深圳市“4·11”暴雨洪水分析
2022-05-18 23:09:27程遙紀彭
水利水電快報 2022年5期
程遙 紀彭
摘要：隨著中國城市化進程加快，城市區域下墊面的變化引起降水產匯流變化，給城市防洪帶來了新的挑戰。研究了2019年4月11日深圳市羅湖區和福田區出現的短時強降雨引發的洪水，分析了城市化下墊面硬化和匯流管網化對洪峰出現時間的影響。結果表明：與天然徑流過程相比，此次暴雨引發洪水的漲水歷時、峰現時間均縮短了40 min，退水歷時縮短了45 min。研究成果可供城市防洪工程參考。
關鍵詞：暴雨洪水; 匯流特性; 峰現時間; 城市化; 下墊面; 深圳市
中圖法分類號：TV122.1 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.05.001
文章編號：1006 - 0081（2022）05 - 0008 - 04
0 引 言
中國城市化進程的加快，形成了城市“熱島效應”和城市高樓“雨島效應”，造成城市短時極端性災害天氣頻發，主要表現為強降雨來得急、強度大。而城市區域下墊面的變化，如地面硬化和大量管網布設又引起了產匯流的變化[1-2]。在相同降雨條件下，產流量變大，匯流速度加快。因此，造成城市排洪管網和河道漫溢，易引發城市內澇和其他次生災害。本文以深圳市2019年4月11日的短時極端強降雨（簡稱“4·11”暴雨）為例，對在城市化下墊面條件下的匯流特性進行分析，為城市防洪的“預報、預警、預演、預案”四預工作提供技術支撐。
1 “4·11”暴雨情況
2019年4月11 日21：30～22：00，受強對流天氣影響，深圳市出現了暴雨、局地大暴雨。全市最大10 min雨量39.7 mm，最大0.5 h雨量73.4 mm，最大1 h累積雨量80.6 mm。瞬時強降雨導致部分街道積水成河，并引發了羅湖區筆架山河和福田區鳳塘河局地洪水，造成11名河道施工人員被突發的洪水沖走溺亡。事故的主要原因是突發短時強降雨和城市化下墊面硬化及管網匯流形成極快的河道洪水，造成預警時間短，人員轉移不及時。
2 技術路線
“4·11”暴雨洪災造成人員傷亡的筆架山河和鳳塘河，均未設置水文測站。筆架山河和鳳塘河以及位于二者之間的新洲河均發源于塘朗山南坡，同位于城市核心區，流域內城市化水平較高，流域下墊面特性比較一致。因此，為了便于分析此次暴雨并使結果更具可比性，選擇新洲河作為分析對象（圖1）。在此次暴雨中，新洲河流域也位于暴雨中心區域。從流域特性和此次暴雨特性來看，具有較高的相似性。新洲河中游設有景田水位站，收集有完整的降雨和水位資料，上游的梅林水庫站收集有完整的降水資料，具備分析的基本條件。
本次分析以景田水位站作為分析斷面。上述3個流域中，雖然新洲河流域面積最大，但景田站的控制流域面積與筆架山河和鳳塘河面積相近（見表1），分析結果更具可比性。降雨數據采用梅林水庫站與景田站的實測降雨數據（面雨量采用兩站平均值），實測水位采用景田站實測水位數據。
以《廣東省暴雨徑流查算手冊（1996年）》中的洪水計算方法為基礎，計算城市化以前新洲河流域的降雨及產匯流過程。通過與實測水位變化過程進行對比分析，估算流域洪峰出現時間的變化情況[3]。
3 新洲河流域及景田站特性
新洲河集水面積21.51 km2，流域河長9.66 km，流域平均比降約為7.99‰。新洲河景田水位站為新洲河中游段的控制站，該站位于深圳市北京大學醫學院附屬醫院門診部西側500 m（景田小區左側），控制面積11.10 km2。測驗斷面低水水面寬9 m，河道為梯形明渠硬化河床，河道底坡平緩，斷面穩定。景田水位站設立于2006年，有水位、流量、懸移質含沙量、降水等測驗項目，已經連續收集了10余年的資料。通過多年的流量測驗證實，該斷面的水位流量關系為單一線關系，即最高水位與最大流量出現時間同步。建站以來最高水位9.39 m和最大流量56.2 m3/s均發生在2007年6月10日。
“4·11”暴雨期間，上游梅林水庫正在進行大壩加固工程，水庫沒有蓄水，本次分析不考慮上游梅林水庫影響。
4 雨型分析
根據梅林水庫站與景田站實測降雨數據分析，兩站降雨過程基本一致，降雨起始時間均為4月11日21：30，最大降雨量出現在21：50，22：00后降雨趨于結束（表2）。各時段降雨量和最大10 min降雨量見表2，3和圖2。
5 實測水位過程情況
根據景田水位站實測水位過程線分析，降雨初期水位為6.38 m，于21：44開始漲水，22：00達到最高水位8.80 m，漲水歷時共15 min，漲幅2.42 m。通過該站水位流量關系曲線推算，洪峰水位對應的洪峰流量為49.2 m3/s，于23：50回落至暴雨初期時水位，退水歷時共1 h 50 min（圖3）。從開始降雨到開始漲水，時間間隔為14 min，從最大降雨到最高水位出現時間間隔為10 min。
6 天然條件下洪水還原計算
本次計算基于新洲河景田站控制流域實測降雨，采用《廣東省暴雨徑流查算手冊（1996年）》綜合單位線法推求流域天然洪水。
以各時段凈雨量乘以計算單位線，得出該時段凈雨產生的地表徑流過程，最后將同一時刻t對應的各時段凈雨產生的地表徑流量累加，可得時刻t的徑流量。
經分析計算可得：洪峰流量為49.15 m3/s，洪峰出現時間約為22：30，漲水歷時55 min，退水歷時2 h 35 min，總洪水歷時約3.5 h。從開始降雨到開始漲水時間間隔為15 min，從最大降雨到最高水位出現時間間隔為50 min（見圖4）。
7 對比分析
根據以上分析，假設綜合單位線法推算成果代表2003年以前流域下墊面水平，則成果基本可代表天然流域產匯流情況。由對比可推算出：由于城市建設，下墊面硬化及坡面匯流管網化，漲水歷時從55 min縮短至15 min，峰現時間縮短了40 min，退水歷時從2 h 35 min縮短至1 h 50 min，縮短了45 min（見圖5和表3）。通過對景田站的分析可知，雖然這次暴雨洪水量級不大，但具有突發性強和短歷時強度大等特點，這是造成人員傷亡和重大財產損失的主要原因之一。
8 結 語
在城市化進程中，大面積的地面硬化和密集的排水管網，顯著改變了流域下墊面的特性，使產匯流時間縮短，徑流量更加集中，洪峰峰型更加尖削，增大了洪峰流量。加之城市熱島效應引起的短時極端性暴雨頻發，使城市河流的洪水發生頻率增大，洪水對城市的危害更嚴重，城市防洪壓力更大。因此，需要從匯流源頭采取水源含蓄措施，如增加滲水林（草）地建設和城市濕地公園建設、在小區開展生物滯留系統建設等，使雨水徑流遲滯，延長匯流時間，降低洪峰水位和洪峰流量。
本文分析主要針對洪峰出現時間的變化，后續研究需要結合前期土壤含水量等因素，得到更為精確的計算成果。
參考文獻：
[1] 武晟，汪志榮，張建豐，等.不同下墊面徑流系數與雨強及歷時關系的實驗研究[J].中國農業大學學報，2006，11（5）：55-59.
[2] 賀寶根，陳春根，周乃晟.城市化地區徑流系數及其應用[J].上海環境科學，2003，22（7）：472-475，516.
[3] SL 278-2020 水利水電工程水文計算規范[S].
（編輯：李 慧）
Analysis of "4·11" storm flood in Shenzhen City
CHENG Yao，JI Peng
（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources
Commission， Wuhan 430010， China）
Abstract： With the acceleration of China's urbanization， the changes in the underlying surface in urban areas have led to confluence variation， which have resulted in? problems of urban flood control. Based on a case study of storm flood caused by a short-period heavy rainfall in Luohu and Futian districts， Shenzhen City， on April 11th， 2019， the influence of underlying surface induration due to urbanization and convergence pipe network on flood peak time was analyzed. The results showed that compared with the natural runoff process， the flood duration and the peak time were both shortened by 40 minutes， and the flood receding time was shortened by 45 minutes， which could be used as a reference for urban flood control projects.
Key words： storm flood; confluence characteristics; flood peak time; urbanization; underlying surface; Shenzhen City
收稿日期：2021-07-08
作者簡介：程 遙，男，工程師，主要從事水文勘測及水文計算方面的工作。E-mail：470225835@qq.com
