城市暴雨徑流變化成因分析及有關問題探討

方家波

摘 要：近幾年，我國城市建設迅猛發展，這在推動國民經濟發展的同時，城市化也使城市天然水文、水力特性發生變化，埋下了洪災隱患。筆者從城區面積、熱島效應、排水系統三方面著手，分析了城市暴雨徑流變化的原因，并提出加強城市暴雨洪水監測的有效對策，旨在降低洪災發生風險，為城市居民生命安全提供保障。

關鍵詞：城市暴雨；徑流變化；成因；預測預警

一、城市暴雨徑流變化成因分析

隨著城市化進程的不斷推進，城市水文情勢發生較大變化，給當地暴雨徑流形成條件造成較大影響：城市污水顯著增多，徑流量及流速均增大，促使洪峰流量增大，增加了洪水發生風險。其中，導致城市暴雨徑流變化的原因有：

1.城區面積不斷延伸，增加不透水面積

據調查，新中國成立初期，北京城區面積約為18km2，發展至今城區面積已經擴大至490km2左右。城區面積不斷擴大后，大部分流域被屋頂、街道等不透水表面覆蓋。而不透水區域下滲幾乎為零，這在一定程度上減少了洼地蓄水，導致徑流量、產流速度增加。

2.城市化形成熱島效應，增加暴雨極端事件

城市化進程雖然推動了我國國民經濟的發展，但其改變了城市上空氣候條件，許多城市形成了熱島效應，導致城市降雨特性特別是突發性暴雨特性發生較大變化，提高了局部強降雨的發生率。

3.城市排水系統逐步健全，增加回流水力效率

為了保證降雨后公共設施能盡快恢復正常功能，各大城市積極建設雨水管道網，地下排水管道數量不斷增加，這顯著增加了城市雨水排泄量，促使徑流量、洪峰流量增加。因河道流速增大，懸浮固體及污染物輸送量會隨之增加，同時其也會使河床沖刷加劇，加大了河道洪水強度。

二、加強城市暴雨洪水監測的有效對策

1.布設城市水文監測站網

站網布設、城市產匯流模擬是城市水文建設的重要內容，布設城市水文站網首先需要系統分析雨量站布設密度問題。其中，市政基礎設施參數中高程設計允許誤差直接決定了雨量站布設密度。各雨量站代表性區域面積=單元面積雨量計算允許誤差×總集水面積/高程設計允許誤差。流量站密度應該根據區域內水流方向及流量進行設置。同時積極應用ADCP等先進自動測量裝置，達到無線遙測的效果。

2.加強城市暴雨洪水監測

監測暴雨最常用的方法有天氣雷達遙感估測法、氣象衛星遙感估算法、地面雨量儀器直接測量法。雨量站觀測數據可以將該地區所在降雨過程直接反映出來，然而該方法不能反應降雨空間變異性。雷達測雨數據克服了這一缺點，能將降雨分布情況反映出來，然而其精度較低。因此，應該結合兩種測雨數據，創建數據融合模型，就能獲得高精度的降雨信息。此外，還可利用氣象衛星資料預測24小時內降雨情況，延長洪水預報的預見期。

3.落實城市暴雨洪水預測

關于城市暴雨洪水的預測主要包括兩方面的內容：城市流域暴雨徑流預報、城市地下空間洪水預報。城市化進程使得天然下墊面水文特性、水力特性發生較大變化，如果單純采用降雨徑流預報不能真實反應城市洪水情況。因此，首先需要分析城市洪災的孕災環境，確定城市下墊面的特征，根據現場試驗結果及數值模擬結果掌握城市化下墊面變化規律，創建城市地理信息系統后，再采用分布式水文模擬法創建城市暴雨洪水預報模型。計算城市流域暴雨洪水的模型主要有以下幾類：（1）只給出洪峰流量，比如合理化公式；（2）給出洪峰流量、洪水過程線，比如芝加哥方法；（3）多用途模型，比如SWMM。我國大部分城市均設置的是合流制排水管網，所以可在已有成果上，聯合使用理論分析法、室內試驗法、數值計算法等，對管網明滿流過渡機理及數值模擬、非恒定流水力特性等進行研究。此外，在構建分布式暴雨洪水預報模型后，還需要結合城市防洪規劃及汛期實時調度需求，有針對性創建城市地下空間洪水預報模型。

4.及時發布警戒或預告

城市暴雨洪水具有突發性強、歷時短的特點，所以在短時間內難以根據降雨將徑流及洪水過程預報出來。為了減少洪水造成的損失，許多國家大都采用一般化警報措施。一旦預測到某地區有強降雨天氣條件時，就立刻通過電視、廣播等媒體向民眾發布預告，讓該地區的居民做好準備。如果收到會形成洪水的降雨通知，那么就需要立刻發布警報，提醒該地區居民做好防洪措施。若降水過大淹沒道路的堤道時，交通部門需要啟動燈光警報信號。

三、結語

總而言之，城市化的發展必定會加劇城市暴雨徑流變化。為了最大限度減少城市洪水造成的損失，應該加強城市水文建設，針對城市暴雨洪水的特點，創建城市洪水預報模型，落實城市洪水風險預測工作，有針對性制定洪水管理方案。

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