舒子倩,石 宇,吳 慮,楊勝忠,李舒穎

(1.貴州省劍河縣氣象局,貴州 劍河 556400;2.貴州省貴陽(yáng)市環(huán)境信息中心,貴州 貴陽(yáng) 550002;3.貴州省凱里市氣象局,貴州 凱里 556000;4.貴州省黔東南苗族侗族自治州氣象局,貴州 凱里 556000)

0 引言

城市化發(fā)展和氣候變化使得城市洪澇災(zāi)害問(wèn)題日益嚴(yán)重[1],城市內(nèi)澇已成為中國(guó)城市防災(zāi)減災(zāi)體系和城市水資源管理中亟待解決的問(wèn)題,并制約著社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[2]。全球變暖引起氣候變化,區(qū)域氣候變化和城市化發(fā)展也同時(shí)改變了城市降水格局,城市化引起的城市“熱島效應(yīng)”和“雨島效應(yīng)”增加了城市降雨頻率與強(qiáng)度,直接誘發(fā)了城市暴雨內(nèi)澇,而造成內(nèi)澇的客觀原因是大強(qiáng)度的降雨[3-4]。

劍河縣城在2007年建成搬遷,隨著縣城的發(fā)展和人民生活需求的日益增長(zhǎng),劍河縣城管網(wǎng)排水能力已逐漸無(wú)法滿足當(dāng)前的排水需求,特別是當(dāng)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí),地表徑流超過(guò)城市管網(wǎng)排水能力,就會(huì)導(dǎo)致城市內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生,造成不同程度的人員傷亡和城市基礎(chǔ)設(shè)施的損壞,嚴(yán)重影響著城市運(yùn)行及人民生活[5-10]。

通過(guò)分析劍河縣城降雨變化趨勢(shì),結(jié)合城區(qū)的易澇點(diǎn)及歷史積水資料,得出內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分布特征及演變規(guī)律,開(kāi)展氣象條件致災(zāi)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究,有助于劍河縣內(nèi)澇災(zāi)害氣象決策服務(wù)更加精細(xì)化,為加強(qiáng)城市災(zāi)害的應(yīng)急處置和應(yīng)對(duì)防范能力體系建設(shè)提供氣象服務(wù)支撐。

1 資料與方法

采用2007—2021年劍河縣國(guó)家氣象觀測(cè)站臺(tái)站降水?dāng)?shù)據(jù)、DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)地理資料及2019—2021年劍河縣城易澇點(diǎn)道路積水觀測(cè)數(shù)據(jù)。利用趨勢(shì)分析方法、回歸分析法分析降水季節(jié)變化、降雨日數(shù)、雨強(qiáng)等特征;使用ArcGIS對(duì)劍河縣城高程數(shù)據(jù)DEM進(jìn)行道路積水區(qū)的提取;結(jié)合降雨分析、道路積水區(qū)分析、歷史積水資料[11],研究短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)劍河城區(qū)的積水影響。

2 強(qiáng)降水變化特征

2.1 降水季節(jié)變化

研究逐月降水變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)(圖1),近15 a來(lái)降水主要集中在4—9月,占全年降水的74.5%,該時(shí)段也是劍河縣城短時(shí)強(qiáng)降水、大雨、暴雨的集中高發(fā)期(如圖2所示)。

圖1 劍河縣降水量逐月變化

圖2 2007—2021年劍河縣各月短時(shí)強(qiáng)降水(a)、大雨級(jí)別以上(b)和暴雨級(jí)別以上(c)出現(xiàn)總?cè)諗?shù)

2.2 降雨日數(shù)及雨強(qiáng)變化

據(jù)統(tǒng)計(jì),2007—2021年劍河出現(xiàn)大雨(降雨量≥25 mm)的日數(shù)為175 d,出現(xiàn)暴雨(降雨量≥50 mm)的日數(shù)為42 d,其中4—9月大雨以上量級(jí)天數(shù)為151 d,占比86%,暴雨級(jí)別以上天數(shù)為39 d,占93%,說(shuō)明在4—9月為劍河降水主要時(shí)期。如圖3所示,4—9月暴雨以上級(jí)別出現(xiàn)日數(shù)呈逐年減少趨勢(shì),但大雨出現(xiàn)日數(shù)呈增多趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),在大雨級(jí)別以上降水天數(shù)中,3 h內(nèi)達(dá)到大雨及以上量級(jí)的天數(shù)為77 d,占比44%,而1 h內(nèi)達(dá)到大雨及以上的天數(shù)為35 d,占比20%。

圖3 劍河縣2007—2021年4—9月大雨、暴雨以上級(jí)別天數(shù)及線性趨勢(shì)

在降雨量方面,近15 a來(lái)1 h最大降水量呈逐年波動(dòng)增加趨勢(shì),且主要發(fā)生在4—9月,與劍河主要降雨期相一致,其中達(dá)到20 mm降水集中發(fā)生在20～45 min時(shí)段的發(fā)生頻次最高(表1及圖4、圖5所示)。

表1 劍河縣城歷年各短歷時(shí)強(qiáng)降水最大值及各歷時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)次數(shù)

圖4 2007—2021年1 h最大降雨量變化趨勢(shì)

圖5 2007—2021年短時(shí)強(qiáng)降水(降水量20 mm·h-1以上)出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

從短時(shí)強(qiáng)降水量逐年變化來(lái)看,短時(shí)強(qiáng)降水量逐年波動(dòng)增加,加之強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)間短,降水匯流造成城市管道排水壓力大,導(dǎo)致排水不及時(shí)低洼地帶積水現(xiàn)象。當(dāng)積水深度達(dá)到20 cm時(shí),步行困難;積水深度超過(guò)30 cm時(shí),自行車、小汽車行進(jìn)困難,交通受阻。因此,短時(shí)強(qiáng)降水與城市積水內(nèi)澇緊密相關(guān)。

3 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 道路積水區(qū)提取

使用ArcGIS對(duì)劍河縣城高程數(shù)據(jù)DEM進(jìn)行道路積水區(qū)的提取,地理信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線如圖6所示。

圖7為重分類后的高程差圖,圖中顏色越深、圖例上數(shù)字越大,代表道路積水的可能性越大。由圖所示,劍河城區(qū)可能出現(xiàn)的道路積水區(qū)有:仰阿莎西大道至汽車站門口一帶、民族醫(yī)院至荷花小區(qū)之間道路、體育館西側(cè)、廣場(chǎng)路兩側(cè)、中國(guó)農(nóng)行門口、常馳溫泉大酒店門口、城關(guān)一小門口至老客車站、革東大道。

圖7 重分類后的道路高程差DEM

經(jīng)與歷史實(shí)況核對(duì),仰阿莎西大道至汽車站門口一帶、民族醫(yī)院至荷花小區(qū)之間道路、體育館西側(cè)、廣場(chǎng)路兩側(cè)、城關(guān)一小門口至老客車站、革東大道等路段,確實(shí)存在強(qiáng)降雨時(shí)道路積水情況。

3.2 降雨對(duì)縣城積水的影響

短時(shí)強(qiáng)降水造成劍河縣城積水內(nèi)澇的詳細(xì)記錄并不多。對(duì)劍河縣城易澇區(qū)域開(kāi)展積水監(jiān)測(cè),并選定城關(guān)一小門口至老客車站積水點(diǎn)的積水?dāng)?shù)據(jù)作為主要內(nèi)澇分析數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)。例如2018年4月13日劍河縣城出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣,5 min降水22.1 mm,20 min降水52.7 mm,造成縣城嚴(yán)重內(nèi)澇,城關(guān)一小旁積水深度超過(guò)30 cm,對(duì)居民工作生活出行都造成了嚴(yán)重影響。2020年5月11日早上劍河縣城同樣出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨天氣,降水僅造成道路積水,積水深度約10 cm,并未造成嚴(yán)重內(nèi)澇,但仍需要將易積水路段路邊排水溝的雨水篦子打開(kāi)加速排水。

表2 劍河縣城關(guān)一小積水點(diǎn)積水內(nèi)澇記錄各短歷時(shí)降水量及積水深度

幾次積水內(nèi)澇記錄表明,當(dāng)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí),易造成縣城易積水路段積水[11],需要采取相應(yīng)措施加速排水;短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)間越短,積水嚴(yán)重程度深,甚至?xí)葑兂蓛?nèi)澇,需要及時(shí)采取抽水排水等措施,避免對(duì)居民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。

由于目前歷史積水內(nèi)澇記錄較為缺乏,僅可初步確定當(dāng)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到20 mm以上時(shí),劍河縣易澇路段將出現(xiàn)10～20 cm積水,對(duì)居民出行影響較大,需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并提示相關(guān)部門注意易積水路段可能出現(xiàn)積水風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)30 mm時(shí),將出現(xiàn)20 cm以上積水,對(duì)過(guò)往車輛及低洼段建筑影響較大,需及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門建議在易積水路段采取相應(yīng)排水措施,避免出現(xiàn)積水內(nèi)澇情況影響居民工作生活,同時(shí)開(kāi)展公眾服務(wù)提醒居民注意出行安全[11];當(dāng)小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)50 mm時(shí),將出現(xiàn)30 cm以上積水,對(duì)過(guò)往車輛及低洼段建筑影響很大,行駛車輛應(yīng)當(dāng)就近到安全區(qū)域暫避,避免將車輛停放在低洼易澇等危險(xiǎn)區(qū)域,如遇嚴(yán)重水浸等危險(xiǎn)情況應(yīng)立即棄車逃生。相關(guān)應(yīng)急處置部門和搶險(xiǎn)單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密監(jiān)視災(zāi)情,做好內(nèi)澇可能引發(fā)的其他災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)工作。

根據(jù)以上結(jié)論,劍河縣氣象局初步制定了內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)指標(biāo)(表3)并運(yùn)用于本地氣象服務(wù)業(yè)務(wù),由于積水內(nèi)澇記錄較為匱乏,后續(xù)需繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水造成城市積水內(nèi)澇的相關(guān)觀測(cè)記錄,進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)警服務(wù)內(nèi)容。

表3 劍河縣城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)及其服務(wù)流程

4 結(jié)論

劍河縣城降水主要集中在4—9月,占全年降水的74.5%,該時(shí)段也是劍河縣城短時(shí)強(qiáng)降水、大雨、暴雨的集中高發(fā)期。

4—9月暴雨以上級(jí)別出現(xiàn)日數(shù)呈逐年減少趨勢(shì),但大雨出現(xiàn)日數(shù)呈增多趨勢(shì)。近15 a來(lái)1 h最大降水量呈逐年波動(dòng)增加趨勢(shì),且主要發(fā)生在4—9月,與劍河主要降雨期相一致,其中短時(shí)強(qiáng)降水集中發(fā)生在20～45 min時(shí)段的發(fā)生頻次最高。

利用ArcGIS系統(tǒng)并結(jié)合實(shí)際城市地形,提取劍河易積水路段,結(jié)合歷史信息確定易對(duì)居民生活造成影響的積水點(diǎn)為:仰阿莎西大道至汽車站門口一帶、民族醫(yī)院至荷花小區(qū)之間道路、體育館西側(cè)、廣場(chǎng)路兩側(cè)、城關(guān)一小門口至老客車站、革東大道。

積水內(nèi)澇記錄表明,當(dāng)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí),易造成縣城易積水路段積水,需要采取相應(yīng)措施加速易積水路段排水;短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)間越短,積水嚴(yán)重程度會(huì)逐步加深,甚至?xí)葑兂蓛?nèi)澇,需要及時(shí)采取抽水排水等措施,避免對(duì)居民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響[11]。根據(jù)目前積水內(nèi)澇記錄,當(dāng)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到20 mm且未來(lái)降水持續(xù)時(shí),有積水達(dá)到10～20 cm的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)行人過(guò)往造成影響,需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并提示相關(guān)部門注意易積水路段可能出現(xiàn)積水風(fēng)險(xiǎn);小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)30 mm時(shí),有積水超過(guò)20 cm以上的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)車輛及低洼路段建筑影響較大,需及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門建議在易積水路段采取相應(yīng)排水措施,避免出現(xiàn)積水內(nèi)澇情況影響居民工作生活,同時(shí)開(kāi)展公眾服務(wù)提醒居民注意出行安全;當(dāng)小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)50 mm時(shí),有積水超過(guò)30 cm以上的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)過(guò)往車輛及低洼段建筑影響很大,行駛車輛應(yīng)當(dāng)就近到安全區(qū)域暫避,避免將車輛停放在低洼易澇等危險(xiǎn)區(qū)域,如遇嚴(yán)重水浸等危險(xiǎn)情況應(yīng)當(dāng)立即棄車逃生。相關(guān)應(yīng)急處置部門和搶險(xiǎn)單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密監(jiān)視災(zāi)情,做好內(nèi)澇可能引發(fā)的其他災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)工作。