济南市主城区内涝积水特征及成因分析

内涝点进行实地调查ꎬ 获得积水时长和积水深度数
综合以上内涝点空间分布特征规律ꎬ 地形、 铁
数量共 ７１ 个ꎮ ２０１８ 年 ６—７ 月对主城区内的 ７１ 个
据ꎮ 不透水表面数据来源于清华大学地球系统科学
系发 布 的 ＦＲＯＭ￣ＧＬＣ ( Ｆｉｎｅｒ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ
ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｇｌｏｂａｌ Ｌａｎｄ Ｃｏｖｅｒ) 数据库ꎬ 分辨
铁路缓冲区 ２００ｍ 范围内ꎬ 约占总体内涝点数量的
含有内涝点的 ４０ 个汇水区作为基本研究单元ꎮ 由
４３ ７％ ꎮ 其中距铁路 ５０ｍ 范围内内涝点数量较多ꎬ
ꎬ 本文将
１００ｍ、 １００ ~ ２００ｍ 范围内内涝点数量较少ꎬ 各占铁
地、 林地、 草地、 荒地) 比率ꎬ 不透水表面比率、
水系的空间关系来看ꎬ 有 １８ 个内涝点位于距离水
缓冲范围ꎬ 统计落在缓冲区范围内的城市内涝点个
数ꎮ 内涝成因分析以汇水区为基本单位展开ꎮ 利用
ＡＲＣＳＷＡＴ 将研究区域划分为 ２５４ 个汇水区ꎬ 选取
其次是位于 ５０ ~ ７５ｍ、 ７５ ~ １００ｍ 海拔范围内的内
以上的内涝点数量最少ꎬ 仅占总体的 ２ ８％ ꎮ 从内
涝点与铁路的空间关系来看ꎬ 有 ３１ 个内涝点位于
文气象资料与社会经济数据从水循环角度揭示了北
济南市南 依 泰 山 余 脉ꎬ 多 丘 陵 山 地ꎬ 中 部 平
坦ꎬ 北临黄河ꎬ 地势自南向北逐渐降低ꎮ 受温带季
京城市内涝形成的原因ꎮ ②应用相关分析方法构建
风气候的影 响ꎬ 济 南 市 降 雨 呈 现 时 空 差 异ꎮ 时 间
上ꎬ 夏季 ７、 ８ 月份降雨量较大ꎬ 占全年降雨量的
于城市内涝受地形、 土地利用现状、 雨水管网系
统、 水系统多等种因素的复合影响
[１１￣１４]
流域河网密 度、 雨 水 管 网 密 度、 各 用 地 类 型 ( 耕
平均坡度 作 为 自 变 量ꎻ 将 流 域 内 涝 程 度 ( 内 涝 点
密度 ＝ 流 域 内 涝 点 个 数 / 流 域 面 积ꎬ 单 位: 个 /
ｋｍ ２ ) 作为因变 量 探 求 导 致 城 市 内 涝 的 关 键 因 素ꎮ
占铁路 周 边 积 水 点 数 量 的 ７４ ２％ ꎻ 距 铁 路 ５０ ~
路周边积水点数量的 ９ ７％ 、 １６ １％ ꎮ 从内涝点与
系 ２００ｍ 范围内ꎬ 约占总体内涝点数量的 ２５ ３％ ꎮ
其中位于 ０ ~ ５０ｍ 与 １００ ~ ２００ｍ 范围内内涝点数量
从内涝点的海拔分布特征来看ꎬ 海拔 ５０ｍ 以
济南市内涝空间分布特征利用地理信息系统
下的内 涝 点 数 量 最 多ꎬ 约 占 总 体 数 量 的 ７０ ４％ ꎻ
据与水系、 铁路、 城市绿地等矢量数据计算相应的
涝点数量各占比分别为 １６ ９％ 、 ９ ９％ ꎻ 海拔 １００ｍ
(ＡＲＣＧＩＳ) 中缓冲区分析ꎬ 结合主城区 ＤＥＭ 栅格数
与高架桥上方的大量径流ꎬ 瞬时水量的增加超出现
２８ ０９
８８ ４６
０ ００
１４ ３１
０ ００
２ ７１
０ ００
１ ５６
０ ００
０ ７５
０ ００
０ ０７
０ ５６
１６ ８９
程度汇水区进行空间自相关分析ꎮ 如图 １ 所示ꎮ 根
据空间自相关报表ꎬ Ｍｏｒａｎｓ Ｉ 指数为 ０ ３６ꎬ ｚ 得分
状数 据 来 自 于 地 理 国 情 监 测 云 平 台ꎬ 分 辨 率
为 ３０ｍꎮ
３ 研究结果
３ １ 内涝积水时长与深度
３ １６
经过 ２０１８ 年 ６—７ 月 内 涝 点 实 地 调 查ꎬ 发 现
０ ３２
０ ０７
３９％ 的内涝积水点积水情况有所缓解ꎬ 这与近年来
５６ ７８
的内涝积水点积水时间在 ０ ５ｄ 以下ꎬ 积水时长 １ｄ
快速城镇化背景下城市用地的扩张导致不透水
致模拟结果有所偏差ꎮ 相比之下ꎬ 相关分析可较为
ꎮ 据住房和城乡建设部调查显示ꎬ ２００８ 年至
影响ꎬ 但相关研究较少ꎮ 已有城市内涝研究多集中
地表增加ꎬ 自然 水 循 环 过 程 被 破 坏ꎬ 城 市 内 涝 频
发
[１]
客观准确地反映变量之间的关系ꎬ 排除干扰因素的
城市问题ꎮ 城市内涝成因的研究方法大致分为四
影响因素ꎬ 利用相关分析方法进一步确定致涝因
类: ①结合气象资料、 市政基础设施数据、 城市自
素ꎬ 并提出相应的内涝缓解对策ꎮ
然特征与内涝信息对内涝成因进行总结归纳ꎮ 如王
１ 研究区域概况
伟武等 [２] 从城市气候、 规划、 建设与管理等视角揭
示了内涝成因并提出防治对策ꎮ 宋晓猛等 [３] 利用水
个济南城市内涝点ꎬ 利用 ＡＲＣＧＩＳ 软件将其数字化
水点数量的 １１ ２％ ꎮ 从内涝点与绿地的空间关系
约占总体内涝点数量的 ６７ ６％ ꎮ 位于 ０ ~ ５０ｍ 距离
范围内内涝点数量最多ꎬ 约占 ５８ ３％ ꎻ 位于 １００ ~
得到内涝点矢量数据ꎬ 选取位于研究区域内内涝点
２００ｍ 距离范围内内涝点数量约占 ２９ ２％ ꎻ 位于 ５０
最多ꎬ 各占水系周边积水点数量的 ４４ ４％ ꎻ 位于
利用 ＳＰＳＳ ２５ ０ 对上述变量进行 皮 尔 逊 相 关 系 数
５０ ~ １００ｍ 范围内内涝点数量最少ꎬ 占水系周边积
２ ２ 数据来源
来看ꎬ 有 ４８ 个内涝点位于距离绿地 ２００ｍ 范围内ꎬ
分析ꎮ
内涝点数据参考 ２０１８ 年济南市交警公布的 ９９
进入市区ꎬ 河道过水能力不足极易造成洪水漫流ꎮ
小清河作为唯一外排河道未到达百年一遇的防洪标
准ꎬ 无法及时疏导洪水容易发生倒灌ꎬ 增加了主城
４７
２０２１ 年第 ３ 期
水文水资源
水利规划与设计
究范围ꎮ 区域总面积约为 ５９４ ６６ｋｍ２ ꎬ 平均坡度约
率为 ３０ｍꎻ 研究区域雨水管网分布图来源于济南市
林地、 草地、 灌木林地、 湿地、 水域及水利设施用
空间数据云ꎬ 分辨率为 ３０ｍꎻ 济南市水系分布数据
为 ５ ６７°ꎬ 海拔范围为 ５ ~ ５２５ｍꎬ 土地类型有耕地、
成因ꎮ 如赵晶 [８] 等借助 ＧＩＳ 空间统计工具通过分析
北京市内涝点空间分布规律研究了北京市城区扩张
河、 玉符河、 济南绕城高速为边界确定了主城区研
对内涝的影响ꎮ 其中ꎬ 城市水力学模型在内涝成因
研究、 内涝预测等方面应用较为广泛ꎬ 但往往受基
础数据资料、 研究尺度、 模型精度等问题的影响导
因变量
测度指标
内涝程度
最大值
最小值
中位值
平均值
自变量
地形
河网密度
雨水管网密度
/ ( ｋｍｋｍ － ２ )
/ ( ｋｍｋｍ － ２ )
３ １１
０ ００
０ ００
９ ６９
０ ３４
４ ８２
０ ５５
基础设施
/ ( °)
坡度
５ ３３
０ ０８
水系
５ ０６
０ ０９
０ ０４
０ ０４
土地利用 / ％
水文水资源
２０２１ 年第 ３ 期
水利规划与设计
ＤＯＩ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １６７２￣２４６９ ２０２１ ０３ ０１２
济南市主城区内涝积水特征及成因分析
姜芊孜ꎬ 李金煜ꎬ 王广兴
( 山东建筑大学建筑城规学院ꎬ 山东 济南 ２５０１０１)
摘要: 快速城市化和极端气候变化引发了严重的城市内涝问题ꎮ 文章以济南市主城区为例ꎬ 利用地理信息系统分
４８
~ １００ｍ 距离范围内内涝点数量约占 １２ ５％ ꎮ
路交通对济南市内涝点的分布具有重要影响ꎮ 济南
位于山前平原带ꎬ 地势南高北低ꎬ 北部黄河为“ 地
上悬河” ꎬ 防洪堤坝高出市区约 ２０ｍ [１５] ꎬ 使济南呈
水文水资源
２０２１ 年第 ３ 期
水利规划与设计
表 ２ 各汇水区自变量、 因变量统计
[６]
地理位置与气候条件为济南带来一定程度的城市内
涝威胁 [９] ꎮ ２００７ 年 ７ 月 １８ 日ꎬ 济 南 经 历 特 大 暴
等利用城市排水管网
雨ꎬ 造成房屋倒塌ꎬ 市区交通瘫痪ꎬ 造成 ３４ 人死
模拟系统在流域尺度下对昆明市内涝成因展开研
亡ꎬ ４ 人失踪ꎬ １７１ 人受伤 [１０] ꎮ 根据济南市城市总
不透水表明
比率
绿地率
２３ ８６
９ ８８
３ ７３
２ １４
６０ ４３
０ ８８
９６ ２７
７ ２２
０ １５
０ ９５
０ ４１
０ ００
１３ ８５
０ ９６
透水面积ꎬ 来自上层道路的地表径流通过垂直管道
直接流向下层道路ꎬ 地表径流汇集速度增加的同时
ꎮ 其次ꎬ 立交桥地区往往
位于 主 城 区 低 洼 位 置ꎬ 地 面 高 程 比 周 围 低 ２ ~
实际变量与城市内涝之间的函数关系以推断致涝因
素ꎮ 如吴健生 [４] 、 孙喆 [５] 等利用相关分析法探讨
了景观格局、 土地利用类型对城市内涝的影响ꎮ ③
５３％ ꎻ 空间上ꎬ 南部山区多分布暴雨及特大暴雨ꎬ
北部平原地区多分布短历时、 高强度暴雨ꎮ 独特的
运用水力学模型模拟不同降雨情景下的城市内涝情
况识别内涝成因ꎮ 如刘小梅
因素对城市内涝的影响ꎮ
有立交桥的排水能力范围ꎬ 增加了内涝灾害的发生
概率ꎮ 就河流水系而言ꎬ 随着城区范围扩大ꎬ 原城
区外部排水系统被纳入城内ꎬ 增加了城市内涝隐
患ꎮ 生活污水的排放与河道裁弯取直、 河道渠化等
减弱了河流的雨洪调蓄能力ꎬ 降低了河槽蓄水量ꎮ
因此当遭遇特大暴雨时ꎬ 南部山区流速较高的洪水
为 ５ ０６ꎬ Ｐ 值为 ０ ００ꎬ 表明内涝流域空间聚类分
布模式较为显著ꎮ 并且进一步借助局部自相关分析
结果发现大明湖周围有 ５ 个流域呈现 ＨＨ 聚集模式
分布ꎬ 有 １ 个流域呈现 ＬＨ 离散特性ꎮ 由此推断某
些致涝因素的存在使内涝流域呈现特殊的地理分
布ꎬ 可借助线性相关分析方法进一步明确相关致涝
析了内涝点空间分布特征ꎻ 以汇水区为单位ꎬ 运用回归分析探求了各致涝因素与内涝程度的关系ꎮ 从城市规划、
市政工程建设、 城市管理三方面提出了治理城市内涝的措施建议ꎮ 研究对济南海绵城市建设具有借鉴意义ꎮ
关键词: 城市内涝ꎻ 土地利用ꎻ 回归分析
中图分类号: ＴＵ９９２ 文献标识码: Ｂ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０２１)０３￣００４７￣０６
３ｍ
比率
６６ ５３
桥ꎬ 铁路桥、 高架桥的布设在垂直方向上增加了不
[１７]
未利用土地 灌木林地
１００ ００
洪水ꎮ 济南主城区内分布有大量过境铁路线与立交
输送距离被极大缩短
耕地比率 林地比率 草地比率
３ ３３
浅盆状地形ꎬ 暴雨来临时北部市区低洼处极易汇聚
[１６]
比率
ꎮ 桥下道路可在短时间内汇集来自地表周围
收稿日期: ２０２１￣０１￣２６
基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目( ５１９０８３３２ ) ꎻ 教育部
人文社会科学研究青年基金项目(１８ＹＪＣＺＨ０６６ ) ꎻ 山东省自然科学
基金博士基金项目( ＺＲ２０１７ＢＥＥ０７５)
作者简介: 姜芊孜(１９８８ 年—) ꎬ 女ꎬ 副教授ꎮ
Ｅ￣ｍａｉｌ: ｊｉａｎｇｑｉａｎｚｉ＠ ｓｄｊｚｕ ｅｄｕ ｃｎ
地、 建设用地、 未利用土地等ꎬ 类型比率见表 １ꎮ
表 １ 研究区域内土地利用类型比率
用地类型Biblioteka 各用地类型占比 / ％耕地
林地
草地
灌木林地
湿地
水域及水利设施用地
建设用地
未利用土地
３１ ６４
５ ７０
雨水管道规划总图ꎻ 济南市 ＤＥＭ 数据来源于地理
通过 ＯＰＥＮ ＳＴＲＥＥＴ ＭＡＰ 获取ꎮ 济南市土地利用现
究ꎬ 通过设置不同降雨重现期分析研究区内的径流
体规划( ２０１１—２０２０ ) 所 划 定 的 中 心 城 范 围ꎬ 以 黄
量并检验排水 管 网、 行 洪 通 道 的 运 行 状 况ꎮ 聂 俊
昆 [７] 以城市河网密集区域为例ꎬ 通过构建 Ｍｉｋｅ 系
列耦合模型模拟了雨水管网与河道对城市内涝的影
响ꎮ ④从内涝点属性与分布特征入手研究城市内涝
济南市政府推进的积水点改造施工密切相关ꎮ ５６％
１ ５８
以上的内涝点约占 ３％ ꎮ 有 ４７％ 的积水点积水深度
０ ７５
在 ５００ｍｍ 以下ꎮ 极端情况如积水在 １５００ｍｍ 以上
的地点ꎬ 大都位于桥区ꎬ 约占 ３％ ꎮ
２ 研究方法与数据来源
３ ２ 内涝积水点空间分布特征及分析
２ １ 研究方法
２０１０ 年ꎬ 中国 ３５１ 个被调查城市中有 ６２％ 发生了
在北京、 上海、 深圳等地ꎬ 以济南为例的研究文献
城市洪灾ꎬ 每年有 １３７ 个城市发生三次以上严重洪
较少ꎮ 本文以济南市实际内涝积水点数据为基础ꎬ
灾ꎬ 引发了交通瘫痪、 财产损失、 水污染等一系列
研究积水点在主城区内的空间分布规律并分析内涝