西安城市内涝分布特征及其与降雨量的关系

2014-09-27高维英陕西省气象学会西安7006陕西省气象台西安7004南京市气象局南京0009

陕西气象 2014年2期

高维英，李明，李菁(.陕西省气象学会，西安 7006；.陕西省气象台，西安 7004；.南京市气象局，南京 0009)

西安城市内涝分布特征及其与降雨量的关系

高维英1，李明2，李菁3
(1.陕西省气象学会，西安 710016；2.陕西省气象台，西安 710014；3.南京市气象局，南京 210009)

利用西安市市政部门2007—2012年城市内涝资料及相应时段西安城区自动气象站逐小时降雨资料，对西安城区17例内涝过程进行了时空分布特征分析，对58个内涝点内涝进行了内涝等级划分并研究了积水深度与降雨强度的关系，建立了部分内涝点积水深度与降雨量方程。结果表明：西安城市内涝点空间分布较为均匀；内涝发生频率最高为41%，最低为18%；7—8月为城市内涝发生高峰期，占年内涝总次数的70%；07:00—08:00、15:00—16:00为城市内涝日变化中两个明显的高峰时段；城市内涝按积水深度划分为微风险、低风险、中风险、高风险四个等级，其中中风险等级内涝占西安总内涝次数的45%；短时强降水是造成城市积涝的主要原因，1 h和3 h降雨量是积水深度的重要影响因素。

城市内涝；时空分布；降雨量；西安

近年来，广州、北京、重庆、南宁、南昌等地因暴雨连遭水浸，发生严重内涝[1-4]，给人们生活带来诸多不便，每年因城市内涝造成的经济损失相当可观。据统计，2009年6—8月，西安发生城市内涝7次，频繁的内涝严重影响了市民的生活。城市内涝的发生与气象条件紧密相关，强降雨是致灾的关键因素[5-7]。近年来中国气象局重点强化强对流天气的短临预报预警工作。开发了估测降水、风暴单体追踪、强回波区域报警和追踪等多种短临预报产品。尤其是降水预报和降水估测产品为强降水预报预警提供了客观定量的依据[8]，成为做好城市内涝的重要产品。因此研究城市内涝时空分布特征及其与降雨的关系成为做好城市内涝预报预警的首要任务之一。

1 资料来源及研究方法

利用西安市市政部门2007—2012年内涝资料(包括内涝点名称、积水深度、积水及退水时间等)及西安市城区自动气象站逐小时降雨资料，采用调查分析对内涝进行等级分类；采用数理统计方法进行内涝深度与降雨关系的研究。

2 分布特征

2.1 空间分布

西安市共发生城市内涝17例，平均每年3.4次。涉及内涝点58个。其中城区13个，东郊11个，南郊13个，西郊9个，北郊12个，整体来看内涝点空间分布较为均匀。

内涝发生频率的高低反映了该内涝点排水能力的大小。从17例内涝过程各内涝点内涝发生频率来看，最高是大雁塔灯具城门前为41%；其次新寺路唐都医院门口、二马路、翠华路兴善寺东街口、交大门前金海岸为35%；最低是红旗东路、文景路为18%。

2.2 时间分布

2.2.1 月分布如图1所示，城市内涝的月变化基本上呈正态分布，月季变化较大。内涝过程从5月开始迅速增加，7—8月处于高峰期，占年内涝总次数的70%，9月迅速减少。内涝灾害主要出现在短时强降水多发的5—9月。其它月份基本无内涝发生。

2.2.2 日分布从图1可以看出：城市内涝的日变化有两个明显的高发时段，第一时段为07：00—08：00，此时正值交通运行高峰期，内涝对市民生活造成极大影响，同时对城市安全运行造成很大压力。第二时段为15:00—16:00。这种双峰型时间分布，与西安城市强降水的时间分布有极为密切的关系。

图1 2007—2012年西安城市内涝各时次频次变化

3 内涝等级划分

根据内涝灾害对交通要道、商业、居民社区、地上(地下)车库等易损性承灾体的影响，将城市内涝按积水深度划分为四个等级(表1)：微风险、低风险、中风险、高风险。

表1 西安市城市内涝等级

根据此等级划分标准，对西安58个内涝点进行等级划分，微风险等级点为16个，占总内涝点的28%；低风险等级点为15个，所占比例为26%；中风险等级点为26个，占总内涝点的45%；基本无高风险等级内涝发生。

4 内涝与降雨量的关系

4.1 不同内涝点积水深度与降水的关系

内涝既有城市建设和发展的原因，也和气象条件有密切关系。选取钟楼、雁塔城防办、兴庆公园等9个附近建有雨量自动站的内涝点进行研究。分析不同内涝点多个强降水过程自动站逐小时雨量、过程总降雨量与积水深度的相关关系。

从表2可以看出积涝深度与过程总降水量、小时最大降雨量均有较好的相关关系。积水深度与过程总降雨量的相关系数为0.444～0.953，对于同一个内涝点来说，在总降水量相同的情况下，不同的降水强度将会造成不同深度的积水，因此积水深度与过程总降雨量的相关系数的区间跨度较大。相比之下，积水深度与小时最大降水量的相关系数在0.742～0.980，区间跨度明显较小，相关系数明显高于与总降雨量的相关系数。因此1 h最大降水量是影响积水深度的主要因素。也就是说，短时强降水是造成的城市积涝的主要原因。

表2 不同内涝点积水深度与过程总降水量、小时最大降雨量的相关系数

4.2 不同降水过程积水深度与降水的关系

从部分强积涝过程来看，积涝深度与过程总降水量和小时最大降雨量的相关性都较好，但相关程度与降水过程的降水性质有关，当降水为短时强降水时，积水深度与小时最大降水量相关性较好。如2009-07-21，兴庆公园站小时最大雨量达27.2 mm，而总降水量为29.2 mm，短时间的强降水造成了兴庆公园附近的西影路阳光小区出现了中风险等级内涝；而2009-08-03的朝阳门加油站的积涝过程，总降水量虽为30.0 mm，但在小时最大雨量为6.1 mm的情况下，仅出现了低风险等级内涝。当小时雨强不是很大，而降水持续时间较长的情况下，总降水量对积水深度的影响会比较明显。如2009-08-28，降水持续时间从28日14:00持续到29日09：00，三桥阿房宫站小时最大雨量为7.0 mm，而总降水量为51.2 mm，持续的强降水造成了西三环红光桥下出现中风险等级内涝。

从以上的分析可看出，积水深度和小时降水量有着较高的相关性，但总降水量的影响也不能忽视。近年来在雷达及区域自动站雨量监测数据和相关技术的支撑下，降水估测产品不仅可以得到1 h产品，还可以得到3 h产品。为了考虑总降水对积水深度的影响，对近3 h降水量和积水深度进行了相关关系研究，发现一些过程3 h降水和积水深度的相关性非常好。

5 部分内涝点积水深度与降雨量关系的建立

对于部分积涝频次高的内涝点建立积水深度与1 h和3 h降水量方程(表略)。可以看出，在短时强降水过程中，积水深度与1 h降雨量相关性较好。以交通大学门前的金海岸内涝点为例(图2a)1 h雨量和降水深度呈显著的正相关关系，相关系数高达0.954 7。除此之外，有些内涝点的积水深度也和3 h降水量密切相关。以二马路积涝点为例(图2b)，3 h降雨量和积水深度相关性较好，相关系数为0.855 9，达到显著水平。