姜曉岑，莫偉強，尹淑嫻

（東莞市氣象局，廣東東莞 523086）

城市內(nèi)澇是指由于強降水或連續(xù)性降水超過城市排水能力，排水不暢導致城市內(nèi)產(chǎn)生積水的災(zāi)害現(xiàn)象，對人民的生命財產(chǎn)等造成了極大的威脅［1］。現(xiàn)有研究通過分析暴雨個例、結(jié)合氣象、地理和城市建設(shè)等多個方面綜合分析探討了內(nèi)澇的成因和治理方法［2-5］。天津［6］、北京［7］、武漢［8］、南昌［9］等城市根據(jù)各地的城市建設(shè)情況，通過建立數(shù)學評估模型、數(shù)值仿真模擬監(jiān)測系統(tǒng)等方式，對內(nèi)澇災(zāi)害進行了評估、模擬和預報預測。西安、湛江、南寧等城市使用內(nèi)澇監(jiān)測資料和降雨資料等，對內(nèi)澇分布特征、積水與降雨特性進行了總結(jié)［10-12］。

東莞市氣候溫暖，雨量充足，降雨多集中在4—9月，年平均降雨量約1 831.6 mm，最大年降雨量達 2 710.9 mm（2008年），年平均暴雨日8～9 d，歷史最多的年暴雨日達15 d（1966年）。同時，東莞地勢東南高、西北低，城區(qū)片（東城、莞城、南城、萬江）位于西部偏北地區(qū)，強降水發(fā)生時較易發(fā)生積澇，但目前尚未對東莞城市內(nèi)澇特征進行分析。因此，本研究使用東莞城市內(nèi)澇預報驗證系統(tǒng)提供的2017—2019年積水和降雨資料、SWIFT自動站資料、NCEP 1°×1°再分析資料、廣州雷達基本反射率資料，對東莞城區(qū)的內(nèi)澇特征及與降雨的關(guān)系進行分析，以便為今后防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)提供參考。

1 內(nèi)澇監(jiān)測系統(tǒng)簡介及內(nèi)澇概況

1.1 內(nèi)澇監(jiān)測系統(tǒng)

2017年至今，東莞城區(qū)共設(shè)置了18個內(nèi)澇監(jiān)測點，主要通過壓力式內(nèi)澇水位探頭、雨量計、攝像頭進行自動探測，觀測到雨量或積水數(shù)據(jù)時，內(nèi)澇水位監(jiān)測、雨量數(shù)據(jù)和現(xiàn)場圖片每5 min上傳一次至東莞城市內(nèi)澇預報驗證系統(tǒng)，無降雨時則每天 08：00、20：00（北京時，下同）進行圖片上傳，文中使用的積水水位和降雨數(shù)據(jù)均來自該系統(tǒng)。

1.2 內(nèi)澇概況

以積水深度達0.15 m以上，且持續(xù)時間超過30 min為一次內(nèi)澇事件的標準，2017年3月—2019年9月，全市18個內(nèi)澇監(jiān)測點中有15個點監(jiān)測到內(nèi)澇事件，共163次，最多為鴻福西路的41次。由于東莞內(nèi)澇監(jiān)測點主要分布在城市路邊或交叉路口附近，參考以往對于內(nèi)澇積水閾值的研究［13-15］，道路石沿高約0.15 m，汽車排氣口高在0.25～0.35 m，進氣口高在0.44～0.8 m，最終選取內(nèi)澇等級閾值為：積水深度0.15～0.25 m為輕度內(nèi)澇、0.25～0.4 m為中度內(nèi)澇、0.4 m以上為重度內(nèi)澇，經(jīng)統(tǒng)計，共監(jiān)測到輕度內(nèi)澇20次，中度內(nèi)澇58次，重度內(nèi)澇85次（表1），可見東莞城區(qū)內(nèi)澇發(fā)生頻繁，且重度內(nèi)澇較多。

內(nèi)澇與強降水密切相關(guān)，東莞內(nèi)澇事件發(fā)生在1、3—10月，其中，96%發(fā)生在4—9月，前汛期（4—6月）多于后汛期（7—9月），以 5月最多，有37次，其次為4月，有33次。

表1 各站點內(nèi)澇總次數(shù)及各內(nèi)澇等級次數(shù)

2 內(nèi)澇積水與降雨的關(guān)系特征

2.1 最大積水深度與降雨的關(guān)系

由于部分內(nèi)澇點監(jiān)測到的內(nèi)澇事件較少，所以選取內(nèi)澇次數(shù)前5的站點進行最大積水深度與降雨量關(guān)系的分析（表2）?？傮w上，各站點最大積水深度與1 h最大降雨量的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)普遍在0.7以上，其次為積水峰值雨量和30 min最大降雨量，可見，與長時間降雨相比，短時強降雨更易引起積水較深的內(nèi)澇。

表2 各站點積水深度與降雨量的相關(guān)系數(shù)

5個站點中，鴻福西路、凱旋門、雍華庭站的積水深度與1 h最大降雨量的相關(guān)性最好，鴻福西路和凱旋門站相關(guān)系數(shù)分別達0.799 3和0.793 5，相關(guān)關(guān)系如圖1所示。東陽學校則與30 min最大降雨量的相關(guān)性最大；八達路站的積水深度與5 min最大降雨量的相關(guān)性較大，但是相關(guān)系數(shù)值均較小，這可能與數(shù)據(jù)偏少有關(guān)。

圖1 鴻福西路站（a）和凱旋門站（b）的積水深度與1 h降雨量的相關(guān)關(guān)系

由于1 h最大降雨量與積水深度的相關(guān)性最好，所以結(jié)合1.2節(jié)中的3級內(nèi)澇標準，計算得到5個站點的1 h降雨量的內(nèi)澇風險閾值（表3）?？梢钥吹?，當1 h降雨量在11.8～23.0 mm時，城區(qū)大部分站點可能出現(xiàn)輕度內(nèi)澇，當1 h雨量達27.6 mm以上時，大部分站點可達中度內(nèi)澇等級，此時也已經(jīng)達到短時強降水的標準；當1 h降雨量在51.2 mm以上時，大部分站點將可能出現(xiàn)重度內(nèi)澇，這一結(jié)論對預報員發(fā)布暴雨預警時有一定的參考價值。

表3 一小時降雨量的內(nèi)澇風險閾值 mm

2.2 積水時長與降雨的關(guān)系

通過計算積水時長與30 min、1 h最大雨量、過程總雨量的相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，過程總雨量和1 h降雨量都對長時間積水有較明顯的影響。總體上表現(xiàn)為積水持續(xù)時間與過程總雨量有明顯的相關(guān)性，平均相關(guān)系數(shù)約0.633，最大相關(guān)系數(shù)為凱旋門的0.903；與1 h最大降雨量的平均相關(guān)系數(shù)約0.430 6，相關(guān)系數(shù)偏??；一定程度上說明過程總雨量較大更易導致內(nèi)澇長時間維持。同時，積水時長與最大積水深度也有一定的關(guān)系（平均相關(guān)系數(shù)約0.402 9），表現(xiàn)最明顯的站點為鴻福西路站，相關(guān)系數(shù)為0.589 3。

2.3 積水深度與降雨的時間變化關(guān)系

對163次內(nèi)澇事件統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，積水一般滯后降雨約5～30 min出現(xiàn)，平均滯后時間約20 min，出現(xiàn)積水時，累積雨量在0.6～64.6 mm，平均累積雨量為17.8 mm。積水峰值要滯后于5和30 min；積水峰值平均滯后5 min雨量峰值約34 min，滯后30 min雨量峰值約22 min；與1 h雨量峰值同時出現(xiàn)或提前于1 h雨量峰值出現(xiàn)，未表現(xiàn)出明顯的滯后。

由鴻福西路監(jiān)測站2019年4月20日11：40—16：45積水深度和降雨的時間變化曲線（圖2），可以較明顯地看出積水深度曲線的峰值落后于5和30 min降雨量峰值，而與1 h降雨的峰值則幾乎同時出現(xiàn)。

圖2 鴻福西路站的積水深度與降雨量的時間變化

3 致澇暴雨個例分析

2017年9月1日02：00 1716號臺風“瑪娃”在臺灣西南部海面生成，前期路徑曲折，但整體以西北行為主，3日21：30前后“瑪娃”在廣東汕尾陸豐市沿海登陸，受其環(huán)流影響，東莞普降暴雨到大暴雨（圖3a），3日20：00—4日 20：00全市自動氣象站觀測到最大日雨量220 mm，城區(qū)最大日雨量191.6 mm，2017年已建的8個城區(qū)內(nèi)澇站點中6個站監(jiān)測到內(nèi)澇事件，且均達中度以上內(nèi)澇等級，5個達重度內(nèi)澇，位于城區(qū)強降雨中心的港口大道站（圖3a，編號12）監(jiān)測到了東莞城市內(nèi)澇的最大積水深度1.67 m，凱旋門站（圖3a，編號3）監(jiān)測到最長積水時間13 h 40 min。

分析該次過程的大氣環(huán)流場發(fā)現(xiàn)，臺風“瑪娃”200 hPa輻散中心位于其西南側(cè)，925 hPa強輻合中心位于其中心附近，隨著“瑪娃”向東莞靠近，4日08：00—14：00東莞位于 200 hPa強輻散中心、925 hPa強輻合中心附近，500 hPa東莞主要受臺風環(huán)流控制，850 hPa受臺風切變控制，垂直抬升條件好；4日在臺風環(huán)流影響下，700、850 hPa濕度明顯增大，水汽充足；廣東南部海面最大CAPE值維持在2 700 J/kg以上，近地面西南風持續(xù)向陸地輸送暖濕氣流，為降雨提供了有利的能量條件（圖略）。地面瞬時風場上，4日08：00—11：00珠江口附近南風加大并向東莞匯合（圖3c），08：00—09：00城區(qū)附近多波動，促進了局地強雷雨的發(fā)展，09：00—11：00時受偏北、西北氣流影響，城區(qū)附近波動長時間維持，利于局地對流發(fā)展的同時也利于廣州一帶雷雨云團南下影響東莞。

4日04：30前后“瑪娃”靠近東莞，東莞市境內(nèi)的雷雨云團自東南向西北方向發(fā)展，07：30起城區(qū)附近降雨回波加強并南壓，08：12—09：00強降雨中心回波值達55～60 dBz（圖3b），各內(nèi)澇點普遍在 08：05—08：55之間、滯后降雨約20～30 min出現(xiàn)積水（圖 4a），08：20—09：00間最大5 min降雨量11.4～18.4 mm、30 min降雨量達35.6～97 mm，短時強降雨導致各內(nèi)澇點積水迅速達中、重度內(nèi)澇等級；09：00—11：00城區(qū)的雷雨回波強度維持，同時廣州一帶發(fā)展起來的強雷雨回波持續(xù)向東莞境內(nèi)移動，持續(xù)的強降雨使09：00—10：00間各內(nèi)澇點1 h降雨量達峰值（圖4b），其中4個點達100 mm以上，最大值為鴻福西路的116.4 mm，各站點的積水深度在1 h雨量峰值前后約5～15 min內(nèi)也普遍達到峰值；11：00后降雨強度漸趨減弱，直至20：00后臺風中心遠離，降雨趨于結(jié)束，期間總雨量相對較小、降雨持續(xù)時間短的東陽學校、八達路和雍華庭站的積水在11：00前后逐漸退去，總雨量大值中心附近、降雨持續(xù)時間較長的鴻福西路、凱旋門和港口大道站的積水則長時間維持（圖3a、圖4）。除了降雨因素外，內(nèi)澇也受地理位置、排水系統(tǒng)建設(shè)情況等多種因素影響，如港口大道站出現(xiàn)內(nèi)澇后較長時間的維持在重度內(nèi)澇等級，與其所處位置地勢較低（海拔高度0.56 m）也有關(guān)。

綜合以上分析可知，該次致澇暴雨在臺風影響的有動力、水汽和熱力環(huán)境下，局地波動長時間維持，促進局地對流發(fā)展，使降雨具有累計雨量多、小時雨強大的特點，導致城區(qū)出現(xiàn)中、重度內(nèi)澇。與統(tǒng)計特征表現(xiàn)一致的是，短時強降雨使城區(qū)內(nèi)澇積水較深，過程總雨量大導致內(nèi)澇積水長時間維持。

圖3 2017年9月3日20：00—4日20：00累計雨量（數(shù)字為表1中站點編號，單位：mm）（a）、9月4日08：48廣州雷達1.5°仰角基本反射率（單位：dBz）（b）、9月4日09：00地面瞬時風場（單位：m/s）（c）

圖4 9月4日07：35—21：55不同站點的積水深度（a）和1 h降雨量（b）的時間變化

4 結(jié)論

1）東莞城區(qū)內(nèi)澇發(fā)生頻繁，重度內(nèi)澇較多，內(nèi)澇事件多發(fā)生在前汛期（4—6月），以5月最多。

2）與長時間降雨相比，短時強降雨更易導致城區(qū)積水較深的內(nèi)澇。表現(xiàn)為最大積水深度與1 h最大降雨量的相關(guān)性最好，其次為積水峰值雨量和30 min最大降雨量，與累積雨量的相關(guān)性稍小。

3）1 h降雨量達27.6 mm以上時，城區(qū)大部可達中度內(nèi)澇等級；1 h降雨量在51.2 mm以上時，城區(qū)大部將可能出現(xiàn)重度內(nèi)澇，對發(fā)布暴雨預警有一定的參考價值。

4）過程總雨量和小時降雨量都對長時間積水有影響，但過程總雨量較大更易導致內(nèi)澇長時間維持。積水一般滯后降雨約5～30 min出現(xiàn)，平均滯后約20 min，出現(xiàn)積水時，平均累積雨量17.8 mm。積水峰值平均滯后5 min雨量峰值約滯后34 min，滯后30 min雨量峰值約滯后22 min。