城市內澇防治需充分預估氣候變化的影響

周廣勝, 何奇瑾

1 中國氣象科學研究院,北京　100081 2 中國農業大學資源與環境學院,北京　100193

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城市內澇防治需充分預估氣候變化的影響

周廣勝1, 何奇瑾2

1 中國氣象科學研究院,北京100081 2 中國農業大學資源與環境學院,北京100193

周廣勝, 何奇瑾.城市內澇防治需充分預估氣候變化的影響.生態學報,2016,36(16):4961- 4964.

近年來,中國城市內澇災害頻發,不僅造成了慘重的人員傷亡和財產損失,也嚴重影響了城市經濟的正常發展。2007年7月18日,山東省濟南市因洪澇災害造成至少34人喪生,直接經濟損失達12億元[1]；2008年6月13日,深圳市因暴雨災害造成5人死亡、2人失蹤、數十萬人受災,全市1000多處內澇水浸,近萬家企業被迫臨時停業[2],直接經濟損失超過5億元[3]；2008年8月25日,上海市因暴雨災害造成中心城區150多條馬路積水,超過1.1萬戶民居進水,徐家匯等地一度交通嚴重擁堵[4]。2010年住房和城鄉建設部組織開展的全國范圍內351個城市調研發現,在2008—2010年的3年間,全國有62%的城市都曾發生過內澇事件,內澇發生3次以上的城市有137個[5]。2012年中國有184個縣級以上城市遭受了不同程度的內澇災害[6],特別是北京“7·21暴雨”,造成79人死亡、10660間房屋倒塌,160.2萬人受災,經濟損失116.4億元。以2012年的北京“7·21暴雨”為契機,中國相繼出臺了《國務院辦公廳關于做好城市排水及暴雨內澇防治設施建設工作的通知》(國辦發[2013 323號)、《城市排水(雨水)防澇綜合規劃編制大綱》、《城鎮排水與污水處理條例》、《室外排水設計規范》(GB 50014—2006,2014版)和《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》(國辦發[2014)27號)等政策和標準文件,建立了包括源頭控制設施、排水管渠設施和綜合防治設施的三段式城市內澇防治體系,強化了源頭控制政策措施,排水管網標準已經與國際普遍標準接軌,并確立了中國內澇防治標準,城市排水防澇標準化工作取得了階段性進展。由于城市內澇產生的原因非常復雜,如何系統有效地解決城市排水防澇難題已經成為當前國家面臨的嚴峻挑戰。特別是,2014年版的《室外排水設計規范》是以已經發生的強降水及其持續時間為基礎規定的城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期,沒有充分預估氣候變化影響導致的降水強度及其持續時間出現的新特征,從而將可能嚴重影響城市內澇防治體系的排水能力。

2011年修訂的《室外排水規范》首次提出城市內澇定義,即強降水或連續性降水超過城市排水能力,導致城市地面產生積水災害的現象。城市內澇防治的根本目的在于將降水期間的地面積水控制在可接受的范圍。根據2014年版的《室外排水設計規范》,城市內澇防治設計重現期,特大城市為50年到100年,大城市為30年到50年,中等城市和中小城市為20年到30年,表明特大城市內澇防治設施至少應能抵御50年到100年一遇的暴雨。新標準還提高了雨水管渠設計重現期,特大城市的中心城區為3年至5年,大城市為2年至5年,中等城市和小城市為2年至3年,表明特大城市中心城區的雨水管渠最低應能抵御3年一遇的暴雨。

研究表明,已經發生的全球氣候變暖不僅導致了許多熱帶地區和高緯度地區的降水量增多,而且使得強降水事件在美國、中國、澳大利亞、加拿大、挪威和墨西哥、波蘭和前蘇聯均有所增加[7]。全世界許多地區的研究都表明[8],20世紀后半葉中高緯度大部分地區的降水量增加,強降水或極端降水頻率也相應增加。氣候變化背景下降水強度與降水持續時間的變化必將嚴重影響當前基于已經發生的強降水或連續性降水規定的城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期,從而影響城市內澇防治體系的排水能力。為此,城市內澇防治體系在進行城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期的規劃時,應該充分預估已經發生的氣候變化的影響,以科學有效地實現城市內澇防治的源頭控制。

■氣候變暖背景下中國氣候變得澇時更澇

中國地處地球環境變化速率最大的季風氣候區,氣候條件年際變化很大,極端天氣氣候事件與氣象災害頻發。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出[9],過去60年中極端天氣氣候事件,特別是干旱、強降水、高溫熱浪等呈不斷增多與增強的趨勢。1901—2013年中國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(圖1)。1914—2013年中國地表平均氣溫上升了0.91℃,最近10—15年升溫趨緩,總體特征與全球一致。

圖1　1901—2013年中國地表平均氣溫距平變化(引自中國氣象局氣候變化中心《中國氣候變化監測公報(2013年)》)

氣候變暖背景下1901—2013年盡管中國全國平均年降水量并無顯著線性變化趨勢,但1961—2013年全國年累計暴雨站日數呈顯著的增加趨勢,增加速率達3.8%/10a(圖2)。

圖2　1961—2013年中國年累計暴雨日數變化 (引自中國氣象局氣候變化中心《中國氣候變化監測公報(2013年)》)

1961—2013年,中國全國區域性強降水事件的頻次也呈弱的增多趨勢(圖3),期間共發生390次區域性強降水事件,其中極端強降水事件37次,嚴重強降水事件81次,中度強降水事件158次,輕度強降水事件114次。

圖3　1961—2013年中國區域性強降水事件頻次變化(引自中國氣象局氣候變化中心《中國氣候變化監測公報(2013年)》)

研究表明[10],1956—2013年中國全國平均年暴雨量、平均年暴雨日數和年暴雨強度均呈增加趨勢,增加速率分別為3.18mm/10a、0.03d/10a和0.11mm/(d·(10a))。東部季風區1日、連續3日和連續5日最大降水量增加(減少)的站點數百分比分別為59.2%(40.8%)、54.4%(45.6%)和51.5%(48.5%),顯著增加(減少)的站點數百分比分別為5.1%(1.2%)、4.2%(2.5%)和3.7% (2.8%)。這表明,中國極端強降水事件頻數和強度確有增加趨勢,同時極端降水持續時間呈短歷時性傾向,使得氣候變暖背景下中國氣候變得澇時更澇。

■氣候變暖背景下中國強降水的強度及其持續時間均出現新的特征

降水強度及其持續時間直接關系到城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期,直接影響城市內澇防治體系的排水能力。研究表明,1960年以來中國極端降水事件和極端降水量與降水總量的比值均呈增加趨勢,四季(春、夏、秋、冬)的降水量均有向極端化方向發展趨勢。其中,西部地區四季的極端降水事件均呈顯著增加趨勢；江淮華南地區除秋季外均呈增加趨勢；華北、東北地區除冬季增加外其它季節增減參半[11]。

總體而言,中國的極端降水事件多發于35°N以南,特別是在長江中下游和江南地區以及青藏高原東南部,且在這些地區極端降水事件持續時間也較長。在季節分布上,極端降水事件主要出現在夏季,以低持續性事件為主。特別是,在中國東部地區發生的極端降水事件通常呈持續時間越長且其降水強度也越強的特征[12]。中國極端降水事件持續l 天的頻數占總頻數的70%以上,即中國大部分極端降水事件僅能持續1 天；持續2天的極端降水主要分布在江南、西南、東南沿海與華南沿海等地區；持續3 天的極端降水主要發生在云貴高原西部和長江以南的東南地區；持續4天及以上的極端降水發生較為偶然,主要發生在中國南方多雨地區和云貴高原西部。同時,中國持續l 天的極端降水強度呈東南向西北減弱趨勢,東南部地區強度都在40mm/d以上,強度大于70 mm/d的降水主要發生在華南沿海和長江中下游部分地區,西北大部分地區強度在20 mm/d以下；持續2天的極端降水強度分布與持續l 天的差異在于70 mm/d以上的降水范圍更大；持續3天的極端降水主要發生在東部地區,且強降水的范圍進一步擴大,特別是華南沿海局部地區強降水強度進一步增大；持續4天以上的極端降水事件主要分布在中國南方,且在部分站點強度也更強[12]。強度較大(50mm/d以上)的降水主要發生在105°—122°E之間和35°N以南,而持續時間越長、強度也越強的極端降水事件主要發生在100°—122°E之間、40°N以南的中國東部地區。盡管高持續性極端強降水事件發生次數較少,但由于降水的強度更大、持續時間更長,由此帶來的降水量也越多,更容易造成城市積水以及泥石流等災害,對社會經濟和人民生命財產的危害不容忽視。

■中國城市內澇防治展望

城市內澇防治是一項系統工程,涵蓋從雨水徑流產生到末端排放的全過程控制,包括產流、匯流、調蓄、利用、排放、預警和應急等。盡管2014年版的《室外排水設計規范》規定了中國城鎮雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期,但由于氣候變化背景下中國的強降水強度及其連續時間均出現了新的特征,而且其空間分布也發生了變化。因此,迫切需要在規劃城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期時考慮氣候變化背景下中國不同區域城市強降水強度及其持續時間的變化特征,以確保城市具有足夠的排水能力,有效減少城市內澇災害的發生。

[1]張明泉, 張曼志, 張鑫, 張勝平. 濟南“2007·7·18”暴雨洪水分析.防汛與抗旱, 2009, (17):40-44.

[2]王強, 張華, 王青, 李書勇. 深圳河流域“6·13”特大暴雨洪水特性分析. 長江工程職業技術學院學報, 2009, 26(1):33-35.

[3]搜房網. 深圳雨災損失約5億. 暴雨沒走遠明天或又來[EB/OL]. [2008-06-16]. http://news.SZ.soufun.com/2008-06-16/1836011.html.

[4]中華人民共和國中央人民政府門戶網. 上海百年一遇強暴雨致中心城區150多條馬路積水[EB/OL]. [2008-08-25]. http://www.gov.cn/jrzg/2008-08/25/content_1078983.html

[5]朱思誠, 任希巖. 關于城市內澇問題的思考. 行政管理改革, 2011, 11:62-66.

[6]車伍, 楊正, 趙楊, 李俊奇. 中國城市內澇防治與大小排水系統分析. 中國給水排水, 2013, 29(16):13-19.

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[9]IPCC. IPCC fifth assessment report (AR5). Cambridge: Cambridge University Press.2013

[10]任國玉, 任玉玉,戰云健, 孫秀寶, 柳艷菊, 陳峪, 王濤. 中國大陸降水時空變異規律——II. 現代變化趨勢, 2015, 26(4):451-465.

[11]閔屾, 錢永甫. 我國近40年各類降水事件的變化趨勢. 中山大學學報：自然科學版, 2008, 47(3):105-111.

[12]王志福, 錢永甫. 中國極端降水事件的頻數和強度特征. 水科學進展, 2009, 20(1):1-9.

2016-08-18

10.5846/stxb201608181689

周廣勝,博士、研究員、博士生導師、中國氣象科學研究院副院長，世界氣象組織(WMO)農業氣象學委員會(CAgM)委員、全國生態保護與建設專家咨詢委員會委員。主要從事生態系統對氣候變化的響應與適應研究。發表學術論文300余篇。E-mail: gszhou@cams.cma.gov.cn

導讀： 城市內澇防治是一項系統工程,包括源頭控制設施、排水管渠設施和綜合防治設施。城市降水的強度及其持續時間是源頭控制中首先需要考慮的要素,直接影響到城市排水能力的設計。已經發生的氣候變化導致了中國不同區域的降水強度及其持續時間的顯著增加。強度較大的降水主要發生在105°—122°E之間和35°N以南,而持續時間越長、強度也越強的極端降水事件主要發生在100°—122°E之間、40°N以南的中國東部地區。建議,城市內澇防治體系在進行城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期的規劃時,應該充分預估已經發生的氣候變化的影響,以科學有效地實現城市內澇防治的源頭控制。