广州市城市内涝特征分析

杨慧燕，李海燕，赵琴，肖柳斯，张兰，高美谭

（1.广州市气象台，广东广州 511430；2.广州市气象公共服务中心，广东广州 511430）

城市内涝灾害是指在一定的区域范围内，由于暴雨或强降水超过了城市自身排水能力，致使城市内部产生淹没性损失的一种灾害［1-2］。

暴雨引发的城市内涝在造成生命和财产损失的同时，更是给城市居民的生产和生活带来了极大不便，越来越引起了人们的关注和思考，是一个亟待解决的难题［3-5］。例如，2020年5月22日，受西南季风和低涡切变的共同影响，广州普降暴雨到大暴雨，黄埔和增城局部出现特大暴雨，该次过程造成广州地铁13号线官湖站、新沙站等站外出现区域性洪涝，洪水倒灌进站导致官湖至新沙隧道区间及官湖至新塘部分隧道被淹，13号线全部停运，城市交通陷入瘫痪［6］。研究发现广州极端暴雨频率的增加是造成城市内涝事件增多的重要原因［7］，但针对广州南北各区内涝特征的研究，尤其是对广州本地的内涝现状研究较少，从而对广州各区的内涝灾情影响分析仍然有限。为此，基于广州市各区的内涝灾情数据，重点分析广州市内涝过程的时空分布特征，这将为做好广州内涝预警预报服务工作提供更有价值的科学依据。

1 资料与方法

本研究采用的广州市内涝信息来源主要是水务部门的排水管理中心。通过整理排水中心的暴雨防御简报和一雨一报表，获取广州市内涝隐患点及每次内涝过程的开始时间、结束时间、积水深度、积水原因、抢险措施等信息。

首先对内涝灾情数据进行质量控制，对时间连续性进行检查，每个内涝点确保前后1 h内都具有连续记录，对内涝点小时积水深度超过50 cm，再结合当天的天气情况，对比附近测站雨量数据，剔除具有较大差异的值。基于内涝灾情数据和内涝点对应的自动气象站降水数据，本研究综合运用气象学、统计学等研究方法，分析广州市各区的内涝分布规律特征。

2 结果与分析

2.1 广州内涝点的空间分布

图1给出了广州各区内涝点和内涝黑点的空间分布，如图1a所示，目前广州全市共有300多个内涝隐患点，主要分布在广州中部的白云、天河、越秀、荔湾、海珠和番禺地区，而北部的花都、从化、增城、黄埔及南部的南沙地区内涝点较少。从各区分布来看，天河区内涝点最多，其次是白云区，最少是从化区，这可能与城中心的高楼林立、建筑物密集、城区热岛效应有关［8］。

广州市水务局给出了重点整治的23个内涝黑点，内涝黑点主要为发生内涝次数较多的点，图1b中显示内涝黑点主要分布在天河区的棠德片区、车陂路、广园东路、寺右北街、共和西横街及暨南大学北门；海珠的宝恕大街、新港西路、新滘中路、苏沙路、田心村牌坊及会议展览中心。统计发现内涝黑点分布最多是天河区和白云区，各有6个，而从化区最少。统计全市各区23个内涝黑点发生内涝的频次，可以看出发生频次最多的是天河区，其次是白云、越秀、荔湾区。

图1 广州市内涝点和内涝黑点空间分布

2.2 广州内涝点的时间分布

通过排水部门提供的2007年以来的内涝过程报表的统计（图略）可以看出，广州市内涝发生次数年际变化，2007—2019年广州市共出现了371次内涝过程，平均每年28次，其中2008、2011以及2013—2017年内涝次数在30次以上，尤其是2013—2016年内涝过程次数呈明显的增长趋势。

从内涝发生次数的逐月变化（图略）可以看出，广州市内涝过程主要集中在汛期（每年4—9月），发生次数最多的是前汛期的5、6月份，平均每月80次左右；2和12月最少，出现1次或者2次的内涝过程，这和广州89.9%的暴雨发生在汛期相吻合［9］，而前汛期内涝次数多于后汛期，也和前汛期的降雨量高于后汛期有关，经研究表明前汛期有强的垂直风切变和风暴相对螺旋度，对流活动比后汛期更容易维持和发展有关［10］。

此外，从不同月份全天内涝发生频次（图2）来看，汛期4—9月的日变化明显，5月09：00—11：00（北京时，下同）、8月 12：00—14：00、9月06：00—08：00是内涝发生频次比较高的时段，且5和8月17：00—20：00也易发生内涝，而这正与短时强降水的日变化特征基本一致，表明午后至傍晚时段的热力条件有利于强对流天气的发生有关［11］。全天最容易发生内涝的时间是08：00、13：00、19：00，这正值上下班高峰期，而城市内涝更容易引发交通拥堵。

图2 广州市内涝频次的时间分布

2.3 广州市历史内涝过程的积水深度和雨量时空分布

分析近3年（2017—2019年）内涝过程对应的最大积水深度（图略），统计表明内涝过程积水深度大部分集中在20～40 cm，占47.73%，而＞60 cm的积水深度则占29.55%。内涝过程中最大小时雨量在19.2～120.8 mm，过程累积雨量在27.2～209.8 mm。最大小时雨量主要集中在50～80 mm，占55%，过程累积雨量在120 mm以上占41.76%，当小时雨量超过50 mm时，内涝灾情明显加重，表明短历时强降水更容易造成城市内涝［12］，而从内涝过程的最大小时雨量和累计雨量分布（图3）来看，两者主要集中发生在天河区、越秀区等中心城区，花都区和从化区出现内涝的概率相对较低，这与内涝点的空间分布特征大致吻合；内涝过程平均小时雨量集中在30～50 mm之间，占61%（图4），而从内涝过程平均雨量年变化（图略）来看，最大小时平均雨量集中在60 mm左右，过程平均累积雨量集中在100～120 mm之间。从内涝过程平均雨量的逐月变化来看，主要集中在4—9月，其中5月的最大小时平均雨量最高，而8月的平均累计雨量则高过其他月份，这也说明降雨量的大小是致涝的关键因素。

图3 广州市内涝点雨量的空间分布

2.4 广州市易发生内涝的天气类型

从近3年内涝过程相关的天气类型统计发现，主要伴随有9种天气系统：①西路冷空气+高空槽+低层切变线；②东路冷空气+高空槽+低层切变线；③高空槽+低层南风加大、④西风槽+低涡切变线；⑤副高边缘+低层偏南风；⑥台风环流；⑦东路冷空气+东风回流；⑧副高边缘+偏东风；⑨中层波动+偏南风等。

图4 广州市内涝过程平均小时雨量的频次

经过分析得出主要的影响天气类型是：东路或者西路冷空气配合中层的线槽以及低层切变线；经统计此类天气系统影响下所有过程中小时雨量的最大值分别为99.4、107.4 mm（非平均值），所占比例分别为25%、23%。副高边缘的摆动配合低层偏南风加大和台风影响；经统计此类天气系统影响下所有过程中小时雨量的最大值分别为84.7、120.8 mm（非平均值），所占比例分别为15%、13%（图5）。

图5 广州市易发生内涝的相关天气类型及对应雨量

3 广州内涝个例分析

为了更深入地了解广州发生内涝时相关的天气类型，本研究选取2018年5月7日的内涝过程进行分析，该次内涝是一次典型的受西路冷空气+高空浅槽+切变线影响的天气过程。地面受西路弱冷空气南下过境影响，7日14：00前后冷空气到达粤北北部，20：00左右到达广州市北部，因此广州地区从7日下午至夜间即暴雨期间始终处于地面冷锋南侧较远的低槽区；低层850和925 hPa风场显示出切变线和低空西南大风区南压的过程，雨带与切变线以南的西南大风区位置配合较好，主要位于大风内；配合中层500 hPa是高空浅槽从高原南下东移过境以及带状副高断裂减弱南落的过程（图6）。

实况可知，广州市在7日下午至夜间从北到南普降暴雨局部大暴雨，这是广州2018年以来影响范围最广的一次暴雨过程。全市平均面雨量为59.3 mm，共有266个站点（占总站数的64%）雨量超过50 mm，26个站点（占总站数的6%）雨量超过100 mm；最大累积雨量出现在黄埔区九龙镇金坑村，为166.1 mm，同时该站也在7日18：00录得最大小时雨量98.2 mm；降水峰值出现在7日傍晚，大暴雨区主要集中在黄埔区中南部、增城区西南部和天河区东北部（图7a）。该次降水过程覆盖面广、雨强大、伴有雷暴大风的特点，并引发“全城看海”的网红现象。

据不完全统计，广州全市共出现127个水浸点，其中有40个水浸点积水深度超过0.5 m，增城区中新镇新市路积水深达3 m。从实况分布（图7b）可以看到，广州发生内涝点主要集中在越秀、荔湾、海珠、天河及黄埔区等，广州市气象局根据内涝风险监测情况对外发布了内涝一级预警（图7c）。

图6 2018年5月7—8日的 925 hPa（a、b、c）和 850 hPa（d、e、f）风场（风向杆，填色为风速≥8 m/s）

图7 2018年5月7日11：00—8日08：00雨量分布（a）和内涝实况（b）及预警（c）

4 结论

1）广州全市内涝隐患点主要分布在广州的白云、天河、越秀、荔湾、海珠和番禺区，广州市23个内涝黑点发生内涝频率最多的是天河区，其次是白云、越秀、荔湾区。

2）2013—2016 年内涝过程次数呈明显的增长趋势，其中2008、2011以及2013—2017年内涝次数较多，都在30次以上；从逐月变化来看，广州市内涝过程发生次数最多的是前汛期5、6月份，2和12月最少；此外，汛期4—9月的日变化明显，5月 09：00—11：00、8月 12：00—14：00、9月06：00—08：00是内涝发生频次比较高的时段，且5和8月的17：00—20：00也易发生内涝。从全天日变化来看，最容易发生内涝的时间是08：00、13：00、19：00。

3）近3年（2017—2019年）内涝过程积水深度大部分主要集中在20～40 cm，占47.73%，而＞60 cm的积水深度则占29.55%。内涝过程中最大小时雨量在19.2～120.8 mm，过程累积雨量在27.2～209.8 mm，最大小时雨量主要集中在50～80 mm，占55%，过程累积雨量在120 mm以上占41.76%。内涝过程的最大小时雨量和累积雨量空间分布和内涝点的空间分布特征大致吻合，内涝过程平均小时雨量集中在30～50 mm之间，占61%，最大小时平均雨量集中在60 mm左右，过程平均累积雨量集中在100～120 mm之间；内涝过程平均雨量分布表现为较大的雨量主要集中在汛期4—9月，与内涝发生较多的月份一致，这也说明降雨量的大小是致涝的关键因素。

4）从影响的天气系统来看，主要的影响天气类型是东路或者西路冷空气配合中层的线槽及低层切变线的影响，容易造成广州内涝；另外副高边缘的摆动加上低层偏南风加大、台风过程也容易致涝。