浅析“7·20”郑州特大暴雨成因及对城市防洪措施探讨.pdf

第 59 卷 第 6 期2023 年 6 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.59，No.6Jun.，2023DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2023.06.002收稿日期：2023-04-01作者简介：任瑞杰（2001-），女，四川雅安人，研究方向：水文预报及水资源优化配置，E-mail：。浅析“720”郑州特大暴雨成因及对城市防洪措施探讨任瑞杰（河海大学 水文水资源学院，江苏 南京 210098）摘要：受全球气候变化的影响，近几年城市洪涝灾害频繁发生。“720”郑州特大暴雨引发了新中国成立以来最严重的城市内涝灾害，造成了巨大的损失，受到国内外的广泛关注。基于“720”郑州特大暴雨事件，分析了暴雨及城市内涝的成因，回顾了我国的城市防洪成就，并提出了针对城市防洪的建议。关键词：暴雨成因；城市内涝；防洪治理；“720”郑州特大暴雨中图分类号：P333.2文献标志码：A文章编号：2095-0144（2023）06-0005-041前言我国幅员辽阔，人口众多。长久以来，城市内涝一直是关乎国计民生的问题。历史上许多有记载的城市内涝事件，如 1938 年的黄河决堤、河南“758”大洪水等都造成了难以估量的人员伤亡与社会经济损失。近年来，随着我国科技水平及基建实力的进步，因为溃坝造成的大型洪涝事件已不再出现。事实上在我国，洪水的发生大多由暴雨引起。在水文学领域，根据降雨量将暴雨分为暴雨、大暴雨和特大暴雨三级，其中，特大暴雨的降雨量达到300 mm1。受季风气候及全球气候变化的影响，加之我国城镇化的快速发展，由城市极端暴雨造成的城市内涝问题愈发严重。大型城市人口聚集、资产密集，一旦出现严重内涝灾害，造成的生命财产损失不容小觑。如2012年的“721”北京特大暴雨，全市受灾人口达190万，其中79人遇难，经济损失近百亿；广州“522”城市内涝造成多地被淹，地铁站严重浸水导致地铁停运，全市死亡4人。另外，城市化的建设造成土地大面积硬化，“雨岛效应”“热岛效应”等局地气候异常现象突出，进一步加大了内涝的灾害规模，而城市防洪设施与排涝系统的建设对于缓解内涝具有积极影响。针对内涝防控，许多发达国家有较为成熟的雨洪管理措施，如美国的低影响开发（LID）和澳大利亚的水敏感城市（WSUD）等。我国学者也提出建设具有弹性排涝系统的“海绵城市”，并从2015年起开展了“海绵城市”的试点建设2-3。2021年7月20日，河南省郑州市遭遇极端暴雨事件，发生严重内涝，导致伤亡惨重，引起了全国人民的广泛关注。研究以河南郑州“720”特大暴雨为例，分析了我国特大暴雨及城市内涝发生的原因，总结了我国在城市防洪治理方面取得的进展，并提出了有关城市防洪的反思与建议。2研究背景2.1区域概况河南省郑州市位于我国中东部平原地区，常住人口1 260万，面积7 567 km2，地跨黄河流域、淮河流域两大流域，是黄河中下游的分水岭，也是淮河重要支流的源头区。在气候方面，郑州市属于北温带大陆性季风气候，全年四季分明，呈现夏季炎热多雨、冬季寒冷少雨的特点，降水主要集中在7-9月。郑州市境内有颍河、双洎河和贾鲁河3条主要河流，及唐岗水库等14座中型水库承担主要蓄洪任务4。2.2“7 20”郑州特大暴雨概况2021年7月17日至23日，河南省发生历史罕见的特大暴雨。其中，19日至20日，暴雨中心转移至郑州，最大雨强达 203 mm/h，并波及河南省多市。暴雨概况如图1所示。此次暴雨具有范围极大、强度极强的特点，使多条河流水位大幅上涨，严重超出了受灾城市的承受能力，造成河南省死亡或失踪398人。其中，郑州市死亡或失踪390人，占河南省 5的95.5%，经济损失532亿元。在7月20日发生的郑州地铁5号线“720事件”中，由于极端洪水引发的城市内涝及工程的违规建设，导致地铁在行进过程中被涝水灌入隧道，造成 14 人死亡。由此可见，特大暴雨对于城市具有极强的破坏力，严重危及人民的生命财产安全，城市洪涝设施急需建设完善5。3暴雨成因分析（1）大气环流在特大暴雨发生前，郑州上空呈现稳定的大气环流。同时，在我国西北地区及日本均存在高气压场，而在两者之间的河南省、河北省形成了闭合的、停滞少动的低压中心，气流由高压区向低压区辐合，并伴随上升运动，形成降水。（2）水汽条件暴雨发生在 7 月中旬，此时正是台风的高发期。在暴雨发生之前，太平洋形成的台风“烟花”使大量水汽由东至西从西太平洋输送至河南省，而位于中国南海的台风“帕斯卡”在7月19日登陆广东省，导致太平洋水汽由南至北输送。两条水汽通道在郑州汇集，然后辐合上升，为郑州暴雨提供了充足的水汽条件。（3）地形条件郑州西环嵩山，北环太行山，“喇叭状”的独特地势使台风输送的太平洋水汽在郑州迅速辐合，使这次强降水得以迅速发展。（4）多个对流连续发生在此次降水过程中，由于稳定的气候条件，在伏牛山前发展的中小尺度对流云团连续不断地向郑州移动，形成了气象学上的“列车效应”，导致郑州暴雨强度大且时间长，给城市防洪造成了极大的压力6。4城市内涝4.1内涝成因产流量大于城市所能提供的排水能力是城市内涝的直接原因，表现为城市地表积水，严重时发生地表灾害。造成城市内涝的原因包括自然因素和社会因素两方面。4.1.1 自然因素（1）城市地形郑州市地形低平，平均海拔仅108 m，市区内存在多处低洼地带，具有城市内涝发生的基本地形条件。且城区西南方向为丘陵，东北部为黄河泥沙沉积形成的冲积平原，西高东低的地势有利于坡地汇流，当汇流较大时，极有可能在低洼处的中心城区聚集，形成积水。（2）超标准降水在前述原因的作用下，郑州市发生了罕见的超标准降水。王莉红等4用P-分布拟合计算出此次降雨的暴雨重现期超1 000年。其中，暴雨重现期是指在一定的雨量记录资料统计期间内，大于或等于某一暴雨强度的降雨出现一次的平均间隔时间，一般以年计。超千年一遇强度的暴雨每年可能发生的概率小于0.1%。由于我国的降雨记录只有70年，因此，此次降雨为该地区有记录以来的历史最大降雨。这种高强度的降雨给城市的排水系统带来了巨大的挑战。4.1.2 社会因素（1）城市排水系统老旧，排水设施不健全虽然郑州市的排水系统相对于几十年前有明显改善，但是仍然存在诸多问题。首先，郑州市的排水设施不健全，存在管道口径过小的问题，排水时污泥或树叶等垃圾顺水流进入管道，造成管道堵塞。此外，近几年郑州市新建的排水管道主要集中在新城区，老城区仍然存在排水管道老化的问题。安阳濮阳鹤壁新乡济源焦作郑州开封商丘三门峡洛阳平顶山许昌漯河周口南阳驻马店信阳N07070150150250250350总降雨量/mm350450450550550783图1郑州“7 20”特大暴雨概况2023年第6期甘肃水利水电技术第59卷 6其次，城区许多地方仍然在采用雨污混排的排水方式。雨污混排是我国大部分城市排水排污的方式，这是由城市建设早期环保意识不强与经济基础薄弱决定的。这种排水方式不仅会占用排污管道，造成环境污染，而且在强降水天气时，还会大大降低排水效率，是城市内涝发生的因素之一。（2）天然蓄洪水体没有充分发挥作用郑州市虽然有黄河流经城区，但是暴雨形成的洪水却不能流入黄河。这是因为黄河在流入郑州时被称为“悬河”，河床高于郑州平均海拔近10 m。此外，郑州市境内还有金水河、贾鲁河和熊儿河等大小河流百余条，它们在暴雨初期发挥了蓄洪作用，但是金水河等河流的淤积污染问题一直没有得到解决，河流内长期有泥沙淤积，造成其蓄洪排水的功能无法充分发挥。（3）城市化发展使土地硬化，地表产流过程改变土地硬化是城市建设中不可避免的现象。城市在飞速发展的过程中，大量使用水泥、花岗岩和柏油等不易透水材料修筑地面，使城市硬化面积不断增加。据调查，从2000-2021年，郑州市的土地硬化面积增加了774 km2。硬化后的地面下渗能力大大降低，直接导致雨期地表径流的比例增大，汇流速度加快，径流洪峰流量增大，致灾速度也随之加快。事实上，在近几年的城市建设中，我国越来越重视降低土地硬化率，并率先提出了“海绵城市”的概念。郑州市也是“海绵城市”的试点城市之一，计划到 2030 年，将城市的防洪标准提高到 200 年一遇。然而“海绵城市”的建设是为了解决防洪设计标准以内的降雨所造成的内涝，对于此次突发的特大暴雨，即使是在森林地区，也会形成洪水，并不能说明“海绵城市”在城市防洪中失效。4.2我国城市洪涝治理进展新中国成立以来，我国在防洪治理方面取得了巨大成就，但是其发展过程并非一成不变。受限于一定历史时期的自然条件与社会经济条件，我国防洪事业的发展以1978年、1989年和1998年为关键点划分为5个阶段，最终在进入21世纪后取得了巨大成就，进入到防洪工程措施和非工程措施兼顾的新阶段7。4.2.1 防洪工程措施防洪工程措施包括修建水库、加高江河堤防、设置城市蓄滞洪区和建设城市排水系统等。（1）外洪防御由江河洪水引起的洪灾通常具有巨大的破坏力，所以外洪防御成为城市防洪的重中之重。至2016年，全国共有城市防洪堤防3.4万km，在85座重点防洪城市中，主城区防洪标准大于等于100年一遇的城市有71座。根据城市人口密度和自然条件以及社会条件的需要，一些重要城市设置了更高的防洪标准，如北京市和上海市均达到1 000年一遇，天津市和成都市均达到200年一遇8。（2）内涝治理城市内涝是由于降水过多超过城市排水能力，致使城市积水不能及时排出的现象。城市排涝工程与市政排水系统的建设也是防洪治理的重点。至2016年，全国已建有排水管网43.9万km。其中，雨水管道占36%，达到15.8万km。大部分城市每小时可排36 mm的降水（1年一遇），而在部分重要地区，设置了更高的排涝标准，如北京市天安门广场的排涝标准为10年一遇。4.2.2 防洪非工程措施经过几十年的发展，我国逐步建立了针对城市防洪排涝的法规体系，包括 中华人民共和国水法中华人民共和国防洪法 等，并建立了相对完善的城市防洪管理体系与应急防洪保障体系，为防洪工作能够有条不紊地开展奠定了基础。除此之外，我国还建立了较为完备的雨情检测系统和洪水预报系统。至2017年，我国已建水文测站113 245座，在洪水预报方面成绩斐然。4.3排涝措施建议“720”郑州特大暴雨是一场轰动全国的自然灾害和城市内涝灾害，反映出我国城市洪涝治理还存在许多短板与不足。在应对超标准降水时，有关部门存在风险意识不强、反应不及时等问题。结合此次暴雨的成因和现有的城市洪水治理成功经验，形成如下建议。（1）加强风险管理“720”郑州暴雨是由极端天气引起的，气象部门在强降雨来临前已经做出了预报。然而由于有第6期任瑞杰：浅析“720”郑州特大暴雨成因及对城市防洪措施探讨第59卷 7关部门负责人存在“北方降雨强度不如南方”的固有思想，在强降雨来临前，应急部署不完备，导致洪涝灾害发生后，出现应急响应不及时、应对措施不精准、现场组织混乱等问题。（2）重视洪水智慧化预警系统的建设在洪涝治理方面，精准的监测和预报系统有助于延长预警的预见期，对于人员的及时疏散和抢险至关重要。智慧化手段是未来城市防洪与调度的发展方向，北方城市可以学习南方洪涝频发城市的相关措施，建设城市洪涝预报模型与系统，重视人工智能等先进技术在气象预报和调度方面的应用，在洪水来临前，最大限度地规避损失。（3）完善城市基础排水设施此次暴雨事件使郑州市暴露了排水系统标准太低的问题。河南省在历史上还同样遭受过因为台风形成的“758”大洪水，说明在该区域的地理位置和气候条件下，极容易形成特大暴雨。郑州市在城市建设中，应重视排涝标准，优化老旧排水管道，解决“雨污混排”、排水管道口径较小等问题。结合现有监测资料确定城市中的易涝点，在易涝区域增加排水管道数量，并通过“海绵城市”的建设，对积水点进行改造。此外，在城市规划中，应增加城区的洪涝蓄水空间，如整治天然河道、增大湖泊面积等。建设生态与排涝相结合的城市水体，对于削减超标准洪水来临时的受灾损失至关重要。5结语（1）“720”郑州特大暴雨是一场在“烟花”“帕斯卡”双台风作用以及在大气环流形势的影响下，叠加郑州市特殊的地形条件，形成的超千年一遇特大暴雨。在降雨过程中“列车效应”明显，降雨强度远超郑州市城区的排涝能力。（2）城市内涝的起因既有自然因素也有社会因素。在超标准降雨下，洪涝的发生几乎不可避免。但是，郑州市严重的洪涝灾害暴露出城市排水系统在设计和建设中的许多短板，包括雨水和污水混排，城市管道老旧、口径过小，天然蓄泄设施没有得到有效利用，城市化建设过程中土地硬化严重，应急设施和管理措施不完善等。（3）郑州洪涝灾害的发生应给予城市建设诸多启示：在城市建设过程中，应该对城市排水系统等基础设施的建设给予充分重视，完善建立信息化、智能化的预警系统，提升城市整体的防灾减灾水平；在管理方面，有关领导干部应增强风险意识，提升应急指挥能力，完善城市应急管理系统和抢险救援系统，同时，增强全民众的风险意识，提高自救、互助能力。参考文献：1张建云，王银堂，刘翠善，等.中国城市洪涝及防治标准讨论J.水力发电学报，2017，36（1）：1-6.2任建超，谢水波.基于海绵城市建设适宜性与内涝风险性的内涝防控策略研究J.水利规划与设计，2021，34（8）：60-67.3文艳.从海绵城市建设论城市洪涝风险管理体系J.水利发展研究，2016，16（11）：30-34.4王莉红，黄泓杰，崔胜辉，等.河南省“720”洪水灾害时空动态分析J.灾害学，2022，37（3）：205-211.5国务院灾害调查组.河南郑州“720”特大暴雨灾害调查报告R.北京：国务院灾害调查组，2022.6彭玮怡，薛宇峰，刘春雷.河南郑州“720”极端暴雨成因分析J.水利水电快报，2022，43（12）：8-15.7李娜，胡亚林，张念强.我国城市防洪体系建设与成就J.中国防汛抗旱，2019，29（10）：20-24.8国家防汛抗旱总指挥部办公室，中国水利学会减灾专业委员会.中国城市防洪（第一卷）M.北京：中国水利水电出版社，2008.学报，2022，41（8）：80-86.10王陇，宋孝玉，李蓝君，等.黄土高原沟壑区典型小流域径流变化趋势及归因分析J.水土保持研究，2021，28（4）：48-53.11张嘉仪，钱诚.1960-2018年中国高温热浪的线性趋势分析方法与变化趋势J.气候与环境研究，2020，25（3）：225-239.12裴金萍，马新萍.近50年来渭河干流中段径流变化特征研究J.干旱地区农业研究，2013，31（6）：214-219.13刘洋，韩晓旭，李丽娟.1980-2018年曹娥江中上游径流变化特征及归因分析J.水资源与水工程学报，2022，33（6）：53-61.14孙毅.气候变化与人类活动对大凌河流域水文水资源影响研究J.水利规划与设计，2018，31（4）：61-63.15赫晓慧，郑紫瑞，高亚军.降水和人类活动对北洛河径流变化的定量化研究J.水土保持研究，2017，24（3）：125-129.（上接第4页）2023年第6期甘肃水利水电技术第59卷 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