粤港澳大湾区城市洪涝问题及其分析

张之琳，邱 静，程 涛，黄本胜，冯紫荧

(1.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；2.广东省水安全科技协同创新中心，广东 广州 510635；3.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东 珠海 519000)

1 研究背景

粤港澳大湾区(以下简称大湾区)包括广东省广州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、东莞市、中山市、江门市、肇庆市(以下简称广东九市)和香港特别行政区、澳门特别行政区，总面积5.6万km2，2020年总人口约8600万，城镇化率88.3%，是世界上人口密度最大、土地面积最广的湾区。大湾区海港群和空港群众多、基础设施密集，在国家发展大局中具有举足轻重的战略地位。

大湾区位于珠江流域下游，东、西、北三面环山，滨海区域地势低平，直面南海。大湾区地处亚热带海洋性季风气候区，台风、暴雨等灾害性天气多发，使大湾区面临珠江流域洪水、台风暴潮与城市暴雨洪涝等水灾威胁。目前，大湾区外江防洪(潮)系统能力已达到50～200年一遇，但城市暴雨洪涝防御系统能力仅约为10～20年一遇[1]。同时，随着城市化进程加快、气候变化加剧，暴雨日数增多、强台风频次增加[2]；加上近40年外海海平面波动升高[3]，大湾区“城市看海”现象连年发生，严重威胁到人民群众生命安全和经济社会可持续发展。如广州市“2020.5.22”[4]、深圳市“2019.4.11”暴雨导致城市出现严重内涝，分别造成4人、11人死亡。虽然城市基础设施在不断完善，但城市洪涝问题已成为制约大湾区经济社会健康发展的突出瓶颈。

《粤港澳大湾区发展规划纲要》和《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》明确要求因地制宜、因城施策，提升城市防洪排涝能力，解决城市内涝问题[5-6]。本文将分析典型城市洪涝现象并概括大湾区洪涝的基本特征，重点从降雨、台风暴潮、海平面变化等方面对城市洪涝问题的驱动要素开展剖析，可为完善大湾区城市洪涝防治体系、整体提升城市防洪除涝能力提供基础和思路。

2 城市洪涝灾害及特征

2.1 典型洪涝现象洪涝灾害是严重的自然灾害，根据历年《中国水旱灾害公报》，2006—2018年，全国平均每年有152座县级以上城市受到洪涝灾害的影响。大湾区中心城市之一的广州市近年来几乎每年发生城市内涝，经统计，2016—2020年五年间广州发生了19次严重内涝现象，详见表1；其中，5—6月的锋面雨和8—9月的台风雨分别带来11次和5次内涝事件。洪涝灾害不仅会造成人民群众生命财产的巨大损失；而且城市道路积水易引发交通拥堵，若遇上早高峰或重要节日，将带来巨大的社会影响。

表1 2016—2020年广州市出现的严重内涝现象

大湾区其他典型洪涝事件包括：2011年10月14日，佛山市发生暴雨到大暴雨，日降雨量最大值232.5 mm，致部分地区出现内涝积水，最大水深0.31 m；2014年5月11日，深圳市遭遇特大暴雨袭击，暴雨中心最大6小时、24小时降雨量均超100年一遇；2014年5月下旬，广州市流溪河出现超100年一遇洪水；2015年5月4日，受强降雨影响，佛山市有18处低洼地区及道路、20亩水田出现短时积水，最大水深0.45 m；2018年8月27日—9月1日，惠州市西枝江发生特大洪水，白盆珠水库出现超100年一遇的最大入库流量；2019年4月11日，极端短时强降水导致深圳市多个区域突发洪水并造成部分区域受灾，致11人遇难。强锋面雨和台风雨是引发大湾区城市洪涝的主要原因，深入分析强降雨特征对大湾区预防灾害风险具有重大意义。

2.2 洪涝类型及特征大湾区地势北高南低，中心区基本位于中部平原地区，城市滨江临海而建，超标准降雨、台风、外江高潮位顶托内河涌使区域洪灾、城市内涝、台风暴潮等洪涝问题突出。大湾区洪涝灾害特征概括如下：(1)珠三角网河区上承西江、北江、东江来水，又纳南海海潮，洪潮交汇，水动力条件复杂。洪涝主要是由锋面雨和台风雨造成，当上游降雨造成较大洪水，下游又恰遇天文大潮，洪水排泄不畅，极易引发特大洪水与内涝灾害。(2)广东省汛期时长可达7个月，其中5月21日—6月20日“龙舟水”期间降雨集中，极易引发江河洪水、城乡内涝等灾害。(3)台风和风暴潮灾害突发性强，往往几个小时内就酿成巨大灾害，影响严重的台风一般在1～2天内形成，甚至数小时内发生[7]。(4)9—11月为广东沿海季节性高海平面期[3]，也是台风风暴潮高发期，若在天文大潮期附近，易发生风暴潮增水、季节性高海平面和天文大潮三者叠加的情况，形成灾害性高潮位；此时发生的风暴潮和强降雨更易造成严重的洪涝灾害。

图1 广东省历年洪涝灾害受灾人口和直接经济总损失

2.3 洪涝灾害经济损失及变化趋势文献[8]的研究指出1980年代以来，中国气象灾害影响范围逐渐扩大、影响程度日趋严重，直接经济损失不断增加，但因灾死亡人数持续下降。为研究大湾区洪涝灾害影响及变化趋势，首先分析广东省1982—2020年洪涝灾害受灾人口和直接经济总损失，见图1。结果显示，近40年经济损失和受灾人口的年际变化具有相似性，但5年滑动平均值变化趋势不同；经济损失波动增加，近10年达到峰值，部分原因是2013年台风“尤特”、2013年台风“天兔”、2014年西枝江特大洪水、2017年台风“天鸽”、2018年台风“山竹”分别造成直接经济损失约167亿元、235亿元、70亿元、11亿元、52亿元。自然灾害具有区域性，其中2019年广东省洪涝重灾区为河源、韶关，两市因洪涝灾害直接经济损失占全省的84.9%，而大湾区九市占比2.9%；2020年洪涝重灾区为广州、惠州，造成大湾区九市的经济损失占全省的93.1%；即近2年广东省21个地市约一半的经济损失发生在大湾区九市，大湾区城市洪涝问题严峻。

3 城市洪涝驱动要素分析及初步对策探讨

3.1 降雨

3.1.1 降雨量与降雨日数 在城市下垫面条件一定的情况下，强降雨是造成城市内涝的主要原因，首先研究大湾区降雨年际变化规律。通过对比近20年大湾区各城市年降雨量变化趋势，得广东九市与香港、澳门趋势具有相似性，因此选取香港、澳门长时间序列年降雨量和降雨日数数据进行分析，见图2(空白区域为数据缺失年份)。结果显示，100多年来香港和澳门的年降雨量都整体波动增加，平均每年增加值分别为2.23 mm、3.66 mm；10年滑动平均值的波动波长约为26年；降雨日平均雨量变化趋势与年降雨量类似。近30年降雨量有下降趋势，这与大湾区城市快速扩张的直接关系不明显；根据趋势可推测在未来一段时间内大湾区年降雨量会继续波动增加，且日降雨量更大。

图2 年降雨量与降雨日平均雨量变化

3.1.2 暴雨情况 极端降水是引发城市洪涝事件最直接的驱动要素，以香港、澳门为例，分析大湾区暴雨日数变化趋势，见图3、图4。结果显示，140年来在降雨日数显著波动减少的背景下(平均每十年减少1.55 d)，香港的暴雨日数波动增加(平均每10年增加0.22 d)。120年来澳门的暴雨日数波动增加(平均每10年增加0.28 d)但波动较香港更大。澳门暴雨日降雨量占全年比例虽然近30年在减少，但长期呈增加趋势；1960年以前10年滑动平均值不足40%，但近60年可达50%以上。根据10年滑动平均值趋势结果可推测将来大湾区暴雨日数会继续波动增加、降雨会更集中于暴雨日，需承受的极端降雨风险变大，这使得城市内涝出现的风险增加[8-9]。

图3 1881—2020年香港暴雨日数与降雨日数变化

图4 1901—2020年澳门暴雨日数与暴雨日降雨量占比变化

图5 2011—2020年汛期降雨量占全年比例

3.1.3 汛期降雨情况 大湾区降雨年内时间分布不均，汛期(自每年3月起广东省内86个国家气象观测站中累计有一半以上站点日雨量大于或等于38 mm的入汛日，至后期发生洪涝等灾害的风险明显降低的汛期结束日，一般为每年4月中旬至10月中旬)雨水强盛，局部强降雨可导致城市洪涝增多。以广州、东莞、惠州为例，分析近10年汛期降雨量占全年雨量比例见图5。结果显示，广州、东莞、惠州汛期降雨量占比在一定范围内波动，分别为74%～94%、65%～90%、63%～90%；三市10年的平均值约为81%。“龙舟水”是前汛期降水集中期，以广州市为例分析大湾区降雨集中程度。图5显示，近10年广州龙舟水期间降雨量占全年比例为14%～35%(平均值为22%，约为汛期降雨量的1/4)，且有上升趋势。大湾区集中在汛期、龙舟水期的降雨可能引发城市洪涝问题。

3.1.4 大湾区降雨分布 大湾区降雨空间分布也不均。有关研究表明[10]，在城市热岛效应、凝结核效应、高层建筑障碍效应等的影响下，城区的年降水量、汛期雷暴雨的次数和暴雨量高于郊区。大湾区各城市的城镇化率不同，将其看作一个“大城市”，城镇化率相对低的城市看作其“郊区”，对大湾区降雨分布进行分析。各城市2001—2020年20年年平均降雨量、气温及2020年城镇化率见图6。结果显示，大湾区各城市气温与其城镇化率具有一定的正相关性(图7(a))，呈现出“热岛效应”。香港城镇化率最高、气温最高；与之对应，肇庆市城镇化率最低、气温最低；但各城市降雨量与其城镇化率的相关性低(图7(b))。根据江门、珠海的降雨量，得大湾区降雨主要分布在沿海城市。城镇化对洪涝的影响主要体现在增大城市流域的径流量和洪峰流量，并降低流域的基流和城市周边区域地下水和地表水的交互过程[11-15]。一般来说，城市热岛效应可能导致各城市区域极端暴雨的频次及强度增加[16-17]；但对于大湾区，地理位置对各城市降雨量的影响更大，更下游的沿海城市面临更多的锋面雨和台风雨影响。

图6 大湾区各城市降雨量及气温分布

图7 2020年城镇化率与20年平均气温、降雨量的关系

图8 30年降雨量统计值与温度统计值的关系

3.1.5 温度变化与降雨量的关系 降雨与气候变化的关系密切，IPCC第六次评估报告指出，全球气候变化会导致极端降水的频率和强度持续增加[18]。为研究大湾区长时间序列温度变化与降雨量的关系，分析香港、澳门、珠海30年降雨量统计值(如1881—1910年的统计值计为1910)与对应温度统计值的关系，见图8。结果显示，香港、澳门、珠海的温度都随时间明显上升，尤其近50年上升0.3～0.6 ℃。140年来香港降雨量波动变化(图2(a))，但降雨量与温度统计值的正向关系较强。近50年澳门降雨量减少(图2(b))，但对比100年前温度和降雨量都有所增加。温度上升增加了大湾区的降雨量；气候变暖可导致水文循环过程加快、大气的持水能力增强，而且潮湿和温暖的大气稳定性较差，易导致台风、暴雨的频率和强度增加[19]。

3.2 台风暴潮

3.2.1 近十年影响大湾区的台风 大湾区是中国受台风暴潮威胁最严重的区域之一，台风带来的雨、洪、潮组合影响是大湾区洪涝的重要原因之一，对影响大湾区的台风特征进行分析可为防灾减灾提供参考。经统计，2011—2020年明显影响(发生暴雨及以上)大湾区的台风有47场，详见表2。结果显示，对大湾区造成明显降雨影响的台风中，热带风暴(TS)、强热带风暴(STS)、台风(TY)、强台风(STY)、超强台风(UTY)分别有11、14、7、8、7场；其中，恰逢天文大潮的台风有21场，仅占总数的45%，因此，非天文大潮期也应加强对台风风险的防范。有11场台风在大湾区以东登陆，有26场在大湾区以西登陆，有9场在大湾区登陆(其中江门、珠海、深圳、香港分别为3、3、2、1场)，有1场未登陆；与1951—2015年台风统计结果接近[20]。2011—2020年各年影响大湾区的台风数量为3～7场，年际变化与近10年降雨量波动变化趋势类似(图2)；其中，2013年、2017年受影响场次最多。经统计，6、7、8、9、10月登陆/生成的台风数分别为8、11、15、8、5场；最早为“艾云尼”(2018年6月6日初次登陆湛江)，最晚为“海马”(2016年10月21日登陆汕尾)。10年的统计数据有限，但文献[21-22]的研究指出1990年代之后全球平均每年产生4～5级强台风的数量相比1970年代几乎翻了一倍；台风可能带来的极端降雨、超警戒潮位、河流洪水，都可能给大湾区带来洪涝风险。

表2 2011—2020年引起大湾区暴雨洪涝的台风统计

3.2.2 影响各城市台风次数 为更清楚地了解台风对大湾区的影响，分析各城市近十年受到明显影响的台风场次见图9。结果显示，台风为江门带来极端降雨的次数最多，为35场；受地理位置影响，粤西登陆的台风大多能影响到江门；香港受到30场台风的明显影响。对于江门、珠海、澳门、香港，热带风暴和强热带风暴影响次数之和大于强台风和超强台风数之和；对于肇庆、佛山、广州、惠州，规律相反；可知更强类型的台风能影响到更上游的内陆城市。超强台风在大湾区东部造成的影响场次多于西部，与以往研究结果[18]“台风在广东省登陆后往往向西或向东北转向，其中向北转向的台风主要以超强台风级别为主”一致。

图9 2011—2020年大湾区各城市受台风明显影响的次数

图10 1980—2020年海平面变化

3.3 珠江口海平面变化沿海城市泄洪和排涝难度会因受高海平面顶托影响而增大，可能加重洪涝灾害。例如，2020年8月18—19日，台风“海高斯”影响期间，江门沿海海平面高于常年同期，持续普降暴雨又恰逢天文大潮，加剧了洪涝影响；台风给江门沿海带来的直接经济损失超过1.5亿元。除了风暴潮增水、季节性高海平面和天文大潮带来的影响，珠江口海平面本身也在变化，1980—2020年全国及珠江口沿海海平面变化情况见图10[3]。结果显示，1980年以来全国海平面总体呈波动上升趋势，上升速率为3.3 mm/a；然而，近40年珠江口沿海海平面上升速率为3.5 mm/a[3]，高于全国水平。而且，近10年珠江口沿海海平面变化幅度大，上升速率高达9.3 mm/a。海平面上升可导致河口水位抬高、潮流顶托作用加强，河道排水不畅，泄洪和排涝的难度加大。预计未来30年，珠江口沿海海平面将上升60～175 mm[3]，将会给大湾区城市洪涝带来新的风险。

3.4 洪涝问题初步对策探讨粤港澳大湾区预防洪涝的策略包括：①从流域系统角度完善行洪、挡潮、除涝的工程体系，包括堤防与防洪墙、水库、挡潮闸、分洪工程、蓄滞洪区、雨水排水系统等的应用和布局；②落实韧性城市建设理念[1-2]，兼顾环境治理，将部分土地恢复成河流、湖泊以增加河水流通的空间；保障城市蓄水空间并科学规划河滩地的土地利用；③完善机制体制提升管理水平，充分发挥河湖长制等体制优势，多方面合作开展洪涝风险管理，构建部门间高效协作机制；④健全和完善“四预”措施，强化汛情预报预警能力，提升防洪除涝运行、管理、决策和指挥的信息化和智能化水平；并重视提高公众对洪水风险的认识和紧急应变能力。

4 结论

粤港澳大湾区经济社会的快速发展有力支撑了防洪减灾能力的整体提升，但海平面上升、台风暴潮频发和极端降雨强度加大使大湾区面临的城市洪涝灾害情势严峻。本文分析了典型城市洪涝现象并概括了大湾区洪涝的特征，对大湾区降雨、台风暴潮、海平面变化等洪涝问题驱动要素进行了分析，结果可为大湾区防灾减灾工作提供重要参考。主要结论如下：

(1)强锋面雨和台风雨是引发大湾区城市洪涝的主要原因。大湾区洪涝的特征包括珠三角网河区水动力条件复杂、广东省汛期时间长、受台风暴潮威胁严重、存在季节性高海平面期等。

(2)近100多年大湾区的年降雨量、降雨日平均雨量、暴雨日数及暴雨日降雨量占全年比例都波动增加，其中年降雨量10年滑动平均值的波动波长约为26年；近10年广州、东莞、惠州汛期降雨量占全年比例达81%；大湾区城市降雨呈现增多且趋于集中的态势。

(3)近20年的数据表明，大湾区城市群呈现出“热岛效应”，温度与城镇化率有一定正相关性，且各城市30年温度统计值上升趋势明显并与降雨量变化密切正相关；但各城市降雨量与其城镇化率的关系并不明显，由于地理位置的影响，降雨主要分布在沿海城市如香港、江门、珠海。

(4)近10年为大湾区带来明显降雨影响的台风有47场，主要在大湾区以西登陆，发生在6—10月；为江门、香港带来暴雨及以上降雨的场次最多，分别为35、30场；但仅约半数台风暴雨在天文大潮期发生。

(5)近40年珠江口沿海海平面上升速率高于全国水平，预计未来海平面上升将会加剧大湾区洪涝事件的发生频率和灾害程度。