近年来，随着全球气候变化的加剧，极端天气事件频发，给世界各国的城市防灾体系带来了巨大挑战。日本作为一个自然灾害频发的国家，其防灾减灾措施一直备受关注。其中，为应对首都圈水患而建造的防灾地下神殿，不仅成为日本防洪排涝体系的重要组成部分，也为其它国家提供了宝贵的经验。本文将详细介绍这一工程，并探讨其对我国防治极端天气和地下空间利用的启示。
日本首都圈，尤其是东京，自古以来就面临着洪水的威胁。东京位于关东平原，地势低洼，河流众多，极易发生洪涝灾害。早在江户时代（1603-1868年），东京（当时称为江户）就多次遭受洪水侵袭，导致大量房屋被毁，人员伤亡。
进入20世纪后，随着城市化进程的加快，东京的洪水问题变得更加严重。1947年的凯瑟琳台风是东京历史上最严重的洪水之一，造成了约31000座房屋被毁，1100人死亡。1958年的狩野川台风（又名台风艾达）也给东京带来了巨大的破坏，一周内的降水量多达400毫米，导致街道、房屋和商铺被淹没。
近年来，随着气候变化的影响，东京的降水量显著增加，极端天气事件的频率和强度也在上升。2019年，超强台风“海贝思”过境东京，带来了大量降水，导致东京一共排出1000万吨水量，相当于15栋摩天大楼的体积。这些事件促使日本政府加大对防洪设施的投入，建设了包括首都圈外郭放水路在内的一系列防洪工程。
随着经济的快速发展，日本首都圈经历了迅速的城市化进程。数据显示，东京都市圈的人口从1950年的约1300万增长到2020年的约3700万。城市化带来的人口和资产高度集中，增加了潜在的灾害损失；首都圈的不断扩张，也侵占了原本可以作为蓄水调控的农田和绿地；路面的铺设，不透水面积的增加，降低了地表的吸水能力，加快了雨水汇流速度；岁月的变迁导致原有水系的改变，致使许多小型河道被填埋或改道，破坏了自然排水系统。
为了应对频繁的洪水灾害，日本政府在20世纪中期开始大规模建设防洪设施。1958年修订的《下水道法》对城市排水系统进行了严格规定，推动了东京排水系统的现代化。此外，东京还建设了多个水坝、水库和防洪堤，以提高城市的防洪能力。
首都圈外郭放水路（Metropolitan Area Outer Underground Discharge Channel）是东京防洪系统的核心工程之一（就是我们一开篇提到的防灾地下神殿）。该工程位于埼玉县春日部市，地处东京北部的上游地区，主要用于拦截和调节上游河流的洪水，于1992年开始建设，历时13年，于2006年竣工，总耗资约2400亿日元，能够有效拦截和调节上游河流的洪水。
面对日益严峻的水患威胁，传统的防洪措施如堤防加固、河道疏浚等已经难以满足需求。首都圈寸土寸金，难以通过大规模拓宽河道或建设地面蓄水设施来增加防洪能力。因此，日本政府开始寻求创新性的解决方案。
利用地下空间建设大型蓄水设施成为一个极具吸引力的选择。这种方案具有以下几个显著优势：
一是地下空间的利用不占用宝贵的地表空间，这对于土地资源紧张的城市尤为重要。通过将蓄水设施置于地下，可以释放地表空间用于其他用途，如绿地、公园和建筑物，从而提高城市的整体土地利用效率。
二是地下空间可以建设大容量的蓄水设施。由于地下空间的稳定性和可塑性，可以设计和建造大规模的蓄水池和调蓄设施，以应对极端降水事件和洪水的挑战。这些设施不仅能够储存大量的雨水，还可以在需要时进行调节和排放，减少城市内涝的风险。
三是地下环境相对稳定，便于长期使用和维护。地下空间的温度和湿度变化较小，能够提供一个恒定的环境，有利于蓄水设施的长期运行和维护。这种稳定性还可以减少设施的老化和损坏，延长其使用寿命。
四是地下空间的利用可以与其他地下基础设施协同规划，提高土地利用效率。例如，地下蓄水设施可以与地下交通系统、地下管廊和地下商业空间等结合，形成一个综合性的地下空间利用体系。这种协同规划不仅能够提高土地的利用效率，还可以减少建设成本和维护费用。
日本在地下工程技术方面一直处于世界领先地位。随着隧道挖掘、混凝土浇筑等技术的不断进步，大型地下工程的施工难度和成本都有所降低。例如，盾构隧道技术和新奥地利隧道掘进法（NATM）的应用，使得在复杂地质条件下进行大规模地下工程建设成为可能。此外，计算机分析和高度发达的地下传感器仪器的使用，也大大提高了施工的精度和安全性。
在经济方面，考虑到水患可能造成的巨大经济损失，投资建设大型防洪设施在经济上也变得更加可行。根据日本国土交通省的数据，洪水灾害每年给日本带来的经济损失高达数千亿日元。通过建设如首都圈外郭放水路这样的防洪设施，可以有效减少洪水带来的损失，保护城市的经济和社会稳定。
首都圈外郭放水路的主体工程是一条位于地下50米、内径10米、长约6.3公里的隧道，使用盾构法建成。隧道一端位于埼玉县春日部市上金崎的江户川河岸，另一端连接春日部市小渕的大落古利根川，中间还连接了第18号水路、中川、仓松川和幸松川等多条水道。
地下水道连接着五个巨大的竖井，分别称为第一到第五竖井。这些竖井的直径在15米到31.6米之间，深度约70米。其中，流量较大的第三和第五竖井使用了漩涡式水流技术，使水沿竖井壁螺旋流下，减少了水流入时的冲击。
调压水槽是整个系统的核心部分，长177米，宽78米，高18米，由59根重500吨的混凝土柱支撑。调压水槽与第一竖井相连，通过庄和排水机场连接一级河川江户川。水槽内的水通过四台10300千瓦的燃气轮机驱动的水泵排向江户川，排水速度达每秒200立方米。
整个系统的总贮水量约为67万立方米，总排水能力为每秒200立方米。这些设施共同构成了一个高效的地下排水系统，能够在极端天气条件下有效保护东京及其周边地区免受洪水侵袭。
自2006年全面投入使用以来，首都圈外郭放水路在多次暴雨和台风中发挥了重要作用。据统计，它平均每年能够防止约10次洪涝灾害，保护面积达85平方公里，惠及约130万居民。
虽然工程总投资达到了约2400亿日元，但考虑到它每年可以避免的经济损失，这一投资是非常划算的。有研究估算，仅在2019年的一次台风中，它就避免了超过1000亿日元的潜在损失。
首都圈外郭放水路不仅在防洪方面发挥了重要作用，还成为了一个重要的科普教育基地。该设施对公众开放，提供多种参观路线，包括调压水槽、排水泵站和竖井等不同部分的详细讲解。参观者可以深入地下50米，亲眼目睹这座巨大的地下工程，了解其结构和运作原理。这种亲身体验不仅增加了公众对防洪设施的认识，也提高了他们的防灾意识。
由于其宏伟的规模和独特的设计，防灾地下神殿被誉为“地下神殿”，吸引了大量游客前来参观。每年有成千上万的游客参观这一设施，不仅包括日本国内的游客，还有来自世界各地的游客。这种旅游活动不仅促进了当地经济的发展，也使得更多人了解和关注防洪问题。
防灾地下神殿的壮观景象也吸引了许多影视作品和广告的拍摄。例如，这里曾被用作电影、电视剧和广告的拍摄场地，成为了许多科幻和灾难题材作品的背景。这种曝光度进一步提升了公众对防洪设施的认识和兴趣。
通过开放参观和科普教育，防灾地下神殿在提高公众防灾意识方面发挥了重要作用。参观者不仅可以了解防洪设施的技术细节，还可以学习到防洪和应急措施的重要性。这种教育活动有助于培养公众的防灾意识，增强他们在面对自然灾害时的应对能力。
此外，防灾地下神殿的成功建设和运营也为其他国家和地区提供了宝贵的经验和借鉴。许多国家的专家和学者前来参观和学习，借鉴日本在防洪设施建设和管理方面的经验。
日本防灾地下神殿的成功表明，面对复杂的城市问题，创新思维至关重要。我国在解决大城市防洪排涝问题时，也应该跳出传统思路，充分利用现代科技和工程手段。
我国正处于快速城市化阶段，许多大城市面临土地资源紧张的问题。防灾地下神殿的案例启示我们，地下空间不仅可以用于交通、商业，还可以作为重要的防灾减灾设施。我们应该重视地下空间的综合开发利用。
日本的这一工程是整个首都圈防灾体系的一部分。这提醒我们，防灾减灾工作需要系统性思维，将单体工程与整个城市的水系统、生态系统相结合。
虽然防灾地下神殿的理念值得借鉴，但在具体实施时需要考虑本地的地质条件、气候特征和经济承受能力。我国应该在吸收国际先进经验的基础上，开展自主创新，开发适合本国国情的防灾减灾技术。
将防灾设施与旅游、科普教育相结合的做法值得我们学习。这不仅可以提高设施的使用效率，也有助于提升公众的防灾意识。
日本建设防灾地下神殿的一个重要原因是应对气候变化带来的极端天气。我国在规划长期防灾减灾策略时，也应充分考虑气候变化的潜在影响，提前做好准备。
借鉴日本的经验，我国可以考虑在适当的城市规划建设大型地下综合体，集防洪、蓄水、净化、再利用等功能于一体。这不仅可以提高城市的防灾能力，还可以缓解用水压力。
在规划地下防灾设施时，应该考虑与地上空间的协调。例如，可以在地下蓄水池上方规划公园或其他公共空间，实现土地的立体利用。
此外，我国在信息技术和人工智能领域有较强优势，可以开发更加智能化的地下设施管理系统，提高运营效率和安全性。
大型地下工程的建设往往会带来环境影响。我国应加强绿色施工技术的研发，降低地下工程对环境的影响。地下空间的开发利用涉及多个领域，需要建立健全相关法律法规和技术标准，为大规模地下空间开发提供制度保障。
日本防灾地下神殿的建造为我们提供了宝贵的经验。面对日益严峻的气候变化和城市化挑战，我国应该积极探索创新性的防灾减灾方案。通过合理开发利用地下空间，我们可以在提高城市安全性的同时，也为城市的可持续发展开辟新的空间。然而，这需要长期的规划、大量的投资和持续的技术创新。让我们携手共同努力，为建设更安全、更宜居的城市贡献力量。
编辑：马静 审核：张敏
中国冶金地质总局矿产资源研究院
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