西安城市內(nèi)澇分布特征及其與降雨量的關(guān)系

高維英，李 明，李 菁(.陜西省氣象學(xué)會(huì)，西安 7006；.陜西省氣象臺(tái)，西安 7004；.南京市氣象局，南京 0009)

西安城市內(nèi)澇分布特征及其與降雨量的關(guān)系

高維英1，李 明2，李 菁3
(1.陜西省氣象學(xué)會(huì)，西安 710016；2.陜西省氣象臺(tái)，西安 710014；3.南京市氣象局，南京 210009)

利用西安市市政部門(mén)2007—2012年城市內(nèi)澇資料及相應(yīng)時(shí)段西安城區(qū)自動(dòng)氣象站逐小時(shí)降雨資料，對(duì)西安城區(qū)17例內(nèi)澇過(guò)程進(jìn)行了時(shí)空分布特征分析，對(duì)58個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)內(nèi)澇進(jìn)行了內(nèi)澇等級(jí)劃分并研究了積水深度與降雨強(qiáng)度的關(guān)系，建立了部分內(nèi)澇點(diǎn)積水深度與降雨量方程。結(jié)果表明：西安城市內(nèi)澇點(diǎn)空間分布較為均勻；內(nèi)澇發(fā)生頻率最高為41%，最低為18%；7—8月為城市內(nèi)澇發(fā)生高峰期，占年內(nèi)澇總次數(shù)的70%；07:00—08:00、15:00—16:00為城市內(nèi)澇日變化中兩個(gè)明顯的高峰時(shí)段；城市內(nèi)澇按積水深度劃分為微風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)等級(jí)，其中中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)內(nèi)澇占西安總內(nèi)澇次數(shù)的45%；短時(shí)強(qiáng)降水是造成城市積澇的主要原因，1 h和3 h降雨量是積水深度的重要影響因素。

城市內(nèi)澇；時(shí)空分布；降雨量；西安

近年來(lái)，廣州、北京、重慶、南寧、南昌等地因暴雨連遭水浸，發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇[1-4]，給人們生活帶來(lái)諸多不便，每年因城市內(nèi)澇造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)可觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年6—8月，西安發(fā)生城市內(nèi)澇7次，頻繁的內(nèi)澇嚴(yán)重影響了市民的生活。城市內(nèi)澇的發(fā)生與氣象條件緊密相關(guān)，強(qiáng)降雨是致災(zāi)的關(guān)鍵因素[5-7]。近年來(lái)中國(guó)氣象局重點(diǎn)強(qiáng)化強(qiáng)對(duì)流天氣的短臨預(yù)報(bào)預(yù)警工作。開(kāi)發(fā)了估測(cè)降水、風(fēng)暴單體追蹤、強(qiáng)回波區(qū)域報(bào)警和追蹤等多種短臨預(yù)報(bào)產(chǎn)品。尤其是降水預(yù)報(bào)和降水估測(cè)產(chǎn)品為強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警提供了客觀定量的依據(jù)[8]，成為做好城市內(nèi)澇的重要產(chǎn)品。因此研究城市內(nèi)澇時(shí)空分布特征及其與降雨的關(guān)系成為做好城市內(nèi)澇預(yù)報(bào)預(yù)警的首要任務(wù)之一。

1 資料來(lái)源及研究方法

利用西安市市政部門(mén)2007—2012年內(nèi)澇資料(包括內(nèi)澇點(diǎn)名稱(chēng)、積水深度、積水及退水時(shí)間等)及西安市城區(qū)自動(dòng)氣象站逐小時(shí)降雨資料，采用調(diào)查分析對(duì)內(nèi)澇進(jìn)行等級(jí)分類(lèi)；采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行內(nèi)澇深度與降雨關(guān)系的研究。

2 分布特征

2.1 空間分布

西安市共發(fā)生城市內(nèi)澇17例，平均每年3.4次。涉及內(nèi)澇點(diǎn)58個(gè)。其中城區(qū)13個(gè)，東郊11個(gè)，南郊13個(gè)，西郊9個(gè)，北郊12個(gè)，整體來(lái)看內(nèi)澇點(diǎn)空間分布較為均勻。

內(nèi)澇發(fā)生頻率的高低反映了該內(nèi)澇點(diǎn)排水能力的大小。從17例內(nèi)澇過(guò)程各內(nèi)澇點(diǎn)內(nèi)澇發(fā)生頻率來(lái)看，最高是大雁塔燈具城門(mén)前為41%；其次新寺路唐都醫(yī)院門(mén)口、二馬路、翠華路興善寺東街口、交大門(mén)前金海岸為35%；最低是紅旗東路、文景路為18%。

2.2 時(shí)間分布

2.2.1 月分布 如圖1所示，城市內(nèi)澇的月變化基本上呈正態(tài)分布，月季變化較大。內(nèi)澇過(guò)程從5月開(kāi)始迅速增加，7—8月處于高峰期，占年內(nèi)澇總次數(shù)的70%，9月迅速減少。內(nèi)澇災(zāi)害主要出現(xiàn)在短時(shí)強(qiáng)降水多發(fā)的5—9月。其它月份基本無(wú)內(nèi)澇發(fā)生。

2.2.2 日分布 從圖1可以看出：城市內(nèi)澇的日變化有兩個(gè)明顯的高發(fā)時(shí)段，第一時(shí)段為07：00—08：00，此時(shí)正值交通運(yùn)行高峰期，內(nèi)澇對(duì)市民生活造成極大影響，同時(shí)對(duì)城市安全運(yùn)行造成很大壓力。第二時(shí)段為15:00—16:00。這種雙峰型時(shí)間分布，與西安城市強(qiáng)降水的時(shí)間分布有極為密切的關(guān)系。

圖1 2007—2012年西安城市內(nèi)澇各時(shí)次頻次變化

3 內(nèi)澇等級(jí)劃分

根據(jù)內(nèi)澇災(zāi)害對(duì)交通要道、商業(yè)、居民社區(qū)、地上(地下)車(chē)庫(kù)等易損性承災(zāi)體的影響，將城市內(nèi)澇按積水深度劃分為四個(gè)等級(jí)(表1)：微風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)。

表1 西安市城市內(nèi)澇等級(jí)

根據(jù)此等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)西安58個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分，微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)為16個(gè)，占總內(nèi)澇點(diǎn)的28%；低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)為15個(gè)，所占比例為26%；中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)為26個(gè)，占總內(nèi)澇點(diǎn)的45%；基本無(wú)高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)內(nèi)澇發(fā)生。

4 內(nèi)澇與降雨量的關(guān)系

4.1 不同內(nèi)澇點(diǎn)積水深度與降水的關(guān)系

內(nèi)澇既有城市建設(shè)和發(fā)展的原因，也和氣象條件有密切關(guān)系。選取鐘樓、雁塔城防辦、興慶公園等9個(gè)附近建有雨量自動(dòng)站的內(nèi)澇點(diǎn)進(jìn)行研究。分析不同內(nèi)澇點(diǎn)多個(gè)強(qiáng)降水過(guò)程自動(dòng)站逐小時(shí)雨量、過(guò)程總降雨量與積水深度的相關(guān)關(guān)系。

從表2可以看出積澇深度與過(guò)程總降水量、小時(shí)最大降雨量均有較好的相關(guān)關(guān)系。積水深度與過(guò)程總降雨量的相關(guān)系數(shù)為0.444～0.953，對(duì)于同一個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在總降水量相同的情況下，不同的降水強(qiáng)度將會(huì)造成不同深度的積水，因此積水深度與過(guò)程總降雨量的相關(guān)系數(shù)的區(qū)間跨度較大。相比之下，積水深度與小時(shí)最大降水量的相關(guān)系數(shù)在0.742～0.980，區(qū)間跨度明顯較小，相關(guān)系數(shù)明顯高于與總降雨量的相關(guān)系數(shù)。因此1 h最大降水量是影響積水深度的主要因素。也就是說(shuō)，短時(shí)強(qiáng)降水是造成的城市積澇的主要原因。

表2 不同內(nèi)澇點(diǎn)積水深度與過(guò)程總降水量、小時(shí)最大降雨量的相關(guān)系數(shù)

4.2 不同降水過(guò)程積水深度與降水的關(guān)系

從部分強(qiáng)積澇過(guò)程來(lái)看，積澇深度與過(guò)程總降水量和小時(shí)最大降雨量的相關(guān)性都較好，但相關(guān)程度與降水過(guò)程的降水性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)降水為短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)，積水深度與小時(shí)最大降水量相關(guān)性較好。如2009-07-21，興慶公園站小時(shí)最大雨量達(dá)27.2 mm，而總降水量為29.2 mm，短時(shí)間的強(qiáng)降水造成了興慶公園附近的西影路陽(yáng)光小區(qū)出現(xiàn)了中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)內(nèi)澇；而2009-08-03的朝陽(yáng)門(mén)加油站的積澇過(guò)程，總降水量雖為30.0 mm，但在小時(shí)最大雨量為6.1 mm的情況下，僅出現(xiàn)了低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)內(nèi)澇。當(dāng)小時(shí)雨強(qiáng)不是很大，而降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，總降水量對(duì)積水深度的影響會(huì)比較明顯。如2009-08-28，降水持續(xù)時(shí)間從28日14:00持續(xù)到29日09：00，三橋阿房宮站小時(shí)最大雨量為7.0 mm，而總降水量為51.2 mm，持續(xù)的強(qiáng)降水造成了西三環(huán)紅光橋下出現(xiàn)中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)內(nèi)澇。

從以上的分析可看出，積水深度和小時(shí)降水量有著較高的相關(guān)性，但總降水量的影響也不能忽視。近年來(lái)在雷達(dá)及區(qū)域自動(dòng)站雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)的支撐下，降水估測(cè)產(chǎn)品不僅可以得到1 h產(chǎn)品，還可以得到3 h產(chǎn)品。為了考慮總降水對(duì)積水深度的影響，對(duì)近3 h降水量和積水深度進(jìn)行了相關(guān)關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)一些過(guò)程3 h降水和積水深度的相關(guān)性非常好。

5 部分內(nèi)澇點(diǎn)積水深度與降雨量關(guān)系的建立

對(duì)于部分積澇頻次高的內(nèi)澇點(diǎn)建立積水深度與1 h和3 h降水量方程(表略)。可以看出，在短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中，積水深度與1 h降雨量相關(guān)性較好。以交通大學(xué)門(mén)前的金海岸內(nèi)澇點(diǎn)為例(圖2a)1 h雨量和降水深度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.954 7。除此之外，有些內(nèi)澇點(diǎn)的積水深度也和3 h降水量密切相關(guān)。以二馬路積澇點(diǎn)為例(圖2b)，3 h降雨量和積水深度相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.855 9，達(dá)到顯著水平。

圖2 金海岸積水深度和1 h降雨量(a)、二馬路積水深度和3 h降雨量(b)的關(guān)系(積水深度單位為cm；降雨量單位為mm)

根據(jù)歷史樣本建立的積水深度與降水量統(tǒng)計(jì)方程，在實(shí)際業(yè)務(wù)中要進(jìn)一步檢驗(yàn)，并隨著樣本數(shù)的增加及時(shí)進(jìn)行方程系數(shù)的調(diào)整。

6 結(jié)論

(1)西安城市內(nèi)澇點(diǎn)空間分布較為均勻；內(nèi)澇點(diǎn)發(fā)生內(nèi)澇頻率最高為41%，最低為18%；7—8月為城市內(nèi)澇發(fā)生高峰期，占年內(nèi)澇總次數(shù)的70%；07:00—08:00、15:00—16:00為城市內(nèi)澇發(fā)生的兩個(gè)明顯的高峰時(shí)段。

(2)內(nèi)澇按積水深度劃分為微風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)等級(jí)，其中中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為內(nèi)澇發(fā)生的主要等級(jí)，占總內(nèi)澇次數(shù)的45%。

(3) 短時(shí)強(qiáng)降水是造成的城市積澇的主要原因，1 h和3 h降水量與積水深度具有很高的相關(guān)性，是積水深度的重要影響因素。

[1] 吳亞玲，李輝．深圳城市內(nèi)澇成因分析[J]．廣東氣象，2011,33(5)：39-41.

[2] 李茵茵，張維，溫晶，等．2009年3月28日廣州大暴雨的物理過(guò)程分析[J]．廣東氣象，2011,33(4)：7-10.

[3] 魯淵平，杜繼穩(wěn)．氣候變化與城市發(fā)展對(duì)城市氣象災(zāi)害的影響及對(duì)策[J]．災(zāi)害學(xué)，2008，23(S0)：7-10.

[4] 郭雪梅，任國(guó)玉，郭玉喜，等．我國(guó)城市內(nèi)澇災(zāi)害的影響因子及氣象服務(wù)對(duì)策[J]．災(zāi)害學(xué)，2008,23(2)：46-49.

[5] 薛春芳,王建鵬,薛榮,等．基于GIS的西安城市強(qiáng)降水內(nèi)澇預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)[J]．陜西氣象，2008,(3)：6-9.

[6] 莊紅波，高瑞泉，饒華炎．城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究[J]．氣象科技，2013,41(2)：378-383.

[7] 王建鵬，薛春芳，解以揚(yáng)，等．基于內(nèi)澇模型的西安市區(qū)強(qiáng)降水內(nèi)澇成因分析[J]．氣象科技，2008,36(6)：772-775.

[8] 李苗，逯張禹，胡志新．面雨量在城市內(nèi)澇預(yù)報(bào)中的應(yīng)用試驗(yàn)[J]．氣象與環(huán)境科學(xué)，2011,34(4)：19-25.

高維英，李明，李菁.西安城市內(nèi)澇分布特征及其與降雨量的關(guān)系[J].陜西氣象，2014(2)：17-20.

1006-4354(2014)02-0017-04

2013-01-25

高維英(1972—)，女，陜西長(zhǎng)安人，漢族，高工，從事氣象論文編輯及天氣預(yù)報(bào)研究。

陜西省氣象局預(yù)報(bào)員專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(2013Y-17)

B