城市街道暴雨洪水的成因浅析与预警

城市街道暴雨洪水的成因浅析与预警

周国良黄昌兴周建刚

（水利部水文局、广东省水文局江门分局）

摘要：作者以近年媒体报道的几次重大的城市雨涝为线索，简要分析了形成雨涝的水文气象成因，表明人类不当活动是致灾的重要因素，并提出了相应的具体减灾建议。

1 引言

近年，我国城市街道的暴雨洪水或严重积水事件频繁发生，且似乎呈日益增多的趋势，造成的灾害影响极为惊人，如2004年7月10～13日，北京、上海和广州这三个特大型城市相继发生严重城区暴雨积水，2007年7月中旬，重庆和济南两城市发生城区严重暴雨洪水或积水，其中济南仅2h的特大暴雨，就造成20余人死亡和巨大的财产损失。

这些事件增多，既有气候变化因素，极端气候事件发生频率增加，也有城市自身的水文气象因素，包括密集的人类生活影响和不当的城市建设因素。本文将浅要分析城市自身暴雨洪涝形成的水文气象因素，并提出可能的减灾措施建议。

2 街道积水的水文气象因素浅析

众所周知，城市是高密集的钢筋混凝土建筑集群的构建体，也是高密度人类生活区。城市形成的热岛效应，使夏季大气对流活动在城区附近得以加强，大大增加了局部大暴雨发生的机率。在我国，随着城市化的高速发展，这一效应越来越明显，比西方国家更为突出[5]。关于城市的影响，在Google网站的遥感图中，能非常直观和明显地看到城区与非城区的差异了。

城市街道暴雨积水或洪水的雨强有多大呢？由于降水空间分布的高度不均匀性，观测难度也大，收集完整的资料也很困难。作者借助新闻媒体披露的不完全信息，将近4年有较大影响的几次典型的暴雨资料，整理列于表1。

表1 我国近年城市典型暴雨降雨量（mm）

发生城市及地区发生时间主要降雨历时(h) 对应雨量折合1h雨强备注

济南市区2007.7.18 1 151 151 2h雨量168

重庆沙坪坝2007.7.17 1 56 56 日雨量262.8

北京北三环2007.8.6 1.5 91 61

北京玉渊潭2004.7.10 2 105 53 1h雨量60

上海市区2004.7.12 1 20 20 静安2h雨量26

广州五山2004.7.13 2 62 31

一般的城市暴雨，历时大多在2h以内，即足以构成重大影响。从发生时间看，绝大部分发生在7月份，表1中实例几乎都在7月中旬；最大1h雨强多在30mm以上，其中济南1h雨量竟高达151mm。实际上，昆明暴雨特性实例分析表明，24h的暴雨量，其中46～71%即集中于1h内[4]。

除了气象的热岛效应之外，城市水文因素更为重要。城市的大规模建设和快速扩展，显著改变了原有的下垫面，使得不透水层面比例增长，绝对面积增长更快[1][6]。

图1为我国一典型城市街区示意图，其中A为房屋。1980s前不仅房屋相对稀疏，且房屋周边的B区多为草地或裸地，房屋上的雨水落地后，也在B区渗入泥土，部分再经土壤流入河道，补充径流，这样仅C区为不透水面。近10余年，B区大规模改造为不透水的水泥面，即使有些细小的缝隙，对于较强的夏季暴雨，基本是全部形成城市街区径流，即产汇流面积显著扩大，不透水面包括A、B、C这3个区。假定不透水面以前约占整个城区面积

的10%，目前为80%，则同一城区，不透水面面积是以前的8倍，或者说产汇流区面积是原来的8倍。这使得同样密度分布的下水道口D，承负了原来8倍的汇流，从而更易造成城区积水或者雨涝。在一些起伏较大的路段或街区，在排水不及或排水系统不完善时，有时甚至会产生严重的街道洪水，如2004年9月初重庆开县县城发生的历时超过10h的城区洪水，城区最大积水深度超过6m，积水1.0～1.2m的主街道，目测的洪水流速超过2m/s。

从城市整体考虑，城市建设范围扩展的结果，使原来的农村郊区变为城区。假定城区半径扩大1倍，面积即为原来的4倍，使得城市总体效应更为明显，估计不透水水面积绝对量可达原来的32倍[1]。不透水面积比例的增加，使得可能经泥土净化而补充为河道径流的有用的水资源，直接转化为城市排涝的压力，增大了排水的压力，增大了城市雨涝的可能性。

此外，有些县城或新城区，排水设施根本就未建或虽建但迟迟不能运行，更易遭受城区雨涝袭击，2007年8月19日福州市大学城受“圣帕”台风登陆影响而被淹，就是典型的一例。

3 城市雨洪的评估和预警预报

3.1 城市雨涝的分析评估

现在，媒体中动不动就写“百年不遇”。但是，从专业角度，客观、科学地看待城市暴雨洪水的发生频率，对灾害的防治很有必要。

近年，我国水文气象部门开展了如下几个与之相关的重要研究工作：①设计暴雨点面关系研究；②气候变化问题；③极端气候事件及其引发的灾害影响评估。

这些科研工作开展的必要性论证中，有许多与本文相关的值得关注的信息。简言之，①暴雨空间分布极不均匀，凡与洪水相关的问题，都要考虑暴雨的点面关系，城市积水与洪水问题也不例外。随着站点的加密，能捕捉到以前难以捕捉的大雨量点，以点带面的分析，将会显著高估其真实的重现期。②气候永远处于变化之中，不同时期灾害发生频率和影响程度差异较大。近10余年，我国气候极端事件发生频率显著增加——例如，在有50年资料的今天，极端最高温度的极值，80～90%都是近20年内出现的——导致气象灾害发生频率明显增加，在为进行防灾准备时，应充分考虑气候变化的趋势。③灾害与人类活动密不可分，城市是人类居住的密集区，灾害造成的人民生命财产与经济损失的影响更为巨大，应是减灾关注的重点，必须从技术措施上得到加强。

3.2 城市雨涝的监测

目前，大多数城市都有多个暴雨监测点，象北京市城区，水文部门至少有10个以上的雨量点。由于暴雨雨量的空间分布差异极大，仅靠布设密集的雨量点监测，既不经济，对面雨量把握还很不够，且较为被动——降雨在落点本地开始才开始观测，预警的预见期较短。

美国等发达国家经过多年的探索研究，除继续使用自动雨量站信息外，目前已在业务中已广泛扩展应用了实时卫星和雷达探测信息，即以卫星探测和雷达探测测的雨量空间分布为基础，以地面自动雨量站观测数据进行实时校正，得到较密集的各格点面雨量的分布，为预警服务。

卫星、雷达和雨量站这三种不同信息源的监测也有机结合，以卫星做大范围监测，了解降雨的云系范围，判断可能的影响历时，且预见期较长；雷达信息在降雨云系比较接近预警的城市附近开始分析应用，判断是否影响该城市，何时开始，主要是哪一片城区或街道，路径如何。其中，在雷达监测应用中，雨量站信息已融入其中。对城市雨涝或雨洪预警有价值的几种降雨监测信息源，其监测空间范围、时间提前量或预见期也有差异，因而其价值也不同。按一般理解，其差异见表2。

表2 降雨量监测几种信息源的差异

信息源监测空间范围预警的预见期

气象卫星>500km >10h