城市暴雨徑流變化成因分析及有關(guān)問題探討

方家波

摘 要：近幾年，我國城市建設(shè)迅猛發(fā)展，這在推動國民經(jīng)濟發(fā)展的同時，城市化也使城市天然水文、水力特性發(fā)生變化，埋下了洪災(zāi)隱患。筆者從城區(qū)面積、熱島效應(yīng)、排水系統(tǒng)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(jiān)測的有效對策，旨在降低洪災(zāi)發(fā)生風(fēng)險，為城市居民生命安全提供保障。

關(guān)鍵詞：城市暴雨；徑流變化；成因；預(yù)測預(yù)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(fā)生較大變化，給當(dāng)?shù)乇┯陱搅餍纬蓷l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(fā)生風(fēng)險。其中，導(dǎo)致城市暴雨徑流變化的原因有：

1.城區(qū)面積不斷延伸，增加不透水面積

據(jù)調(diào)查，新中國成立初期，北京城區(qū)面積約為18km2，發(fā)展至今城區(qū)面積已經(jīng)擴大至490km2左右。城區(qū)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(qū)域下滲幾乎為零，這在一定程度上減少了洼地蓄水，導(dǎo)致徑流量、產(chǎn)流速度增加。

2.城市化形成熱島效應(yīng)，增加暴雨極端事件

城市化進程雖然推動了我國國民經(jīng)濟的發(fā)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(yīng)，導(dǎo)致城市降雨特性特別是突發(fā)性暴雨特性發(fā)生較大變化，提高了局部強降雨的發(fā)生率。

3.城市排水系統(tǒng)逐步健全，增加回流水力效率

為了保證降雨后公共設(shè)施能盡快恢復(fù)正常功能，各大城市積極建設(shè)雨水管道網(wǎng)，地下排水管道數(shù)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(jiān)測的有效對策

1.布設(shè)城市水文監(jiān)測站網(wǎng)

站網(wǎng)布設(shè)、城市產(chǎn)匯流模擬是城市水文建設(shè)的重要內(nèi)容，布設(shè)城市水文站網(wǎng)首先需要系統(tǒng)分析雨量站布設(shè)密度問題。其中，市政基礎(chǔ)設(shè)施參數(shù)中高程設(shè)計允許誤差直接決定了雨量站布設(shè)密度。各雨量站代表性區(qū)域面積=單元面積雨量計算允許誤差×總集水面積/高程設(shè)計允許誤差。流量站密度應(yīng)該根據(jù)區(qū)域內(nèi)水流方向及流量進行設(shè)置。同時積極應(yīng)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(jiān)測

監(jiān)測暴雨最常用的方法有天氣雷達遙感估測法、氣象衛(wèi)星遙感估算法、地面雨量儀器直接測量法。雨量站觀測數(shù)據(jù)可以將該地區(qū)所在降雨過程直接反映出來，然而該方法不能反應(yīng)降雨空間變異性。雷達測雨數(shù)據(jù)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(yīng)該結(jié)合兩種測雨數(shù)據(jù)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)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(wèi)星資料預(yù)測24小時內(nèi)降雨情況，延長洪水預(yù)報的預(yù)見期。

3.落實城市暴雨洪水預(yù)測

關(guān)于城市暴雨洪水的預(yù)測主要包括兩方面的內(nèi)容：城市流域暴雨徑流預(yù)報、城市地下空間洪水預(yù)報。城市化進程使得天然下墊面水文特性、水力特性發(fā)生較大變化，如果單純采用降雨徑流預(yù)報不能真實反應(yīng)城市洪水情況。因此，首先需要分析城市洪災(zāi)的孕災(zāi)環(huán)境，確定城市下墊面的特征，根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果及數(shù)值模擬結(jié)果掌握城市化下墊面變化規(guī)律，創(chuàng)建城市地理信息系統(tǒng)后，再采用分布式水文模擬法創(chuàng)建城市暴雨洪水預(yù)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(shè)置的是合流制排水管網(wǎng)，所以可在已有成果上，聯(lián)合使用理論分析法、室內(nèi)試驗法、數(shù)值計算法等，對管網(wǎng)明滿流過渡機理及數(shù)值模擬、非恒定流水力特性等進行研究。此外，在構(gòu)建分布式暴雨洪水預(yù)報模型后，還需要結(jié)合城市防洪規(guī)劃及汛期實時調(diào)度需求，有針對性創(chuàng)建城市地下空間洪水預(yù)報模型。

4.及時發(fā)布警戒或預(yù)告

城市暴雨洪水具有突發(fā)性強、歷時短的特點，所以在短時間內(nèi)難以根據(jù)降雨將徑流及洪水過程預(yù)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(yù)測到某地區(qū)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(fā)布預(yù)告，讓該地區(qū)的居民做好準(zhǔn)備。如果收到會形成洪水的降雨通知，那么就需要立刻發(fā)布警報，提醒該地區(qū)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(jié)語

總而言之，城市化的發(fā)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(yīng)該加強城市水文建設(shè)，針對城市暴雨洪水的特點，創(chuàng)建城市洪水預(yù)報模型，落實城市洪水風(fēng)險預(yù)測工作，有針對性制定洪水管理方案。

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