短时强降水对剑河县城市内涝风险影响分析.pdf

第47 卷第4期2023年8 月舒子倩，石宇，吴虑，等.短时强降水对剑河县城市内涝风险影响分析J.中低纬山地气象,2 0 2 3,47（4）：9 8-102.短时强降水对剑河县城市内涝风险影响分析中低纬山地气象Mid-low Latitude Mountain MeteorologyVol.47 No.4Aug,2023舒子倩，石宇？，吴虑3,杨胜忠4,李舒颖（1.贵州省剑河县气象局，贵州剑河556 40 0;2.贵州省贵阳市环境信息中心，贵州贵阳550 0 0 2；3.贵州省凯里市气象局，贵州凯里556 0 0 0;4.贵州省黔东南苗族侗族自治州气象局，贵州凯里556 0 0 0)摘要：城市内涝的发生与气象条件紧密相关,强降水是致灾的关键因素。通过分析剑河县城降雨变化趋势，结合城区的易涝点及历史积水资料，得到内涝灾害风险的分布特征及演变规律，制定内涝风险预警服务指标，为气象服务提供支撑。通过对剑河县国家气象观测站2 0 0 7 一2 0 2 1年降水数据进行分析，剑河县城降水主要集中在49 月，该时段大雨以上量级降水出现日数呈增多趋势，近15a来1h最大降水量呈逐年波动增加趋势，也是剑河县城短时强降水、大雨、暴雨的集中高发期。结合DEM数字高程数据得到的易积水路段点及历史积水内涝资料分析，当小时雨强达到2 0 mm且未来降水持续时，有积水达到10 2 0 cm的风险，对行人造成影响；小时雨强超过3 0 mm时，有积水超过2 0 cm的风险，对车辆及低洼路段建筑影响较大；小时雨强超过50 mm时，将出现3 0 cm以上积水,对过往车辆及低洼段建筑影响很大。关键词：降水；短时强降水；积水；内涝中图分类号：P426.616文献标识码：BImpact of Short-Term Heavy Rainfall onUrban Waterlogging Risk in Jianhe CountySHU Ziqian,SHI Yu,WU Lyu,YANG Shengzhong*,LI Shuying(1.Jianhe Meteorological Bureau of Guizhou Province,Jianhe 556400,China;2.Guiyang Environmental Information Centre of Guizhou Province,Guiyang 550002,China;3.Kaili Meteorological Bureau of Guizhou Province,Kaili 556000,China;4.Qiandongnan Miaoand Dong Autonomous Prefecture Meteorological Bureau of Guizhou Province,Kaili 556000,China)Abstract:The occurrence of urban waterlogging is closely related to meteorological conditions,and heavyprecipitation is the key factor causing disasters.By analyzing the rainfall change trend of Jianhe County,combiningthe waterlogging prone points and historical waterlogging data in the urban area,the distribution characteristics andevolution rules of waterlogging disaster risk are obtained,and the waterlogging risk early warning service indicatorsare formulated to provide meteorological service.Based on the analysis of the precipitation data of Jianhe CountyNational Meteorological Observation Station from 2007 to 2021,the precipitation in Jianhe County is mainlyconcentrated in April to September.During this period,the number of days of heavy rain and above magnitudeprecipitation increases,and the maximum precipitation in 1 h in the past 15 years fluctuates and increases year byyear,which is also the concentrated period of short-term strong precipitation,heavy rain and hard rain in JianheCounty.Based on the analysis of waterlogging data of road sections and historical waterlogging data obtained fromDEM digital elevation data,when the hourly rainfall intensity reaches 20 mm and the future rainfall continues,there is a risk of water accumulation reaching 10 20 cm,which will affect the passing of pedestrians;when thehourly rainfall intensity exceeds 30 mm,there is a risk of water accumulation exceeding 20 cm,which has a great收稿日期：2 0 2 2-0 7-19第一作者简介：舒子倩（19 9 3 一），女，助工，主要从事综合气象业务工作，E-mail:。98Vol.47 No.4impact on vehicles and low-lying road construction;when the hourly rainfall intensity exceeds 50 mm,there willbe more than 30 cm of water accumulation,which has a great impact on passing vehicles and low-lying buildings.Key words:precipitation;short-term heavy precipitation;stagnant water;waterlogging舒子倩，等：短时强降水对剑河县城市内涝风险影响分析0引言城市化发展和气候变化使得城市洪涝灾害问题日益严重 ，城市内涝已成为中国城市防灾减灾体系和城市水资源管理中呕待解决的问题,并制约着社会可持续发展2 。全球变暖引起气候变化，区域气候变化和城市化发展也同时改变了城市降水格局，城市化引起的城市“热岛效应”和“雨岛效应”增加了城市降雨频率与强度，直接诱发了城市暴雨内涝，而造成内涝的客观原因是大强度的降雨3-4。剑河县城在2 0 0 7 年建成搬迁，随着县城的发展和人民生活需求的日益增长，剑河县城管网排水能力已逐渐无法满足当前的排水需求，特别是当强降水发生时，地表径流超过城市管网排水能力，就会导致城市内涝灾害的发生，造成不同程度的人员伤亡和城市基础设施的损坏，严重影响着城市运行及人民生活5-10 O通过分析剑河县城降雨变化趋势，结合城区的易涝点及历史积水资料，得出内涝灾害风险的分布特征及演变规律，开展气象条件致灾关键环节的研究,有助于剑河县内涝灾害气象决策服务更加精细化，为加强城市灾害的应急处置和应对防范能力体系建设提供气象服务支撑。1资料与方法采用2 0 0 7 2 0 2 1年剑河县国家气象观测站台(a)P/日65432-002.2降雨日数及雨强变化据统计，2 0 0 7 2 0 2 1年剑河出现大雨（降雨量25mm）的日数为17 5d,出现暴雨（降雨量50mm）的日数为42 d,其中49 月大雨以上量级天数站降水数据、DEM数字高程数据地理资料及2 0 19 一2021年剑河县城易涝点道路积水观测数据。利用趋势分析方法、回归分析法分析降水季节变化、降雨日数、雨强等特征；使用ArcGIS对剑河县城高程数据DEM进行道路积水区的提取；结合降雨分析、道路积水区分析、历史积水资料1，研究短时强降水对剑河城区的积水影响。2强降水变化特征2.1降水季节变化研究逐月降水变化趋势发现（图1），近15a来降水主要集中在4一9 月，占全年降水的7 4.5%，该时段也是剑河县城短时强降水、大雨、暴雨的集中高发期（如图2 所示）。2502001501005001234567891011 12月份月图1剑河县降水量逐月变化Fig.1Monthly variation of precipitation in Jianhe45(b)403530201510512345.6.710111289月份/月图2 22007一2 0 2 1年剑河县各月短时强降水（a）、大雨级别以上（b)和暴雨级别以上（c)出现总日数Fig.2 The total number of days with short-term strong precipitation(a),heavy rain levels orabove(b)and rainstorm level or above(c)in each month of Jianhe from 2007 to 20211211(c)1098P/乐76543212345678901101112月份月为151d，占比8 6%，暴雨级别以上天数为3 9 d，占93%，说明在49 月为剑河降水主要时期。如图3所示,4一9 月暴雨以上级别出现日数呈逐年减少趋势，但大雨出现日数呈增多趋势。经统计，在大雨99.0123456.789101112月份月中低纬山地气象2023年8 月Mid-low Latitude Mountain Meteorology级别以上降水天数中,3 h内达到大雨及以上量级的天数为7 7 d，占比44%，而1h内达到大雨及以上的天数为3 5d,占比2 0%。在降雨量方面，近15a来1h最大降水量呈逐年波动增加趋势，且主要发生在4一9 月，与剑河主要降雨期相一致,其中达到2 0 mm 降水集中发生在2045min时段的发生频次最高（表1及图4、图5所示）。从短时强降水量逐年变化来看，短时强降水量逐年波动增加，加之强降水发生的时间短，降水汇流造成城市管道排水压力大，导致排水不及时低洼地带积水现象。当积水深度达到2 0 cm时，步行困难；积水深度超过3 0 cm时，自行车、小汽车行进困难,交通受阻。因此，短时强降水与城市积水内涝紧密相关。表1剑河县城历年各短历时强降水最大值及各历时短时强降水出现次数Tab.1The maximum value of short-term strong precipitation in Jianhe over the years and the number历时时段5 min降水最大值/mm22.1最大值出现日期2018-04-1320 mm的出现次数1601h最大降水量.线性（1h最大降水量）5040302010020072009201120132015201720192021年份年图420072021年1h最大降雨量变化趋势Fig.4Trend of 1-hour maximum rainfallvariation from 2007 to 2021765043210345678910月份月图52 0 0 7 2 0 2 1年短时强降水（降水量2 0 mmh-以上）出现次数统计Fig.5 Statistics on the number of occurrencesof short-term heavy precipitation(with aprecipitation of over 20 mm h-l)from 2007 to 2021100第47 卷第4期4一9 月暴雨49月大雨18线性（49 月大雨.线性（49 月暴雨）16y=-0.2286x+8.238114R2=0.15741210864202007 200920112013201520172019 2021年份年图3剑河县2 0 0 7 2 0 2 1年49 月大雨、暴雨以上级别天数及线性趋势Fig.3 Days and linear trend of heavy rain and rainstormabove level from April to September of 2007 to 2021 in Jianheof occurrences of short-term strong precipitation in each period10 min41.12018-04-134y=0.1929x-348.39R2=0.00515min10min20min30min45min60miny=-0.0357x+2.8857R=0.01420 min30 min52.7532018-04-132019 04 2418113城市内涝风险评估3.1道路积水区提取使用ArcGIS对剑河县城高程数据DEM进行道路积水区的提取,地理信息数据处理技术路线如图6所示。DEM填洼填洼后道路面DEM裁剪填洼后的道路面DEM道路面高程差重分类道路面高程差重分类道路易积水区图6 地理信息数据处理技术路线Fig.6Geographic information dataprocessing technology route45 min55.72019-04-2414裁剪道路面DEM相减其他资料判断是否易积水60 min56.82019-04-247道路面Vol.47 No.4图7 为重分类后的高程差图，图中颜色越深、图例上数字越大，代表道路积水的可能性越大。由图所示,剑河城区可能出现的道路积水区有：仰阿莎西大道至汽车站门口一带、民族医院至荷花小区之舒子倩，等：短时强降水对剑河县城市内涝风险影响分析间道路、体育馆西侧、广场路两侧、中国农行门口、常驰温泉大酒店门口、城关一小门口至老客车站、革东大道。高程差分类图例68101215图7 重分类后的道路高程差DEMFig.7The elevation difference after reclassification经与历史实况核对，仰阿莎西大道至汽车站门口一带、民族医院至荷花小区之间道路、体育馆西侧、广场路两侧、城关一小门口至老客车站、革东大道等路段，确实存在强降雨时道路积水情况。3.2降雨对县城积水的影响短时强降水造成剑河县城积水内涝的详细记录并不多。对剑河县城易涝区域开展积水监测,并选定城关一小门口至老客车站积水点的积水数据作为主要内涝分析数据（见表2）。例如2 0 18 年4月13 日剑河县城出现强降雨天气,5min降水2 2.1mm,20min降水52.7 mm,造成县城严重内涝,城关一小旁积水深度超过3 0 cm,对居民工作生活出行都造成了严重影响。2 0 2 0 年5月11日早上剑河县城同样出现短时强降雨天气，降水仅造成道路积水,积水深度约10 cm,并未造成严重内涝，但仍需要将易积水路段路边排水沟的雨水篦子打开加速排水。几次积水内涝记录表明，当短时强降水发生时,易造成县城易积水路段积水，需要采取相应表2 剑河县城关一小积水点积水内涝记录各短历时降水量及积水深度Tab.2 Record of water accumulation and waterlogging at the waterlogging point of the first primary school in Jianhe历时时段2018-04 132019-04-242019-05-262020 05 112020-06 232021 08 192021-09-07根据以上结论，剑河县气象局初步制定了内涝风险预警服务指标（表3）并运用于本地气象服务业务，由于积水内涝记录较为匮乏，后续需继续加强17措施加速排水；短时强降水发生的时间越短，积水严重程度深，甚至会演变成内涝，需要及时采取抽水排水等措施，避免对居民生产生活造成严重影响。由于目前历史积水内涝记录较为缺乏，仅可初步确定当小时雨强达到2 0 mm以上时，剑河县易涝路段将出现10 2 0 cm积水,对居民出行影响较大，需加强监测并提示相关部门注意易积水路段可能出现积水风险；当小时雨强超过3 0 mm时，将出现20cm以上积水,对过往车辆及低洼段建筑影响较大，需及时联系相关部门建议在易积水路段采取相应排水措施，避免出现积水内涝情况影响居民工作生活，同时开展公众服务提醒居民注意出行安全 ;当小时雨强超过 50 mm 时,将出现3 0 cm以上积水,对过往车辆及低洼段建筑影响很大，行驶车辆应当就近到安全区域暂避，避免将车辆停放在低洼易涝等危险区域，如遇严重水浸等危险情况应立即弃车逃生。相关应急处置部门和抢险单位应当严密监视灾情，做好内涝可能引发的其他灾害应急抢险救灾工作。5 min10 min22.141.113.722.78.715.55.09.410.217.07.413.757.820 min52.738.524.714.625.025.114.830 min5349.828.617.825.73021.4对短时强降水造成城市积水内涝的相关观测记录，进一步优化预警服务内容。:101 45 min53.050.528.820.125.831.830.960 min53.050.528.823.025.832.640.3最大积水深度/cm32381710152328中低纬山地气象2023年8 月Mid-low Latitude Mountain Meteorology表3 剑河县城市内涝气象风险预警指标及其服务流程Tab.3 Meteorological risk warning indicators and service processes for urban waterlogging in Jianhe预警级别预警指标1 h内降雨量将1.提醒相关部门进人城市内涝戒备状态，关注降雨最新消息。做好低洼、易涝地区的城市内涝气象达2 0 mm或已排水防涝工作准备。风险黄色预警达2 0 mm1 h内降雨量将疏导和排水防涝，并对低洼地段室外供电设施采取安全防范措施。城市内涝气象达3 0 mm或已2.提醒社会公众应当尽量绕开积水路段，避免穿越水浸道路，避免将车辆停放在低洼风险橙色预警达3 0 mm1h内降雨量将2.提醒社会公众应当尽量绕开积水路段，避免穿越水浸道路，避免将车辆停放在低洼城市内涝气象达 50 mm 或已风险红色预警达 50 mm4结论剑河县城降水主要集中在4一9 月，占全年降水的7 4.5%，该时段也是剑河县城短时强降水、大雨、暴雨的集中高发期。4一9 月暴雨以上级别出现日数呈逐年减少趋势，但大雨出现日数呈增多趋势。近15a来1h最大降水量呈逐年波动增加趋势，且主要发生在4一9月，与剑河主要降雨期相一致，其中短时强降水集中发生在2 0 45min时段的发生频次最高。利用ArcGIS系统并结合实际城市地形,提取剑河易积水路段，结合历史信息确定易对居民生活造成影响的积水点为：仰阿莎西大道至汽车站门口一带、民族医院至荷花小区之间道路、体育馆西侧、广场路两侧、城关一小门口至老客车站、革东大道。积水内涝记录表明，当短时强降水发生时，易造成县城易积水路段积水，需要采取相应措施加速易积水路段排水；短时强降水发生的时间越短，积水严重程度会逐步加深，甚至会演变成内涝，需要及时采取抽水排水等措施，避免对居民生产生活造成严重影响 。根据目前积水内涝记录，当小时雨强达到2 0 mm且未来降水持续时,有积水达到10 20 cm的风险,对行人过往造成影响，需加强监测并提示相关部门注意易积水路段可能出现积水风险；小时雨强超过3 0 mm时,有积水超过2 0 cm以上的风险，对车辆及低洼路段建筑影响较大，需及时联系相关部门建议在易积水路段采取相应排水措施，避免出现积水内涝情况影响居民工作生活，同时开展公众服务提醒居民注意出行安全；当小时雨强超102.第47 卷第4期服务流程2.提醒社会公众应当注意道路积水和交通阻塞，确保安全。1.提醒相关部门进人城市内涝防御状态，关注降雨最新消息。对积水地区实行交通易涝等危险区域。3.提醒学校延迟上学、放学，上学、放学途中的学生应当就近到安全场所暂避。1.提醒相关部门进人城市内涝紧急状态，关注降雨最新消息。对积水地区实行交通疏导和排水防涝，并对低洼地段室外供用电设施采取安全防范措施。易涝等危险区域。3.提醒学校停课，未启程上学的学生不必到校上课,到放学时间未放学的暂缓放学，上学、放学途中的学生应当就近到安全场所暂避。4.提醒相关单位、人员停止户外活动，人员应当留在安全场所暂避参考文献1宋晓猛,张建云,贺瑞敏，等.北京城市洪涝问题与成因分析J.水科学进展,2 0 19,3 0(2)：3-15.2】陈倩云，余弘婧，高学睿，等.当前我国城市内涝问题归因分析与应对策略J.华北水利水电大学学报（自然科学版），2 0 19，40(1):59 67.3王萃萃,翟盘茂.中国大城市极端强降水事件变化的初步分析J.气候与环境研究，2 0 0 9（5）：10 1-10 8.4孙激.北京地区暴雨气候特征及其变化分析J.气候与环境研究,2 0 10,15(5):6 7 2-6 7 6.5薛丰昌,张嫣然，田娟，等.厦门岛内涝灾害风险评价制图J.图学学报,2 0 19,40(2):111-117.6】洪国平,万君，柳晶辉，等.武汉城区短历时暴雨内涝数值模拟研究J.暴雨灾害,2 0 18,3 7(1)：8 3-8 9.7吴亚玲，李辉.深圳城市内涝成因分析J.广东气象,2 0 11,3 3(5):39 41.8李茵茵，张维，温晶，等.2 0 0 9 年3 月2 8 日广州大暴雨的物理过程分析J.广东气象,2 0 11,3 3（4）：7-11.9鲁渊平,杜继稳.气候变化与城市发展对城市气象灾害的影响及对策J.灾害学,2 0 0 8,2 3（增刊）：7-10.10郭雪梅，任国玉，郭玉喜，等.我国城市内涝灾害的影响因子及气象服务对策J.灾害学,2 0 0 8，2 3（2）：50 53.11杨芳园,段燕楠,潘娅婷，等.昆明市主城区城市内涝短临预警指标研究J.云南地理环境研究，2 0 18,3 0（4）：6 8-7 3.12王君军,周林,王彪.贵阳市汛期短时强降水时空分布特征J.中低纬山地气象,2 0 2 2,46(2）：3 9-45.13杨平，杨再禹，谢家豪.三穗汛期强降水特征及地形影响分析J.中低纬山地气象，2 0 2 2,46（3）：6 9-7 3.过50 mm时,有积水超过3 0 cm以上的风险,对过往车辆及低洼段建筑影响很大，行驶车辆应当就近到安全区域暂避，避免将车辆停放在低洼易涝等危险区域，如遇严重水浸等危险情况应当立即弃车逃生。相关应急处置部门和抢险单位应当严密监视灾情，做好内涝可能引发的其他灾害应急抢险救灾工作。