strong>北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的師生們，用一場(chǎng)“微手術(shù)”換來(lái)的。

實(shí)驗(yàn)室主任、北建大副校長(zhǎng)李俊奇（中）與實(shí)驗(yàn)室人員一起觀看雨水實(shí)驗(yàn)

深耕城市雨洪控制與海綿城市研究近30年，實(shí)驗(yàn)室在城市內(nèi)澇防治、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控預(yù)警、雨水資源化等領(lǐng)域產(chǎn)出了系列硬核成果，為北京安全度汛筑起科技屏障。

實(shí)驗(yàn)室位于北建大大興校區(qū)，300平方米的人工降雨大廳貫穿三層，700多個(gè)降雨噴頭同時(shí)啟動(dòng)后，大廳秒變“水簾洞”——從毛毛細(xì)雨到超百年一遇的特大暴雨，多種極端降雨場(chǎng)景都能精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)。“最大雨強(qiáng)可達(dá)每小時(shí)200毫米。”實(shí)驗(yàn)室主任、北建大副校長(zhǎng)李俊奇說(shuō)，科研人員不用“等雨來(lái)”，就能安全高效地完成各類極端場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)。

大廳里，每一處實(shí)驗(yàn)設(shè)備都瞄準(zhǔn)防汛痛點(diǎn)。多條城市道路被搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)調(diào)整人工降雨參數(shù)，能模擬降雨后路面匯水流速、水深分布等，測(cè)算不同場(chǎng)景下行人涉水安全閾值、車輛通行風(fēng)險(xiǎn)臨界值。每年汛期，都是師生們最忙碌的時(shí)候。

目前，他們正在北京開展持續(xù)的雨洪治理與微更新服務(wù)。“油漆作胡同5號(hào)院是其中一個(gè)試點(diǎn)對(duì)象，這座歷史悠久的住宅大雜院，從前只要一下雨就會(huì)連片積水。”實(shí)驗(yàn)室副主任宮永偉介紹，為了讓雨水有序匯集、排放和利用，師生們把凹凸不平的地面換成了實(shí)驗(yàn)室的生態(tài)透水磚，從源頭削減了超80%的地表徑流；院里涼亭四角處嵌入了微調(diào)蓄空間，搭配鵝卵石鋪成“明水暗流”景觀。不止這方小院，團(tuán)隊(duì)有關(guān)源頭減排、管渠排放、超標(biāo)蓄排的方案和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)在北京中心城區(qū)、城市副中心的海綿城市建設(shè)中應(yīng)用。

目前，實(shí)驗(yàn)室已建成“滲、滯、蓄、凈、用、排”六位一體的城市雨水技術(shù)體系，將持續(xù)聚焦首都防汛需求，推動(dòng)更多科研成果走出實(shí)驗(yàn)室。

研發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三分鐘內(nèi)預(yù)警

密云區(qū)太師屯鎮(zhèn)中心小學(xué)“生態(tài)使者團(tuán)”“人工智能創(chuàng)新社團(tuán)”的學(xué)生們?cè)诶蠋煹膸ьI(lǐng)下，自主研發(fā)了“清水河智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”。這套集水質(zhì)檢測(cè)、災(zāi)害預(yù)警于一體的智能系統(tǒng)，能在汛期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位流速，為社區(qū)防汛爭(zhēng)取寶貴的“黃金三分鐘”。

在開展研究的過(guò)程中，學(xué)生們親手完成系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。據(jù)學(xué)生們介紹，整套系統(tǒng)既是汛期敏銳的“防汛哨兵”，也是日常盡職的“水質(zhì)衛(wèi)士”。系統(tǒng)利用流速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控水位與河流動(dòng)態(tài)，一旦數(shù)據(jù)超出預(yù)警值，大數(shù)據(jù)平臺(tái)將迅速響應(yīng)，并聯(lián)動(dòng)社區(qū)高音喇叭進(jìn)行循環(huán)廣播，從發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情到發(fā)出預(yù)警全程不超過(guò)三分鐘。在日常狀態(tài)下，該系統(tǒng)可以定時(shí)檢測(cè)河水pH值、濁度等關(guān)鍵指標(biāo)，遇有異常即刻短信提醒工作人員。“學(xué)校依托‘生態(tài)養(yǎng)真’課程，帶領(lǐng)學(xué)生從校園‘小課堂’走向社會(huì)‘大課堂’。孩子們用科技守護(hù)家鄉(xiāng)，將課堂知識(shí)轉(zhuǎn)化為守護(hù)家園的實(shí)際行動(dòng)。”學(xué)校黨總支書記郭春梅說(shuō)。

科創(chuàng)小發(fā)明解決立交橋排水難題

“水位傳感器會(huì)根據(jù)橋下積水程度發(fā)出禁止通行的警報(bào)，同時(shí)還會(huì)向自動(dòng)排水設(shè)備發(fā)出開始排水的指令，以保證積水能盡快回落到安全線以下的位置，從而有效避免人員傷亡、減少經(jīng)濟(jì)損失。”在延慶區(qū)西屯中心小學(xué)，學(xué)生們的“立交橋水位報(bào)警及排水裝置”創(chuàng)新作品在區(qū)級(jí)創(chuàng)意市集上一經(jīng)亮相，就得到了廣大師生的關(guān)注。

學(xué)校負(fù)責(zé)人介紹，近幾年，不少學(xué)生都結(jié)合自身經(jīng)歷，關(guān)注到了北京城市暴雨以及防洪防汛相關(guān)問(wèn)題，為了用所學(xué)知識(shí)服務(wù)城市發(fā)展，在老師的帶領(lǐng)下，學(xué)生們開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)，運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。“立交橋水位報(bào)警及排水裝置”創(chuàng)新作品在北京市第24屆金鵬科技論壇上獲得發(fā)明創(chuàng)造類二等獎(jiǎng)。

向古人借智慧

探究故宮“排水黑科技”

東城區(qū)東交民巷小學(xué)學(xué)生將“故宮排水系統(tǒng)的秘密”作為經(jīng)典課題開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)探究。

學(xué)生們通過(guò)深入探究故宮“五重排水黑科技”的結(jié)構(gòu)原理，將圖紙逐步轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型——以泡沫板精細(xì)切割出明渠暗渠，按比例復(fù)原三層臺(tái)基，連螭首排水口亦精心雕刻成形；太和殿部分先以樂(lè)高搭建主體結(jié)構(gòu)，再通過(guò)3D打印完善建筑細(xì)節(jié)；為真實(shí)模擬古建排水功能，學(xué)生們還自主研發(fā)了具有吸水與滲水特性的仿制青磚；最后安裝噴淋系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)演示了完整的排水過(guò)程。

通過(guò)學(xué)習(xí)了解，學(xué)生們紛紛表示，故宮的排水系統(tǒng)是古人留下的寶貴財(cái)富，治水不能只靠“硬工程”，更要“順自然、巧設(shè)計(jì)”。未來(lái)，學(xué)生們想利用更多的知識(shí)，把古代的治水智慧和現(xiàn)代科技結(jié)合起來(lái)，成為守護(hù)古都北京的城市“小衛(wèi)士”。

揭開古村建筑防洪“秘密”

2023年7月底，北京市門頭溝區(qū)曾遭遇了歷史罕見(jiàn)的山洪泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。在重建家園的過(guò)程中，門頭溝區(qū)育園小學(xué)的師生們發(fā)現(xiàn)了門頭溝區(qū)千年古村爨底下的防洪泄洪“秘密”。

“為什么在很多房屋都被洪水沖毀之后，這些有幾百年歷史的古建筑卻完好無(wú)損？”學(xué)生們采用觀察法、調(diào)查法、資料分析法等方式，經(jīng)過(guò)史料研究、實(shí)地測(cè)量和考察之后，形成了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)報(bào)告。“爨底下村建于明代，距今已有600多年歷史。古代建筑的屋頂多采用高屋脊、大坡度的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了古代建筑‘以排為主，以防為輔’、‘多道設(shè)防，剛?cè)岵?jì)’的防水設(shè)計(jì)理念。”有的學(xué)生從房屋建筑的角度，找到了答案。還有的學(xué)生觀察到，爨底下村中間的石板路，其實(shí)就是一條防洪通道，還有下水道，這些排水系統(tǒng)都可以泄洪。民居、建筑位置比較高，山地四合院都設(shè)有排水口。

此外，學(xué)生們通過(guò)查閱史料發(fā)現(xiàn)，爨底下村作為古代軍事要地，由軍戶后裔繁衍成村，歷史上曾遭受水患。因此，在后續(xù)建設(shè)中十分注重防御與防洪，不僅以弧形的街角、圍墻、臺(tái)基削弱洪水沖擊力的作用，更通過(guò)道路明排與院落涵洞暗排結(jié)合，有組織分區(qū)排水。學(xué)校相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，學(xué)生們已經(jīng)將古村探秘的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)成果，納入學(xué)校及區(qū)域構(gòu)建校園“安全島”的工作中，以實(shí)際行動(dòng)為家鄉(xiāng)做貢獻(xiàn)。

從身邊事尋答案

學(xué)生從了解原理到破解校園難題

北京市十一學(xué)校一分校的學(xué)生提前了解相關(guān)原理，并制作了各種模型。為了應(yīng)對(duì)洪水災(zāi)害，學(xué)生們還制作了一些洪災(zāi)的預(yù)警和防護(hù)指南。

“我們學(xué)校的排水系統(tǒng)是否需要改進(jìn)？”“暴雨來(lái)襲，我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)？”帶著問(wèn)題，學(xué)生們開始著手調(diào)查學(xué)校的排水系統(tǒng)，到實(shí)地去考察。在研究過(guò)程中，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)，操場(chǎng)四周的排水口在落葉累積掉入較多后，會(huì)形成阻擋，排水效率會(huì)大大降低。為此，學(xué)生們經(jīng)過(guò)電腦模型比對(duì)，在排水口加上一層鐵絲網(wǎng)，并進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。為了迅速排水，學(xué)生們還研究出了在排水管道下加裝海綿體，以增加排水效率。

“小問(wèn)題不小，只有從解決身邊的小問(wèn)題做起，才能積累知識(shí)，未來(lái)做城市建設(shè)的小主人。”學(xué)生們表示。

繪制村域避險(xiǎn)路線圖

平谷區(qū)黃松峪中心小學(xué)依托野外地質(zhì)研學(xué)課堂，組織學(xué)生們走進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)站，系統(tǒng)學(xué)習(xí)滑坡、崩塌、泥石流等常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害的形成原理，熟練掌握災(zāi)害識(shí)別、應(yīng)急避險(xiǎn)等核心知識(shí)。

在知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生們“腦洞大開”，自制暴雨預(yù)警器，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)雨情水位變化，筑牢前置預(yù)警防線。同時(shí)，學(xué)生們還深入村落實(shí)地勘察，繪制精準(zhǔn)的村域避險(xiǎn)路線圖，清晰標(biāo)注撤離方向與臨時(shí)避險(xiǎn)點(diǎn)位。學(xué)校負(fù)責(zé)人表示，學(xué)生們以“小手拉大手”的方式，不僅將科普知識(shí)送入千家萬(wàn)戶，還將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐動(dòng)力，用行動(dòng)切實(shí)提升鄉(xiāng)村基層防災(zāi)避險(xiǎn)能力水平。

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策劃：孟莞 姜思瑤 楊旭 蘇珊

部分來(lái)源：各區(qū)各學(xué)校微信公眾號(hào)

編輯：蘇珊

校對(duì)：智雨荷

審核：張秋穎

終審：冉陽(yáng) 常悅

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